Das Projekt "Heterothermie und Torpor als Energie sparende Strategien bei antarktischen Sturmschwalben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Gießen, Institut für Allgemeine und Spezielle Zoologie, Bereich Tierökologie und Spezielle Biologie durchgeführt. Buntfuß-Sturmschwalben Oceanites oceanicus sind die kleinsten endothermen Tiere, die in der Antarktis brüten. Durch ihre geringe Körpergröße und die daher eingeschränkte Möglichkeit Energie zu speichern, brauchen Buntfuß-Sturmschwalben effiziente Strategien um mit vorhersehbaren aber auch mit unvorhersehbaren Perioden von Futterknappheit zurechtzukommen. Sowohl während einer Brutsaison als auch zwischen verschiedenen Brutsaisons wurden für diese Art starke Schwankungen der Futterverfügbarkeit beobachtet. In der geplanten Studie werden wir untersuchen wie junge Buntfuß-Sturmschwalben durch Heterothermie als physiologische Strategie ihren Energieumsatz optimieren und wie Torpor als Überlebensstrategie während unvorhergesehener Futterknappheit genutzt werden kann. Wir werden untersuchen, welchen Einfluss der Ernährungszustand auf Körpertemperatur und die Energieumsatz im Ruhezustand (Ruheumsatz) hat und ob diese mit der Außentemperatur zusammenhängen. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede der Futterverfügbarkeit werden wir den Tagesrhythmus der Körpertemperatur und der Ruheumsatz untersuchen. Wir werden testen, ob Buntfuß-Sturmschwalben ihre Körpertemperatur und ihren Ruheumsatz während dem Tag, wenn die adulten Vögel nicht zum Füttern kommen können, strategisch herunterfahren. Außerdem werden wir die Gründe und Folgen individueller Unterschiede im heterothermischen Verhalten der Nestlinge untersuchen. Wir erwarten, dass Körperfunktionen wie Wachstum oder die Investition in das Immunsystem mit sinkender Körpertemperatur eingeschränkt werden und dass Küken, die weniger häufig von ihren Eltern gefüttert werden, häufiger Torpor nutzen. Somit könnte Heterothermie bei Küken der Sturmschwalben durch einen Trade-off zwischen verringerten Energiekosten und der Investition in Körperfunktionen, die schlussendlich die Überlebenschancen bis zur Brutzeit bestimmen, Auswirkungen auf ihre biologische Fitness haben. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede in der Futterverfügbarkeit, werden wir die Heterothermie der Küken während Unwetterperioden, wie zum Beispiel während Schneestürmen, untersuchen. Schneestürme werden nach Vorhersagen der Klimamodelle in der Region in Zukunft häufiger auftreten und in dieser Zeit sind die Eingänge der Bruthöhlen häufig blockiert. Diese Studie hat daher Auswirkungen auf die Anpassungsfähigkeit der Art an den Klimawandel, sowohl im Zusammenhang mit der verringerten Futterverfügbarkeit, die vor allem durch die Abnahme des Antarktischen Krills hervorgerufen wird, als auch durch ein vermehrtes Auftreten von Schneestürmen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Digitaler Zwilling zur ML-basierten Optimierung des technischen Gebäudebetriebs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BUILD.ING Consultants + Innovators GmbH durchgeführt. Für energieoptimierte und klimaneutrale Gebäude, für deren effiziente und wirtschaftliche Betriebsführung sowie für die Integration von erneuerbaren Energien sind smarte Monitoring- und Energiemanagementsysteme sowie Strategien zur verbesserten Automatisierung und Betriebsführung eine zwingende Voraussetzung. Ebenso die Einbindung von unterschiedlichen Energieerzeugern und Energienutzern und die damit verbundene Notwendigkeit zur Flexibilisierung und