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Numerische Abbildung von Deckwerken mittel CFD-DEM

Ziel des Forschungsprojekts ist die Ermittlung optimierter Deckwerksausbildungen für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen. Ein gekoppeltes CFD-DEM Model wird entwickelt zur Simulation der Interaktion der Deckwerkssteine mit schiffsinduzierten Wellen und Strömungen. Aufgabenstellung und Ziel Deckwerke aus losen Wasserbausteinen werden regelmäßig zum Schutz von Uferböschungen an Schifffahrtsstraßen vor Erosion durch hydraulische Belastungen aus schiffs- und windinduzierten Wellen und Strömungen verbaut. Die derzeitigen Berechnungsgrundlagen zur Deckwerksbemessung basieren hauptsächlich auf physikalischen Versuchen und Erfahrungen aus dem Betrieb von Binnenwasserstraßen oder Küstenschutzbauwerken. Für die komplexen und vielfältigen Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen und im Tidegebiet sind die derzeitigen Berechnungsgrundlagen unzulänglich und die Bemessung daher mit wenig quantifizierbaren Unsicherheiten verbunden. Regelwerke, wie sie für Binnenwasserstraßen entwickelt wurden (GBB, BAW 2010; MAR, BAW 2008), existieren nicht. Für eine sichere und nachhaltige Bemessung der Deckwerke an Seeschifffahrtsstraßen werden numerische Simulationen zur Untersuchung der Stabilität von Deckwerken unter typischen hydraulischen Belastungen im Tidegebiet eingesetzt. Insbesondere ein gekoppeltes Computational Fluid Dynamics - Discrete Element Method (CFD-DEM) Modell wird weiterentwickelt, um die Interaktion zwischen Deckwerksteinen und schiffsinduzierten Wellen und Strömungen zu untersuchen. Ziel des Forschungsprojekts ist die Ermittlung optimierter Deckwerksausbildungen für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen. Aufbauend auf diesem FuE-Projekt können Regelbauweisen hergeleitet werden und in ein Merkblatt münden. Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) Erweiterte Kenntnisse über die Interaktion zwischen Deckwerksteinen und hydraulischen Belastungen im Tidegebiet werden zu einer optimierten Deckwerksausbildung für charakteristische Randbedingungen an Seeschifffahrtsstraßen führen. Geringere Bau- und Unterhaltungskosten sind bei einem ausreichendem Sicherheitsniveau und höherer Nachhaltigkeit zu erwarten. Untersuchungsmethoden Im Rahmen des Vorgängerprojekts (B3952.06.04.70270) wurde bereits ein CFD-DEM-Modell zur Untersuchung der Stabilität von losen Deckwerken gegenüber Wellen- und Strömungsangriff entwickelt (Petzold 2018; Sorgatz 2023). Physikalische Modellversuche sowie Messungen in der Natur wurden durchgeführt und mit dem Modell numerisch simuliert. Das Modell hat jedoch einige Einschränkungen, die nunmehr behoben werden sollen. Insbesondere soll ein neues Modell erstellt werden, bei dem die Fluidzellen kleiner als die Steine sind, um Strömungseffekte und Turbulenzen zwischen Deckwerksteinen zu berücksichtigen. Außerdem sollen nicht-sphärische Geometrien zur Darstellung der Steine verwendet werden, um diese exakter zu simulieren. Zur Entwicklung dieses neuen Modells soll die Software CFDEM® (Goniva 2012) verwendet werden, die zudem den Vorteil besitzt, multi-core zu rechnen. Messungen von Schiffsbelastungen in der Natur sowie von Strömungsbelastungen in der hydraulischen Rinne dienen als Eingangswerte zur Erzeugung der numerischen Wellen und Strömungen. Weitere repräsentative Messungen der resultierenden Zustandsgrößen im Feld und/oder in physikalischen Modellversuchen bilden die Grundlage für die numerische Simulationen und für die Modellkalibrierung und Modellvalidierung. Die bereits vorhandenen Messdaten werden verwendet, aber auch neue Messkampagnen sind geplant. Vorhandenes sowie neues Messequipment soll dabei zum Einsatz kommen (instrumentierte Wasserbausteine, autarke Wasserdruck- und Strömungssonden, ggf. eine Porenwasserdrucksonde). Mit dem neuen numerischen Modell werden zunächst die bereits erfolgten physikalischen Versuche nachgerechnet und verglichen. (Text gekürzt)

