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Projektierung einer Geothermie-Wärmepumpenanlage unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit
(2023)
- Die vorliegende wissenschaftliche Arbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und Planung einer Wärmepumpenanlage mit Geothermie. Das betrachtete Wohnge-bäude entspricht dem KfW55-Standard und verfügt über 28 Wohneinheiten mit ei-ner Gesamtwohnfläche von 2040 m². Ziel war die Realisierung einer energieeffi-zienten Anlage unter Berücksichtigung der Temperaturentwicklung im Erdreich über einen Betriebszeitraum von 50 Jahren. Dazu wurde eine Anlagensimulation mit der Software Polysun Designer durchgeführt, mit der sowohl die ingenieurmäßi-ge Dimensionierung der Anlagenkomponenten als auch deren Effizienz im Anla-genbetrieb überprüft werden konnte. Die Heizlastberechnung des Gebäudes nach DIN EN 12831-1 ergab eine Normheizleistung von 62062 W. Auf Basis der ermittel-ten Wärmeverluste konnte ein jährlicher Heizwärmebedarf von 97.000 kWh/a be-rechnet werden. Die Warmwasserbereitung erfolgt dezentral über Wohnungsstatio-nen, um die Anforderungen für die Einstufung als Kleinanlage nach DVGW W551 zu erfüllen. Dadurch konnte die Warmwassertemperatur von 60°C auf 50°C redu-ziert werden, ohne die hygienischen Anforderungen der Trinkwasserverordnung zu verletzen. Der tägliche Warmwasserbedarf wurde auf 3700 Liter bei einer Zapftem-peratur von 45°C festgelegt. Der jährliche Energiebedarf für die Warmwasserberei-tung von 63.500 kWh wurde nach SIA 2024 ermittelt.
Die Gebäudeheizung und die Warmwasserbereitung wurden anlagentechnisch getrennt. Für beide Systeme wurde jeweils eine Wärmepumpe ausgelegt, die ein gemeinsames Erdsondenfeld als Wärmequelle nutzen. Dieser für alle untersuchten Systemvarianten identische Anlagenaufbau wurde durch unterschiedliche Konzep-te der Dachflächennutzung zur thermischen Regeneration der Geothermie und zur Stromerzeugung ergänzt. In Systemvariante 1 wurden PVT-Kollektoren, eine Kom-bination aus solarthermischem Kollektor und Photovoltaikmodul, zur optimalen Nut-zung der Dachfläche eingesetzt. Ein konventioneller verglaster Flachkollektor zur thermischen Nutzung und eine Photovoltaikanlage zur Stromerzeugung wurden in der Variante 2 eingesetzt. In Variante 3 wurde der Einsatz von Schwimmbadkollekt-oren bzw. Solarabsorbern untersucht, die im Gegensatz zu den ersten beiden Vari-anten ohne Aufständerung flach auf der Dachfläche installiert wurden.
Durch die kostengünstigere Installation der Solarabsorber wurde ein wirtschaftli-cher Vorteil gegenüber den technisch überlegenen Varianten 1 und 2 erwartet. Mit Hilfe der Simulationssoftware war es möglich, die Systemdaten detailliert zu analy-sieren und die Bohrtiefen bei der ersten Variante deutlich und bei der zweiten Vari-ante etwas geringer zu reduzieren.
Entgegen den Erwartungen zeigte sich, dass die dritte Variante im Vergleich so-wohl technisch als auch hinsichtlich der Investitionskosten am schlechtesten ab-schnitt. Aufgrund der starken Abkühlung des umgebenden Erdreichs kann die dritte Variante die Vorgaben der VDI 4640 bezüglich der Soleeintrittstemperatur und der mittleren Soletemperatur im Monatsmittel von mindestens -1,5°C über 50 Jahre nicht einhalten. Sie scheidet daher wie die Referenzvariante ohne thermische Re-generation für die Baugenehmigung und damit für die Realisierbarkeit des Projek-tes aus.
Variante 2 profitiert aufgrund des hohen thermischen Wirkungsgrades der Flachkol-lektoren insbesondere in den Winter- und Übergangsmonaten von einer verbesser-ten Effizienz der Wärmepumpen durch höhere Systemtemperaturen im Solekreis-lauf. Darüber hinaus haben die unterschiedlichen Bohrtiefen einen erheblichen Einfluss auf die Verbrauchsdaten und Jahresarbeitszahlen der Wärmepumpen. Dies zeigen die Ergebnisse der Langzeitsimulation über 50 Jahre. Variante 1 über-zeugt durch eine über den gesamten Zeitraum stabile Systemeffizienz und hält die Temperaturvorgaben der VDI 4640 sowie der mittleren Sondentemperatur bis auf temporäre Überschreitungen ein. Variante 2 hingegen liegt in den Wintermonaten häufiger im Grenzbereich der Eintrittstemperaturen, kann aber durch das höhere Temperaturniveau der thermischen Regeneration in der Systemeffizienz überzeu-gen. Aus technischer Sicht haben somit beide Anlagenkonzepte ihre Vorteile. Die solarthermischen Kollektoren überzeugen durch eine verbesserte Jahresarbeits-zahl der Wärmepumpe und die PVT-Kollektoren erzeugen einen hohen solarther-mischen und elektrischen Ertrag, der den Strombezug des Systems aus dem öffent-lichen Netz dauerhaft gering hält. Eine eindeutige Empfehlung für eines der beiden Konzepte ist daher aus technischer Sicht nicht möglich.