Lastverschiebung durch thermische Energiespeicher. Kernziel dieses Vorhabens ist deshalb die Erforschung und Entwicklung von Methoden eines energetisch optimierten Betriebs von Kälteanlagen bei smarter Einbindung in andere Energiesysteme, wobei die Optimierung multivariabel (Energieeffizienz, Netzdienlichkeit im Kontext einer Sektorkopplung, Wirtschaftlichkeit, usw.) gestaltet ist. Zur Erreichung dieses Kernziels werden innovative digitale Technologien wie zum Beispiel Methoden aus den Bereichen Data Science und Computational Intelligence speziell für deren Einsatz für das Monitoring und die Automatisierung von Kälteanlagen erforscht und prototypisch in Labor- und insbesondere in Feldanlagen getestet. Dieses Vorhaben ist dabei durch die enge Verknüpfung von angewandter Forschung und gezieltem Transfer in die Praxis geprägt. Die Untersuchung erfolgt auf Basis eines breit angelegten Anlagenpools aus den Bereichen Gewerbe-, Industrie- und Klimakälte. Die BUILD.ING Consultants + Innovators GmbH (BCI) verfolgt das übergeordnete Ziel, KI für die Gebäudesteuerung nutzbar zu machen. Hierzu soll am Beispiel kältetechnischer Anlagensysteme im Zusammenhang mit dem Gebäude der Einsatz Maschineller Lernverfahren (ML) erprobt werden. Als Basis soll eine Co-Simulationsumgebung für ML-basierte Steuerung geschaffen werden. Über die Gebäudesimulation werden Trainingsdaten für ML gewonnen und können die erzeugten Modelle zur Anlagensteuerung vor Einsatz im realen Gebäude in der Simulationsumgebung getestet werden (Digitaler Zwilling).
Das Projekt "Monitoring the Alpine Region's Sustainability" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH durchgeführt. Das Projekt MARS 'Monitoring the Alpine Region's Sustainability' arbeitet an der Erstellung eines integrierten Indikatorensets für die Messung und Evaluierung Nachhaltiger Entwicklung im Alpenraum. MARS gehört zum Forschungsprogramm INTERREG IIIB der Europäischen Kommission, in dem ein internationales Projektkonsortium unter der Leitung von BAK Basel Economics forscht. MARS basiert auf einer erweiterten geographischen Fassung des Alpenraumes und umfasst wichtige regionale Zentren wie Wien, Mailand, München, Lyon und Bern. In Deutschland bilden die Regierungsbezirke Oberbayern, Schwaben, Freiburg im Breisgau und Tübingen den alpinen Raum. Für diese Regionen (NUTS 2 Regionen) sowie für die Gesamtregion soll ein Datensatz zur Generierung von Umweltindikatoren erstellt werden. Dies umfasst die Bereiche: inländische Rohstoffentnahme, inländisch verarbeitete Stoffabgabe (DPO Domestic Processed Output = Emissionen, Abfälle und dissipativer Produkteinsatz), Wasserverbrauch, Energieverbrauch, Flächennutzung, sowie eine Machbarkeitsstudie für den Direkten Materialinput (DMI = inländische Rohstoffentnahme plus Importe). Zudem werden die regionalen Projektpartner aus öffentlicher Verwaltung und Politik einbezogen, um deren Bedarf an Daten und Indikatoren für eine nachhaltige Entwicklung ihrer Regionen zu berücksichtigen. Die Ergebnisse von MARS sollen in dieser Hinsicht die lokalen Akteure bei der Evaluation und Planung regionaler Politik unterstützen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Fehlersimulation, -erkennung und -diagnose" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Luft- und Kältetechnik gemeinnützige Gesellschaft mbH durchgeführt. Für energieoptimierte und klimaneutrale Gebäude, für deren effiziente und wirtschaftliche Betriebsführung sowie für die Integration von erneuerbaren Energien sind smarte Monitoring- und Energiemanagementsysteme sowie Strategien zur