Energietransport durch transparente und nichttransparente Aussenwandkonstruktionen unterschiedlichen Aufbaus

Dieses Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der Fa Josef Gartner in 8883 Gundelfingen unter der Projektverantwortlichkeit von Dr Schulz und Dr Wieland durchgefuehrt. Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel, den Wissensstand und die Erfahrungen ueber die Gestaltung einer 'energieoptimalen' Fassade zu vervollstaendigen. In diesem Zusammenhang wurde unter Freilandbedingungen die energetische Qualitaet von insgesamt 11 verschiedenen ausgefuehrten Fassaden in Landzeittests untersucht. Waehrend der Versuchszeit wurden in zwei Messzyklen, die sich jeweils ueber ein gesamtes Kalenderjahr (1985 und 1988) erstreckten, je fuenf Fassadentypen mit dem energetischen Verhalten einer sogenannten Standard- oder Referenzfassadenausfuehrung verglichen. Aus den in Versuchen und durch Simulationsrechnungen gewonnenen Erkenntnissen, die als ein Mass fuer die Betriebskosten eines Gebaeudes angesehen werden koennen, laesst sich fuer den jeweils spezifischen Einzelfall eine Beurteilung der Fassade aus energetischer und wirtschaftlicher Sicht durchfuehren.

2030 Szenario für Deutschland bei verzögertem Netzausbau

Ecofys hat im Auftrag der Smart Energy for Europe Platform (SEFEP) untersucht, wie sich ein verzögerter Ausbau der Stromübertragungsnetze bei unterschiedlicher geografischer Verteilung Erneuerbarer Energien-Anlagen auswirkt. Wird das Netz nicht optimal ausgebaut, müssen regional mehr Speicher und flexible Kraftwerke eingesetzt, und Erneuerbare Energie Anlagen häufiger abgeregelt werden. Die dadurch verursachten Kosten sinken, wenn die Anlagen zur Nutzung erneuerbaren Energiequellen gleichmäßiger verteilt sind.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Entwicklungen zur physikalischen und chemischen Charakterisierung eisnukleierender Aerosolpartikel mit HALO: Hochvolumenstrom-Sammler, automatisiertes 'Freezing Array' und analytische Methoden

Das hier vorgeschlagene Projekt basiert auf und ergänzt Untersuchungen die im Rahmen des DFG-Transregios 172 'Arktische Klimaveränderungen', und hier speziell dem Projekt B04 'Ship-based physical and chemical characteristics and sources of Arctic ice nucleating particles and cloud condensation nuclei', durchgeführt werden. Im Rahmen von TR 172, B04, ist es u.a. das Ziel, über schiffbasierte Messungen detaillierte Informationen hinsichtlich arktischer eisnukleierender Partikel (Anzahlkonzentration; chemische Natur, mineralisch und/oder organisch; Herkunft, lokal oder Ferntransport) zu erlangen. Diese schiffsbasierten Messungen können allerdings nur ein erster Schritt auf dem Weg zu einem besseren Verständnis von Aerosol-Wolken-Wechselwirkungen in der Arktis im allgemeinen, und der Vereisung Arktischer Wolken im Besonderen, sein. Hierzu sind u.a. Informationen aus unterschiedlichen Höhen (innerhalb der planetaren Grenzschicht und in der freien Troposphäre) erforderlich. Daher sollen die in TR 172, B04, geplanten Aktivitäten u.a. durch INP-bezogene Messungen an Bord des Forschungsflugzeuges HALO ergänzt werden. Spezifisch zielen wir auf die Bestimmung von INP-Anzahlkonzentrationen, und über Analyse der chemischen Partikelzusammensetzung auf Hinweise bzgl. der INP Herkunft / Quellen. Im Rahmen des vorliegenden Antrages werden wir uns daher auf die Entwicklung, den Test und die Zulassung eines Hochvolumenstrom-Aerosolpartikelsammlers für sub- und supermikrone Aerosolpartikel für das Forschungsflugzeug HALO konzentrieren. Das Sammlersystem wird im Wesentlichen aus einer adaptierten Version des schon existierenden (aber noch zuzulassenden) 'Micrometre Aerosol Inlet' (MAI) und einem noch zu entwickelnden Hochvolumenstrom-Filtersammler, bestehen. Die Berücksichtigung hoher Volumenströmen (Größenordnung 100 l/min) ist aufgrund der zu erwartenden niedrigen Aerosolpartikel- und INP-Konzentrationen, und dem daraus resultierenden Bedarf nach der Sammlung großer Luftvolumina erforderlich. Der erste wissenschaftliche Einsatz des entwickelten Systems soll im Rahmen der ARCTIC-HALO-Kampagne erfolgen, welche für die zweite Phase des TR 172 (2020-2023) geplant ist. Nach seiner Entwicklung, steht das Sammlersystem (Einlass und/oder Filtersammler) für sub- und supermikrone Aerosolpartikel für weitere HALO-Missionen zur Verfügung. Zur Durchführung der notwendigen Arbeiten beantragen wir Mittel für eine 75 % und eine 50% PostDoc-Stelle für jeweils 3 Jahre. Ferner beantragen wir Mittel für die Adaptierung und die Zulassung des Hochvolumenstrom-Aerosolpartikelsammlers. Alle anderen direkten Kosten werden aus dem Haushalt des TROPOS übernommen.