Aus wirtschaftlicher Sicht konnte aufgrund der enormen Einsparung an Erdwärme-sondenlänge ein Vorteil für die erste Variante generiert werden. Trotz der höchsten Investitionskosten für die Komponenten der thermischen Regeneration sind die Ge-samtinvestitionskosten bei dieser Variante am geringsten. Sollte sich der derzeit kleine Markt an Anbietern für PVT-Kollektoren weiter entwickeln und die Preise sin-ken, ist ein noch wirtschaftlicherer Betrieb gewährleistet. Die Variante 2 liegt im di-rekten Vergleich hinter der ersten Variante 1, da keine gleichwertige Einsparung an Bohrtiefe und damit höhere Investitionskosten resultieren.
Die Voruntersuchungen ergaben für den Standort Schwerin eine geringe spezifi-sche Entzugsleistung von 18 W/m Bohrtiefe sowie eine aufgrund des Breitengrades geringe solare Einstrahlung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Realisierung einer geothermischen Wärmepumpenanlage technisch möglich ist, jedoch die Investiti-onskosten für die Wärmequellenanlage bei allen drei Varianten den höchsten Pos-ten darstellen. Die großen Erdwärmesondenlängen wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Systems aus.
An einem Standort mit deutlich höherer Entzugsleistung des Erdreichs könnte je-doch bei ähnlicher Anlagenkonfiguration eine kleinere Wärmequellenanlage mit geringeren Investitionskosten eingesetzt werden, weshalb die besseren geologi-schen Verhältnisse einen signifikanten Einfluss auf die wirtschaftliche Realisierbar-keit hätten.
Die thermische Regeneration der Wärmequellenanlage erhöht nicht nur die Anla-geneffizienz durch höhere Soletemperaturen, sondern sichert auch den langfristi-gen Betrieb der Geothermieanlage. Je nach Standortbedingungen ermöglicht sie erst den dauerhaften Betrieb der Wärmepumpenanlage ohne langfristige Abküh-lung des Untergrundes. Darüber hinaus bildet sie die Grundlage für eine nachhalti-ge Nutzung der oberflächennahen Geothermie in dicht bebauten, urbanen Gebie-ten, da ein Eintrag von Sonnenenergie durch die Versiegelung der umgebenden Flächen anderweitig nicht möglich ist.
Die Anlagensimulation mit der Software Polysun Designer von Vela Solaris ermög-lichte eine individuelle Anlagenplanung mit freien Anlagenhydrauliken und Regel-konzepten. Durch die Berücksichtigung der Sektorenkopplung von Wärme- und Stromerzeugung wurde eine ganzheitliche energetische Betrachtung des Anlagen-konzeptes gewährleistet. Die Optimierung der vordimensionierten Anlagenkompo-nenten ermöglicht einerseits die Sicherstellung der Anlagenfunktion über frei defi-nierbare Zeiträume, andererseits kann eine mögliche Reduzierung der Komponen-tendimensionen eine signifikante Kostenersparnis für den Bauherrn bedeuten. Dadurch amortisieren sich die Mehrkosten für den erhöhten Planungsaufwand beim Einsatz von Simulationssoftware automatisch.
Aufgrund der hohen Systemkomplexität von Wärmepumpenanlagen sind statische Auslegungsrichtwerte für die Dimensionierung der haustechnischen Anlagen ohne fachliche Überprüfung äußerst ungenau und bergen das Risiko von Fehlplanun-gen. Durch den Einsatz simulationsgestützter Planungsverfahren ist eine praxisge-rechte Auslegung möglich. Der planende Ingenieur hat damit die Möglichkeit, seine Berechnungen zu optimieren und wirtschaftliche Schäden für das Unternehmen durch Fehlplanungen weitestgehend zu vermeiden.
Darüber hinaus erfordern Ressourcenknappheit und der fortschreitende Klimawan-del effiziente, langlebige und ressourcenschonende gebäudetechnische Anlagen, um eine erfolgreiche Energiewende zu realisieren.
Diese Diplomarbeit bietet eine Orientierungsgrundlage für das praxisorientierte Vorgehen bei der simulationsgestützten Auslegung von Wärmepumpensystemen mit der Software Polysun Designer.
