TY - THES A1 - Sporleder, Maximilian T1 - Design optimization of decarbonized district heating systems T1 - Auslegungsoptimierung von dekarbonisierten Fernwärmesystemen N2 - Reducing CO₂ emissions is crucial to combat global warming, especially as district heating sector emissions have increased by 25 % since 2010. This dissertation addresses the need for decarbonizing district heating systems through a Python package designed for optimizing sustainable heat solutions. It explores three main research questions: integrating renewable heat sources, modeling pit thermal energy storage systems, and comparing central supply networks with those incorporating booster heat pumps. The research includes a systematic literature review focused on optimizing district heating, identifying gaps in integrating renewable energy and storage capacities. A modeling approach to assess storage capacity within optimization problems is developed, along with a mixed-integer linear programming model for designing supply systems. The model considers network topology, demand, weather, and component data, optimizing mass flows and minimizing costs. Key findings indicate that integrating large-scale heat pumps and waste heat can compete economically with traditional systems. Pit thermal energy storage systems, particularly in high-temperature networks (>70 °C), can be designed effectively using mixed-integer linear programming combined with simulations. Charging strategies, such as solar thermal energy for low-density areas or Power-to-Heat technologies for urban settings, enhance economic performance. The study suggests that a combination of central and decentralized units, like booster heat pumps, can optimize performance and reduce investment costs. Overall, the research emphasizes the importance of integrating waste heat and thermal storage in creating decarbonized district heating systems that can supply heat for 15 ct/kWh by 2030. N2 - Die Reduzierung von CO₂-Emissionen zur Bekämpfung der globalen Erwärmung ist eine zentrale Herausforderung. Der Wärmesektor hat seit 2010 weltweit seine CO₂-Emissionen um 25 % erhöht, was eine Dekarbonisierung der Fernwärmesysteme erfordert. Diese Dissertation entwickelt ein Python-Paket zur Auslegungsoptimierung dekarbonisierter Fernwärmesysteme und untersucht drei Forschungsfragen: die Integration erneuerbarer Wärmequellen, die Modellierung von Erdbeckenspeichern und den Vergleich zentraler und dezentraler Versorgung. Eine systematische Literaturrecherche zu Optimierungsmethoden in Fernwärmesystemen deckt Forschungslücken bei der Integration erneuerbarer Energie auf. Ein Ansatz zur Modellierung der Speicherkapazität wird entwickelt, um die Auswirkungen auf die Systemauslegung zu testen. Zudem wird ein Modell zur Auslegung von Erdbeckenspeichern hinsichtlich Geometrie und Volumen erstellt. Die Methode gliedert sich in mehrere Stufen: Berechnung der Massenströme, Auslegung des Versorgungssystems durch gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung und Simulation zur Berechnung von Temperaturen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Integration von Großwärmepumpen und Abwärme wirtschaftlich sinnvoll ist und mit traditionellen Systemen konkurrieren kann. Erdbeckenspeicher sind besonders für hoch temperierte Netze geeignet (> 70 °C) und können durch Solarthermie oder Power-to-Heat-Technologien geladen werden. Fallstudien belegen, dass beide Ladeoptionen unempfindlich gegenüber steigenden Strompreisen sind und Gesamtsystemkosten von unter 15 ct/kWh realisierbar sind. Die Untersuchung zentraler und dezentraler Systeme zeigt, dass Booster-Wärmepumpen an Hochtemperatur-Verbrauchern die Effizienz erhöhen und Investitionskosten senken können. Die Dissertation unterstreicht die Bedeutung der Integration von Abwärme und Erdbeckenspeichern in der Transformation der Fernwärmesysteme, um bis 2030 nachhaltige Wärmeversorgung zu gewährleisten. KW - Design optimization KW - District heating KW - Mixed-integer linear programming KW - Auslegungsoptimierung KW - Gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung KW - Fernwärmesysteme KW - Fernwärmeversorgung KW - Abwärme KW - Großwärmepumpe KW - Wärmespeicher KW - Ganzzahlige lineare Optimierung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68526 ER - TY - JOUR A1 - Huber, Andreas A1 - Heinrichs, Harald A1 - Jaeger-Erben, Melanie T1 - Promoting neighbourhood sharing : infrastructures of convenience and community JF - Buildings & Cities N2 - Against the background of high levels of energy and resource demand in the residential sector, this paper investigates one potential way of making housing more sufficient: sharing at the neighbourhood level. Evidence from French and German case studies of ‘collaborative housing’ and ‘developer-driven neighbourhood sharing’ is used to identify two types of popular sharing practices: community-oriented and convenience-oriented. The first group of sharing practices is underpinned by creating, maintaining and experiencing social ties with neighbours. The second group of practices is guided by getting day-today tasks done smoothly and efficiently. To support the establishment of such sharing practices, some social and organisational measures are suggested. Thus, convenience-oriented sharing practices may be promoted by infrastructures and associated services that optimise the availability of sharing facilities and minimise temporal stretches and consumption work involved in practice performances. Community-oriented sharing practices may benefit from infrastructural arrangements that enable chance encounters, privilege community spaces over private areas and create welcoming spatial atmospheres. KW - Housing KW - Sustainability KW - Neighbourhood KW - Sharing KW - Sufficiency KW - Wohnen KW - Nachbarschaft KW - Suffizienz KW - Nachhaltigkeit Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.5334/bc.442 SN - 2632-6655 VL - 5 IS - 1 SP - 349 EP - 367 PB - Ubiquity Press CY - London ER - TY - JOUR A1 - Riedel, Ramona A1 - Meißner, Karsten A1 - Kaschubowski, Arne A1 - Benndorf, Dirk A1 - Martienssen, Marion A1 - Braun, Burga T1 - Laundry isolate Delftia sp. UBM14 capable of biodegrading industrially relevant aminophosphonates JF - Microorganisms N2 - Phosphonates such as ethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid) (EDTMP) and aminotris (methylenephosphonic acid) (ATMP) are used every day in water treatment processes or in household products. Their consumption is still increasing, regardless of the debates on their environmental impact. Here, the microbial characterisation and determination of the biodegradation potential of selected industrially relevant phosphonates for the isolate Delftia sp. UMB14 is reported. The opportunistic strain was isolated from a biofilm that was derived from a conventional washing machine using conventional detergents containing phosphonates. In antimicrobial susceptibility testing, the strain was only susceptible to sulfonamide, tetracycline, and chloramphenicol. Physiological and biochemical characteristics were determined using the BIOLOG EcoPlate assay. Most importantly, the strain was shown to convert D-malic acid and D-mannitol, as confirmed for strains of Delftia lacustris, and thus the new isolate could be closely related. Biodegradation tests with different phosphonates showed that the strain preferentially degrades ATMP and EDTMP but does not degrade glyphosate (GS) and amino (methylphosphonic acid) (AMPA). A specific gene amplification confirmed the presence of phnX (phosphonoacetaldehyde hydrolase) and the absence of PhnJ (the gene for the core component of C–P lyase). The presence of PhnCDE is strongly suggested for the strain, as it is common in Delftia lacustris species. KW - Phosphonates KW - Biodegradation KW - PhnX KW - PhnJ KW - PhnCDE KW - Phosphonate KW - Biologischer Abbau KW - Mikrobieller Abbau KW - Waschmittel Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/microorganisms12081664 SN - 2076-2607 VL - 12 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - THES A1 - Tomaz de Carvalho, Antonio T1 - A novel system for characterization of GaN-based low-noise amplifiers T1 - Ein neuartiges System zur