Entwicklung und Erprobung von Verhaltensweisen zur Energie- und Betriebskosteneinsparung in Mietgebaeuden

Cost-Optimal-Level: Modellrechnungen - Begleituntersuchung zur europäischen Berichterstattung

Ziel des im Rahmen des Forschungsprogramms Zukunft Bau geförderten Projektes 'Cost Optimal-Level - Modellrechnungen' war es, das deutsche kostenoptimale Niveau- von Neubau und Bestandsgebäuden zu bestimmen und mit dem gültigen Mindeststandard (EnEV (Energieeinsparverordnung) und EEWärmeG) zu vergleichen. Dies beinhaltete neben einer Betrachtung der makro- und mikroökonomischen Perspektive auch eine Sensitivitätsanalyse, um den Einfluss wesentlicher Parameter zu bestimmen. Das von Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) finanzierte Grundlagenforschungsprojekt ermöglicht einen sehr tiefen Einblick in die aktuellen und künftigen EnEV-Anforderungen, sowie den Einfluss der unterschiedlichen Parameter und Berechnungsarten. Mit der seitens der EU geforderten wirtschaftlichen Überprüfung der nationalen Umsetzungen der Gebäuderichtlinie sollen die Weichen für die zukünftige Entwicklung des Anforderungsniveaus gestellt werden.

Dynamischer Separator zur Trennung von stroemenden Mehrphasengemischen

Die Separation (Phasentrennung) eines in einer horizontalen Rohrleitung (Pipeline) stroemenden zwei- oder mehrphasigen Gemisches erfolgt abhaengig von den entstehenden Stroemungsformen durch eine geeignete apparative Anordnung, Dimensionierung und Formung von Rohrabzweigungen. Die bisherige Praxis der mechanischen Trennung von Mehrphasengemischen benutzt ueberwiegend schwere voluminoese Behaelter mit umfangreichen Einbauten, die insbesondere bei hohen Druecken sehr kosten- und wartungsintensiv sind. Bei der neuen Entwicklung erfolgt die Phasentrennung waehrend der Foerderung des Gemisches in Rohren. Mehrphasige stroemende Gemische koennen nach der Trennung durch Anhebung des Druckes der separierten Komponenten weiter gefoerdert werden. Der befuerchtete Wasserschlag in einem stroemenden Gas-Fluessigkeitsgemisch kann durch zeitweiligen Entzug der leichteren Phase verhindert werden.

Die gepackte Saeule in der aeroben Abwasserreinigung

Zur Reinigung von Abwaessern mit hohen organischen Schadstoffkonzentrationen werden aerobe Hochlastreaktoren eingesetzt. Dabei wird die Leistungssteigerung mit unterschiedlichen Verfahrens- und Reaktortechniken erzielt. Alle Systeme haben gemeinsam, dass bei intensiver Durchmischung mit hoher Turbulenz durch Scherkraefte grosse Phasengrenzflaechen zwischen Substrat/Sauerstoff und Bakterien/Sauerstoff erzeugt werden. Dies verbessert sowohl den Sauerstofftransport als auch den Stoffuebergang. Nach diesen Prinzipien arbeitet auch der Umlaufreaktor mit gepackter Saeule, die aus speziell geformten Keramikteilen besteht. Modelluntersuchungen mit synthetischem Abwasser zeigen, dass dieser Reaktor die Abbauleistung bekannter Hochlastreaktoren erreicht, aber weniger Energie und keine beweglichen Teile benoetigt.