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Die Bedeutung der Mitarbeiterbindung im Kontext von Unternehmensübernahmen
(2023)
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Konzepterstellung für die Einführung eines Employer Branding in der LH-Plastics GmbH
(2023)
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Optimierung zeitlicher Verläufe des Heiz- und Kühlleistungsbedarfs eines komplexen Gebäudes unter Anwendung einer thermischen Gebäudesimulation
(2023)
- In dieser Arbeit wurden verschiedene Optimierungen anhand eines komplexen Gebäudemodells simuliert. Die Simulationen wurden mit dem Programm IDA ICE von EQUA durchgeführt. Die Simulationen betrachten die Wärmerückgewinnung, Variationen in der Solarstrahlung, Variationen des Standortes und Variationen der Gebäudehülle.
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Planung, wirtschaftliche und ökologische Betrachtung des erneuerbaren Energiesystems Eisspeicherheizung im Vergleich zu anderen Wärmeversorgungssystemen
(2023)
- Planung, wirtschaftliche und ökologische Betrachtung
des erneuerbaren Energiesystems Eisspeicherheizung
im Vergleich zu anderen Wärmeversorgungssystemen
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Optimierung und Hyperparametertuning von neuronalen Netzen zur Trajektorienprädiktion für autonome Fahrzeuge
(2023)
- Ziel
Das Ziel der Bachelorthesis war es, ein Hyperparametertuning für drei neuronale
Beispiel-Netzwerke und die dafür notwendigen Vorbereitungen (Entwicklung einer
automatisierten Testumgebung, Analyse der Trainingsdaten), sowie die
anschließende Auswertung der Ergebnisse durchzuführen.
Methodik
Für die Bewertung der untersuchten neuronalen Netze wurde eine eigene Metrik
definiert. Die Nutzung dieser Metrik ermöglicht die Einschätzung und Bewertung
der trainierten Models.
Ergebnisse
Die Durchführung des Hyperparametertunings lief für die Beispiel-Netze wie
gewünscht ab. Die ausgewählten Netzwerke konnten anhand der definierten Metrik
miteinander verglichen werden. Keines der Netzwerke erreichte eine hinreichend
gute Performance.
Schlussfolgerung
Zur Untersuchung weiterer Netzwerke ist die entwickelte Umgebung geeignet. Die
verwendeten Architekturen sind für die vorliegenden Daten nicht optimal.
Schlüsselwörter
künstliche Intelligenz, Hyperparametertuning, neuronale Netzwerke, Convolutional
Neural Networks, ResNet50
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Employer Branding der Nordwest Automobilgesellschaft: Ein Entwurf für den Aufbau einer starken Arbeitgebermarke
(2023)
- Zielstellung: Ziel der Arbeit ist es, die Implementierungslücke des „Employer Brandings der Nordwest Automobilgesellschaft“ zwischen erkannter Signifikanz und tatsächlicher Umsetzung zu schließen. Dazu wird ein „Entwurf für den Aufbau einer starken Arbeitgebermarke“ entwickelt, der den Implementierungsprozess des Employer Brandings in der Autohauspraxis fördern soll.
Methodik: Die methodische Vorgehensweise unterteilt sich in einen theoretisch-konzeptionellen und empirisch-praktischen Teil. Auf Grundlage eines literaturbasierten konzepttheoretischen Bezugsrahmens werden Ansätze für das Employer Branding konzipiert, denen die Praxisbeobachtungen der empirischen Untersuchung entgegengestellt werden. Der Vergleich deckt Potenziale auf und dient der spezifischen Ausgestaltung des „Employer Brandings der Nordwest Automobilgesellschaft“, sodass ein praktischer Transfer der Forschungsergebnisse stattfindet.
Ergebnisse: Aus der Auswertung der empirischen Untersuchung und dem Vergleich mit dem konzepttheoretischen Bezugsrahmen konnten Kompetenz- und Optimierungsprofile für das Employer Branding der Schwarte und Braasch Gruppe erarbeitet werden. Darauf basierend wurden Implikationen für die Nordwest Automobilgesellschaft geschaffen. Demnach wird die strategische Initialisierung des Employer Brandings durch ein übergeordnetes Projektteam (Nordwest Automobilgesellschaft) vorgenommen. Ein untergeordnetes Projektteam (Schwarte Gruppe und Braasch Gruppe) übernimmt die operative Entwicklung der Arbeitgebermarken.
Schlussfolgerungen: Mit der Entwicklung des Entwurfs wurde das Ziel der Arbeit nicht vollständig erreicht. Erst durch die praktische Umsetzung und anschließende Validierung des Entwurfs kann die Implementierungslücke für das „Employer Branding der Nordwest Automobilgesellschaft“ geschlossen werden.
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Erarbeitung und Gegenüberstellung möglicher Konzepte eines Wärmeerzeugers für eine Lager- und Versandhalle mit Bürofläche inklusive der Untersuchung eines möglichen Einsatzes erneuerbarer Energien sowie einer Wirtschaftlichkeitsanalyse möglicher Varianten und Darstellung der Vorzugsvariante
(2023)
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Experimentelle Untersuchungen an einem kleinen Kühlturm und Modellerstellung als Vorstudie zur Softwareentwicklung
(2023)
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Soll- und Ist-Analyse der technischen Wertschöpfungskette bei LAMILUX anhand des Produktes „LAMILUX Glasdach PR60“
(2023)