verbesserten Automatisierung und Betriebsführung eine zwingende Voraussetzung. Ebenso die Einbindung von unterschiedlichen Energieerzeugern und Energienutzern und die damit verbundene Notwendigkeit zur Flexibilisierung und Lastverschiebung durch thermische Energiespeicher. Kernziel dieses Vorhabens ist deshalb die Erforschung und Entwicklung von Methoden eines energetisch optimierten Betriebs von Kälteanlagen bei smarter Einbindung in andere Energiesysteme, wobei die Optimierung multivariabel (Energieeffizienz, Netzdienlichkeit im Kontext einer Sektorkopplung, Wirtschaftlichkeit, usw.) gestaltet ist. Zur Erreichung dieses Kernziels werden innovative digitale Technologien wie zum Beispiel Methoden aus den Bereichen Data Science und Computational Intelligence speziell für deren Einsatz für das Monitoring und die Automatisierung von Kälteanlagen erforscht und prototypisch in Labor- und insbesondere in Feldanlagen getestet. Dieses Vorhaben ist dabei durch die enge Verknüpfung von angewandter Forschung und gezieltem Transfer in die Praxis geprägt. Die Untersuchung erfolgt auf Basis eines breit angelegten Anlagenpools aus den Bereichen Gewerbe-, Industrie- und Klimakälte. Im Rahmen des Teilvorhabens Fehlersimulation, -erkennung und -diagnose sollen Fehlerdaten anhand einer Simulationslaborkälteanlage erzeugt und für die Entwicklung von Machine Learning-Modellen zur Überwachung von Kälteanlagen genutzt werden. In einer späteren Projektphase werden diese Modelle an Feldanlagen getestet und entsprechend angepasst. Abschließend werden die Modelle Anwendern in einem Modell-Hub bereitgestellt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Schwerpunkt KI-/ML-Workflow: Datenintegration, Modelldesign, Systemintegration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Trevisto AG durchgeführt. Für energieoptimierte und klimaneutrale Gebäude, für deren effiziente und wirtschaftliche Betriebsführung sowie für die Integration von erneuerbaren Energien sind smarte Monitoring- und Energiemanagementsysteme sowie Strategien zur verbesserten Automatisierung und Betriebsführung eine zwingende Voraussetzung. Ebenso die Einbindung von unterschiedlichen Energieerzeugern und Energienutzern und die damit verbundene Notwendigkeit zur Flexibilisierung und Lastverschiebung durch thermische Energiespeicher. Kernziel dieses Vorhabens ist deshalb die Erforschung und Entwicklung von Methoden eines energetisch optimierten Betriebs von Kälteanlagen bei smarter Einbindung in andere Energiesysteme, wobei die Optimierung multivariabel (Energieeffizienz, Netzdienlichkeit im Kontext einer Sektorkopplung, Wirtschaftlichkeit, usw.) gestaltet ist. Zur Erreichung dieses Kernziels werden innovative digitale Technologien wie zum Beispiel Methoden aus den Bereichen Data Science und Computational Intelligence speziell für deren Einsatz für das Monitoring und die Automatisierung von Kälteanlagen erforscht und prototypisch in Labor- und insbesondere in Feldanlagen getestet. Dieses Vorhaben ist dabei durch die enge Verknüpfung von angewandter Forschung und gezieltem Transfer in die Praxis geprägt. Die Untersuchung erfolgt auf Basis eines breit angelegten Anlagenpools aus den Bereichen Gewerbe-, Industrie- und Klimakälte. Der Schwerpunkt des Antragstellers Trevisto AG in diesem Kontext ist die Entwicklung des KI-/ML-Workflows: Datenintegration, Modelldesign, Systemintegration.