Forschungsinitiative Zukunft Bau - Forschungscluster 'Energieeffizientes und klimagerechtes Bauen', Praxistest der Auswirkungen von Einzelraumregelung für Heizung, Lüftung und Beleuchtung auf Energieeinsparung bzw. Senkung der Betriebskosten

Das Forschungsvorhaben untersucht die Praxistauglichkeit von Einzelraumregelsystemen für die Heizung, Lüftung und Beleuchtung bei ausgewählten Bundesbaumaßnahmen. Dabei sind Fragen hinsichtlich der Energieeffizienz, der Wirtschaftlichkeit und der Nutzerzufriedenheit zu beantworten. Im Ergebnis sind Empfehlungen für den praktischen Einsatz der Einzelraumregelung zu erwarten. Das Zusammenwirken zunehmend innovativer und komplexer Anlagen zur Heizung, Kühlung, Klimatisierung und Beleuchtung insbesondere von Nichtwohngebäuden unter Berücksichtigung eines von Betreibern und Nutzern gleichermaßen formulierten und ständig steigenden Anspruchs an den energieeffizienten Betrieb der Anlagen und des Gebäudes ist ohne den Einsatz von Raum- und Gebäudeautomationssystemen immer schwieriger zu leisten. Ein übergeordnetes Energie- und Lastmanagement zur Betriebsoptimierung unter den jeweils gegebenen spezifischen Nutzungsbedingungen erfordert darüber hinaus den Einsatz eines Energiemanagementsystems. Die Hersteller und Anbieter entsprechender Systeme propagieren signifikante Energieeinsparungen, die sich aber erfahrungsgemäß nicht in jedem Fall realisieren lassen. Darüber hinaus sind höhere Investitionskosten und ein Mehraufwand bei Inbetriebnahme und Unterhaltung zu berücksichtigen. Insgesamt gesehen bestehen uneinheitliche und bisweilen widersprüchliche Aussagen zum Energieeinsparpotenzial von Einzelraumregelsystemen. Aus Sicht des Investors ist dies ein höchst unbefriedigendes Ergebnis, müssen doch die zum Teil erheblich höheren Investitionskosten vorrangig (d. h. ungeachtet des Komfortgewinns) durch die energetischen Einsparungen gegenfinanziert werden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll daher eine weitestgehend produkt- und technikneutrale Bewertung von Einzelraumregelsystemen in ausgewählten Bundesbauten erfolgen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es deshalb, - am Beispiel von typischen Anwendungen in Verwaltungsgebäuden praktische Erfahrungen aus dem Betrieb zu erheben, - den mit dem jeweiligen System erzielten Energieverbrauch im Hinblick auf mögliche weitere Einsparungen hin zu untersuchen, - Daten zur Betreiber- und Nutzerzufriedenheit zu erheben und zu bewerten, - die untersuchten Systeme hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten zu bewerten, - die untersuchten Systeme hinsichtlich der Praxistauglichkeit mit modernen innovativen Lösungen zu vergleichen, - eine Empfehlung für den Einsatz von Systemen der Raumautomation in Verwaltungsgebäuden zu erarbeiten, - Erkenntnisse über diese Systeme aus der Praxis zu erhalten.