Das Projekt "Teilvorhaben: Gesenkschmieden von Schrauben" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Sternberg GmbH Schraubenfabrik - Sonderschrauben - Drehteile durchgeführt. Durch einen verbesserten und/oder lokal definierbaren Wärmeabtransport können temperierte Umformprozesse effektiver gestaltet, die sich einstellenden Prozessbedingungen besser kontrolliert und die Werkzeugstandmengen erhöht werden. Für die Realisierung der anforderungsgerechten Bauteileigenschaften unter dem Gesichtspunkt der Energie- und Ressourceneffizienz ist neben der Betrachtung des eigentlichen Formgebungsprozesses die Einbeziehung der Strategien zur Werkzeugfertigung unabdingbar. Insbesondere bei sinkenden Losgrößen und zunehmenden Produktvarianten spielt der Ressourceneinsatz (Energie, Material, Kosten) bei der Werkzeugherstellung eine nicht zu unterschätzende Rolle. Ziel des Projektes ist es, eine Matrix zu innovativen Fertigungsstrategien für thermisch beanspruchte Hohlformwerkzeuge zum Presshärten, zum Schmieden sowie beim Metallspritzgießen zu schaffen und darauf aufbauend eine Bewertungsmethode zu entwickeln, in deren Mittelpunkt die Ermittlung des Energiewertes für die Werkzeug- und Bauteilfertigung steht. Dabei werden zur effizienten und systematischen Auslegung thermisch beanspruchter Ur- und Umformwerkzeuge zunächst Sensitivitätsanalysen mithilfe der FE-Simulation erfolgen, u.a. zur Auslegung der Kühlung (Bohrungsdurchmesser, Abstand zur Oberfläche) sowie zur Auswahl geeigneter Werkzeugwerkstoffe, bevor die Herstellung von Modell- und Demonstrator-Werkzeugen für die ausgewählten Fertigungsprozesse erfolgt, die mit Energiemessungen und -abschätzungen während der Werkzeugherstellung und der Bauteilfertigung begleitet wird. Nach der Bestimmung der Ressourcen- und Energieeffizienz durch die Beschreibung der Stoffflüsse mittels des ITO-Modells, durch analytische Berechnungen und energetische Messungen bzw. Abschätzungen auf Basis der Simulationsergebnisse kann ein Vergleich zwischen der neuen 'reProTools'-Fertigung und den herkömmlichen Fertigungsstrategien mittels der zu entwickelnden Bewertungsmethode vorgenommen werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Monitoring und Automatisierung für energieeffizienten und flexiblen Betrieb" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Biberach, Institut für Gebäude- und Energiesysteme durchgeführt. Für energieoptimierte und klimaneutrale Gebäude, für deren effiziente und wirtschaftliche Betriebsführung sowie für die Integration von erneuerbaren Energien sind smarte Monitoring- und Energiemanagementsysteme sowie Strategien zur verbesserten Automatisierung und Betriebsführung eine zwingende Voraussetzung. Ebenso die Einbindung von unterschiedlichen Energieerzeugern und Energienutzern und die damit verbundene Notwendigkeit zur Flexibilisierung und Lastverschiebung durch thermische Energiespeicher. Kernziel dieses Vorhabens ist deshalb die Erforschung und Entwicklung von Methoden eines energetisch optimierten Betriebs von Kälteanlagen bei smarter Einbindung in andere Energiesysteme, wobei die Optimierung multivariabel (Energieeffizienz, Netzdienlichkeit im Kontext einer Sektorkopplung, Wirtschaftlichkeit, usw.) gestaltet ist. Zur Erreichung dieses Kernziels werden innovative digitale Technologien wie zum Beispiel Methoden aus den Bereichen Data Science und Computational Intelligence speziell für deren Einsatz für das Monitoring und die Automatisierung von Kälteanlagen erforscht und prototypisch in Labor- und insbesondere in Feldanlagen getestet. Dieses Vorhaben ist dabei durch die enge Verknüpfung von angewandter Forschung und gezieltem Transfer in die Praxis geprägt. Die Untersuchung erfolgt auf Basis eines breit angelegten Anlagenpools aus den