NLWKN vereinheitlicht Nutzung der landeseigenen Wassersstraßen

Norden/Aurich/Meppen/Stade . Einheitlicher, schlanker, nutzerfreundlicher: der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) ordnet die anfallenden Gebühren und Abläufe an den Landeswasserstraßen zu Beginn der Wassersportsaison 2026 grundlegend neu. Zugleich reagiert der Landesbetrieb mit den ab 1. April in Kraft tretenden Anpassungen auf steigende Kosten bei der Unterhaltung und dem Betrieb der Anlagen wie Schleusen und Brücken. Im Ergebnis stehe eine praxistaugliche und faire Regelung für alle drei landeseigenen Wassersportreviere zwischen der Elbe und den Niederlanden, heißt es in einer Mitteilung. Einheitlicher, schlanker, nutzerfreundlicher: der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) ordnet die anfallenden Gebühren und Abläufe an den Landeswasserstraßen zu Beginn der Wassersportsaison 2026 grundlegend neu. Zugleich reagiert der Landesbetrieb mit den ab 1. April in Kraft tretenden Anpassungen auf steigende Kosten bei der Unterhaltung und dem Betrieb der Anlagen wie Schleusen und Brücken. Im Ergebnis stehe eine praxistaugliche und faire Regelung für alle drei landeseigenen Wassersportreviere zwischen der Elbe und den Niederlanden, heißt es in einer Mitteilung. Die Neuregelung umfasst das ostfriesische Kanalnetz rund um den Ems-Jade-Kanal, den Schifffahrtsweg Elbe-Weser zwischen Bremerhaven und Otterndorf und den Haren-Rütenbrock-Kanal, der die Ems mit dem niederländischen Wasserwegenetz verbindet. Hier galten in der Vergangenheit historisch bedingt teils stark abweichende Gebührenordnungen und unterschiedliche organisatorische Regelungen – von der Abrechnung pro Schleusengang bis hin zur Berechnung pro Kanal oder Tag. „Mit diesem wenig nutzerfreundlichen Nebeneinander unterschiedlicher Vorgaben machen wir – ganz im Sinne der allgemeinen Vereinfachungsinitiative des Landes Niedersachsen – nun Schluss“, betont ein NLWKN-Sprecher. So ist ab 2. April an allen landeseigenen Wasserstraßen nur noch das Benutzen der Schleusen und beweglichen Brücken gebührenpflichtig, nicht das reine Befahren der Kanäle. „An den technischen Anlagen entstehen nachweislich die größten Kosten. Wer nur zwischen zwei beweglichen Bauwerken fährt oder z.B. als Ruderer und Paddler weder einer Brückenöffnung, noch einer Schleusung bedarf und damit auch geringere Kosten verursacht, braucht künftig keine Gebühr mehr zu bezahlen“, heißt es beim NLWKN. Ebenfalls abgeschafft wird mit der Neuregelung die teils übliche Abrechnung pro Schleusengang: Stattdessen werden zur neuen Wassersportsaison ausschließlich Jahresvignetten und Tageskarten herausgegeben. Letztere zum neuen einheitlichen Preis von 10,- Euro pro Tag (20,- Euro für die gewerbliche Schifffahrt) richten sich vor allem an Gelegenheitsfahrer. Wer dagegen regelmäßig im jeweiligen Revier unterwegs ist, kann alternativ auf eine für eine ganze Saison gültige Jahresvignette zurückgreifen. Diese kostet am Haren-Rütenbrock-Kanal, für den erstmals eine Jahresvignette angeboten wird, und am Schifffahrtsweg Elbe-Weser, wo dieses Modell bereits bewährt ist, jeweils 25,- Euro. Für das deutlich größere Revier in Ostfriesland, in dem zahlreiche Schleusen und Brücken betrieben werden müssen, fallen künftig einmalig 60,- Euro für den jeweils eine Saison lang gültigen „Bootspass Ostfriesland“ an. Steigende Unterhaltungskosten an Schleusen und Brücken Steigende Unterhaltungskosten an Schleusen und Brücken Neben dem Abbau von Bürokratie und der Vereinheitlichung von Abläufen führt der NLWKN für die vorgenommenen Änderungen auch allgemeine Kostensteigerungen und erforderliche organisatorische Anpassungen ins Feld: „Die Kosten für Strom, Treibstoffe, Wartungsarbeiten, Ersatzteile und Personal sind in den letzten Jahren deutlich gestiegen. Die Nutzungsgebühren decken dies auch weiterhin nur zu einem sehr geringen Teil ab – dennoch müssen wir diesen Faktor bei Neuberechnungen im Sinne des Verursacherprinzips natürlich immer berücksichtigen“, erklärt der Sprecher des Landesbetriebs. Ob durch die neuen Regelungen höhere Kosten auf Wassersportlerinnen und Wassersportler zukommen oder aber sogar Geld gespart werden kann, hänge dabei stark vom individuellen Nutzungsprofil ab: „Fakt ist: den einen Typus Wassersportler gibt es nicht. Auf unseren Kanälen treffen beispielsweise Ruderer und Anrainer mit Boot, die relativ kleinräumig, aber regelmäßig unterwegs sind, auf fernreisende Sportbootfahrer, die das Gewässer nur einmal passieren sowie gewerbliche Charterboote. Wir haben uns bemüht, dem damit verbundenen sehr unterschiedlichen Nutzungsverhalten möglichst breit Rechnung zu tragen. Ziel ist es, für möglichst viele Nutzerinnen und Nutzer am Ende eine Aufwertung ihres Wassersporterlebnisses durch schlanke Abläufe und klare, einheitliche Tarifstrukturen zu schaffen“, so der NLWKN. Eine Übersicht über die neue Gebührenstruktur und die Bezugspunkte für Jahresvignetten bietet der NLWKN im Internet unter www.nlwkn.niedersachsen.de/Wassersport .

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