Bereichen Gewerbe-, Industrie- und Klimakälte. An diesem Anlagenpool werden in Teilvorhaben A - Monitoring und Automatisierung für energieeffizienten und flexiblen Betrieb - vor allem Methoden zur Erfassung und Bewertung der Energieeffizienz in kältetechnischen Anlagensystemen weiterentwickelt und mit höherwertigen Automatisierungsstrategien kombiniert, die sowohl auf einen energieeffizienten als auch lastflexiblen Betrieb abzielen. Im Fokus der Untersuchung stehen hierbei vor allem auch indirekte Verfahren zur Bestimmung der Energieeffizienz.
Das Projekt "Teilvorhaben Dienstebasierte Prozessführung, Optimierung und Skalierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Verfahrenstechnik und Umwelttechnik (IVU), Professur für Prozessleittechnik, Arbeitsgruppe Systemverfahrenstechnik durchgeführt. Zielstellung ist die Entwicklung eines hersteller- und prozessunabhängigen Integrationsprofile für Wasserelektrolyseure sowie Konzipierung von simulativ vorgeprüften Prozessführungskonzepte zur Optimierung, Skalierung und Integration für modulare Anlagen. Die im Querschnittsthema angestrebte Lösung ist die Übertragung der Konzepte zur Modularisierung in der Prozessindustrie (VDI 2776 und VDI/VDE/NAMUR 2658) auf den Anwendungsfall 'Wasserstoffelektrolyseure'. In dem vorgelegten Teilprojekt charakterisiert und entwickelt der Projektpartner TU Dresden standardisierte Prozessführungsfunktionen und Dienstschnittstellen zur nahtlosen Integration von Wasser-Elektrolyseuren in die Prozessführungssysteme der Betreiber. Ein wesentlicher Fokus liegt dabei auf leistungsfähigen Schnittstellen zu den von den Partnern implementierten Simulationsmodellen und Optimierungsalgorithmen unter Berücksichtigung der spezifischen Herausforderung von Scale-Up-Strategien, im Speziellen: Lastmanagement, Energie- und Stoffstromverteilung sowie selbstkonfigurierende hierarchische Prozessgesundheits- und Störungsmodelle. Des Weiteren werden hybride Algorithmen zur Onlineoptimierung und Effizienzsteigerung von modularen Elektrolyseuren im Einzelbetrieb entwickelt und die Integration der Modulbeschreibungen in durchgängige Engineeringworkflows, von Variantenmanagement für Scale-Up-Strategien, über beschleunigte Integration und Inbetriebnahme bis hin zur kontinuierlichen, betriebsbegleitenden Prozessoptimierung unter Berücksichtigung von Anlagenlebens- und Innovationszyklen untersucht. Zur Verifikation und Validierung der Arbeitsergebnisse wird ein physischer Kleindemonstrator aufgebaut, wobei zwei neue Module speziell für die Elektrolyse in die bestehenden Infrastruktur des P2O-Lab zu integrieren sind. Zusammen mit weiteren Modulen wird die realisierte, modulare Anlage eine vollständige Prozesskette bilden und die begleitende Untersuchung und Verifikation von Prozessführungskonzepten ermöglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Additive Werkzeugfertigung mittels Kupfer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH durchgeführt. Durch einen verbesserten und/oder lokal definierbaren Wärmeabtransport können temperierte Umformprozesse effektiver gestaltet, die sich einstellenden Prozessbedingungen besser kontrolliert und die Werkzeugstandmengen erhöht werden. Für die Realisierung der anforderungsgerechten Bauteileigenschaften unter dem Gesichtspunkt der Energie- und Ressourceneffizienz ist neben der Betrachtung des eigentlichen Formgebungsprozesses die Einbeziehung der Strategien zur Werkzeugfertigung unabdingbar. Insbesondere bei sinkenden Losgrößen und zunehmenden Produktvarianten spielt der Ressourceneinsatz (Energie, Material, Kosten) bei der Werkzeugherstellung eine nicht zu unterschätzende Rolle. Ziel des Projektes ist es, eine Matrix zu innovativen Fertigungsstrategien für thermisch beanspruchte Hohlformwerkzeuge zum Presshärten, zum Schmieden sowie beim Metallspritzgießen zu schaffen und darauf aufbauend eine Bewertungsmethode zu entwickeln, in deren Mittelpunkt die Ermittlung des Energiewertes für die Werkzeug- und Bauteilfertigung steht. Dabei werden zur effizienten und systematischen Auslegung thermisch beanspruchter Ur- und Umformwerkzeuge zunächst Sensitivitätsanalysen mithilfe der FE-Simulation erfolgen, u.a. zur Auslegung der Kühlung (Bohrungsdurchmesser, Abstand zur Oberfläche) sowie zur Auswahl geeigneter Werkzeugwerkstoffe, bevor die Herstellung von Modell- und Demonstrator-Werkzeugen für die ausgewählten Fertigungsprozesse erfolgt, die mit Energiemessungen und -abschätzungen während der Werkzeugherstellung und der Bauteilfertigung begleitet wird. Nach der Bestimmung der Ressourcen- und Energieeffizienz durch die Beschreibung der Stoffflüsse mittels des ITO-Modells, durch analytische Berechnungen und energetische Messungen bzw. Abschätzungen auf Basis der Simulationsergebnisse kann ein Vergleich zwischen der neuen 'reProTools'-Fertigung und den herkömmlichen Fertigungsstrategien mittels der zu entwickelnden Bewertungsmethode vorgenommen werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Additiv gefertigte Metallspritzgießwerkzeuge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bernd Flach Präzisionstechnik GmbH & Co. KG durchgeführt. Durch einen verbesserten und/oder lokal definierbaren Wärmeabtransport können temperierte Umformprozesse effektiver gestaltet, die sich einstellenden Prozessbedingungen besser kontrolliert und die Werkzeugstandmengen erhöht werden. Für die Realisierung der anforderungsgerechten Bauteileigenschaften unter dem Gesichtspunkt der Energie- und Ressourceneffizienz ist neben der Betrachtung des eigentlichen Formgebungsprozesses die Einbeziehung der Strategien zur Werkzeugfertigung unabdingbar. Insbesondere bei sinkenden Losgrößen und zunehmenden Produktvarianten spielt der Ressourceneinsatz (Energie, Material, Kosten) bei der Werkzeugherstellung eine nicht zu unterschätzende Rolle. Ziel des Projektes ist es, eine Matrix zu innovativen Fertigungsstrategien für thermisch beanspruchte Hohlformwerkzeuge zum Presshärten, zum Schmieden sowie beim Metallspritzgießen zu schaffen und darauf aufbauend eine Bewertungsmethode zu entwickeln, in deren Mittelpunkt die Ermittlung des Energiewertes für die Werkzeug- und Bauteilfertigung steht. Dabei werden zur effizienten und systematischen Auslegung thermisch beanspruchter Ur- und Umformwerkzeuge zunächst Sensitivitätsanalysen mithilfe der FE-Simulation erfolgen, u.a. zur Auslegung der Kühlung (Bohrungsdurchmesser, Abstand zur Oberfläche) sowie zur Auswahl geeigneter Werkzeugwerkstoffe, bevor die Herstellung von Modell- und Demonstrator-Werkzeugen für die ausgewählten Fertigungsprozesse erfolgt, die mit Energiemessungen und -abschätzungen während der Werkzeugherstellung und der Bauteilfertigung begleitet wird. Nach der Bestimmung der Ressourcen- und Energieeffizienz durch die Beschreibung der Stoffflüsse mittels des ITO-Modells, durch analytische Berechnungen und energetische Messungen bzw. Abschätzungen auf Basis der Simulationsergebnisse kann ein Vergleich zwischen der neuen 'reProTools'-Fertigung und den herkömmlichen Fertigungsstrategien mittels der zu entwickelnden Bewertungsmethode vorgenommen werden.
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