Charakterisierung von rauscharmen GaN-Verstärkern N2 - Although low-noise amplifiers (LNA) are designed to amplify low RF power levels, there are possibilities that they receive high RF powers as front-end radios and electronic warfare receiver systems. Commonly, this high power levels are not desired. Due to such applications and demands, robust LNA are required. The GaN-based HEMT low-noise amplifiers are being considered an established technology used on different applications for telecommunications systems and radars. The GaN-based LNAs can handle high RF input powers, and they still keep functional. These GaN-based robust LNAs have several advantages, as no limiters are required to protect them against high RF input powers. As a result, these robust LNAs have a simplified RF receiver architecture and are cheaper to manufacture. However, the GaN HEMTs LNAs are known to show significant memory effects, which also play a negative role when a high RF input power level is received by the LNA and drives it into compression. After degradation of the LNA performance, it needs time to recover to its normal small-signal operation mode. This time is called recovery time. This is an important measurement parameter, once some applications require receivers to work immediately after a high RF input power was received, especially for pulse-radar applications. The main focus of this thesis is on the implementation of a novel measurement setup suitable to characterize the GaN-based robust LNAs and their recovery time. First, the system concept was implemented step by step using different instruments. The whole system setup has been programmed to work remotely, to perform the measurement and to save the results automatically. A software based on Matlab script language was developed and integrated to the system setup in order to control the test equipment. The setup allows for simultaneous measurements and data acquisitions. The setup can perform recovery time measurements in time domain, can measure the reflected power and also monitor the drain current of the LNA. A pulse signal is used as overdrive signal to stress the LNA with high-power levels, which can be variously defined in width and period according to the target application. This overdrive signal can also be monitored and measured during the recovery time characterization. The core of the measurement system is an PNA-X vector network analyzer, which allows the characterization of small-signal gain recovery time. The reflected power is measured using a power sensor, while the drain current is monitored using an oscilloscope. In order to validate the system setup, three different GaN LNAs were used. Finally, the system was extended to work also for 5 GHz frequency band. The results shown in this thesis enables for innovative future research activities on robust LNAs. N2 - Obwohl rauscharme Verstärker (LNA) für die Verstärkung niedriger HF-Leistungspegel ausgelegt sind, kann es vorkommen, dass sie als Empfänger für Front-End-Systeme und elektronische militärische Anlagen hohe HF-Leistungen empfangen. Diese hohen Leistungspegel sind in der Regel nicht erwünscht. Die rauscharmen HEMT-Verstärker auf GaN-Basis gelten als etablierte Technologie, die in verschiedenen Anwendungen für Telekommunikationssysteme und Radargeräte eingesetzt werden. Die GaN-basierten LNAs können hohe HF-Eingangsleistungen aushalten und bleiben dennoch funktionsfähig. Diese robusten LNAs auf GaN-Basis weisen einige Vorteile auf, da keine Limiter für den Schutz vor hohen HF-Eingangsleistungen benötigt werden. Es ist jedoch bekannt, dass GaN-HEMTs-LNAs signifikante Memory-Effekte aufweisen, die auch eine negative Rolle spielen, wenn der LNA einen hohen HF-Eingangsleistungspegel empfängt und ihn in die Kompression bringt. Nach der Beeinträchtigung der LNA's Funktion, benötigt dieser eine gewisse Zeit, um zu seinem normalen Kleinsignalbetrieb zurückzukehren. Diese Zeit wird als Erholungszeit bezeichnet. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Implementierung eines neuartigen Messaufbaus, der geeignet ist, die GaN-basierten robusten LNAs und ihre Erholungszeit zu charakterisieren. Der gesamte Aufbau wurde so programmiert, dass er ferngesteuert arbeitet, die Messung durchführt und die Ergebnisse automatisch speichert. Eine auf Matlab-Skriptsprache basierende Software wurde entwickelt und in den Systemaufbau integriert, um die Messgeräte zu steuern. Der Messaufbau ermöglicht gleichzeitige Messungen und Datenerfassungen. Der Aufbau kann Erholungszeitmessungen im Zeitbereich durchführen, die reflektierte Leistung messen und auch den Drainstrom des LNA erfassen. Ein Pulssignal wird als Übersteuerungssignal verwendet, um den LNA mit hohen Leistungspegeln zu belasten, die je nach Anforderung, in Breite und Periode unterschiedlich definiert werden können. Dieses Übersteuerungssignal kann auch während der Charakterisierung der Erholungszeit erfasst und gemessen werden. Um den Messaufbau zu verifizieren, wurden drei verschiedene GaN-LNAs verwendet. Zunächst wurden zwei GaN-LNAs getestet, die für das X-Band entwickelt wurden. Ein LNA wurde mit einer traditionellen zweistufigen Topologie hergestellt. Der zweite wurde als robuster LNA auf der Grundlage der Stacked-Technologie entwickelt. Diese LNAs wurden mit der GaN-Prozesslinie der Ferdinand-Braun-Institut gGmbH (FBH) hergestellt. Schließlich wurde das Messsystem weiterentwickelt, dass es auch im 5-GHz-Frequenzband funktioniert. Die in dieser Arbeit gezeigten Ergebnisse ermöglichen innovative zukünftige Forschungsaktivitäten an robusten LNAs. KW - Amplifier KW - LNA KW - Robust KW - GaN KW - Microwave KW - Rauscharmer Verstärker KW - Robustheit KW - Überlastfall KW - MMIC KW - RF und Mikrowellentechnik KW - MMIC KW - Rauscharmer Verstärker KW - Galliumnitrid KW - HEMT KW - Überlast Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68446 ER - TY - BOOK A1 - Höfler, Frank A1 - Jentsch, Juliane A1 - Köllner, Gitta A1 - Kramer, Thomas A1 - Leßmann, Dieter A1 - Richter, Gerd A1 - Stopp, Horst A1 - Schellnhuber, Hans-Joachim ED - Stopp, Horst ED - Strangfeld, Peter T1 - Floating Architecture : construction on and near water T1 - Schwimmende Architektur : Bauen am und auf dem Wasser N2 - Floating architecture is not only an issue for luxurious tourism but with the climatic change the building of floating structures becomes relevant for many areas in the world. In regions with rising sea levels, frequent flooding, or thawing permafrost, floating structures can be a solution to adapt existing settlement areas to these new conditions. The self-sufficient energy and supply systems required for floating settlements can also be used in rural areas with a lot of migration. The collection presents papers of conference series “International Conference on Amphibious and Floating Architecture, Design and Engineering (ICAADE)” organized by the Institute for Floating Buildings (IfSB e.V.) and the Faculty of Architecture, Civil Engineering and Urban Planning at Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg (BTU). N2 - Schwimmende Bauten sind nicht nur ein Thema für den Luxustourismus, sondern mit dem Klimawandel wird der Bau von schwimmenden Strukturen für viele Gebiete der Welt relevant. In Regionen mit steigendem Meeresspiegel, häufigen Überschwemmungen oder auftauendem Permafrost können schwimmende Strukturen eine Lösung sein, um bestehende Siedlungsgebiete an diese neuen Bedingungen anzupassen. Die für schwimmende Siedlungen erforderlichen autarken Energie- und Versorgungssysteme können auch in ländlichen Gebieten mit hohem Migrationsanteil eingesetzt werden. Der Sammelband präsentiert Beiträge der Tagungsreihe „International Conference on Amphibious and Floating Architecture, Design and Engineering (ICAADE)“, die vom Institut für Schwimmende Bauten (IfSB e.V.) und der Fakultät für Architektur, Bauingenieurwesen und Stadtplanung der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU) organisiert wird. KW - Schwimmendes Bauwerk KW - Gebäudewert KW - Bauphysik KW - Building physics KW - Building value KW - Floating building KW - Schwimmendes Bauwerk KW - Gebäudewert KW - Bauphysik Y1 - 2023 SN - 978-3-643-91435-4 U6 - https://doi.org/10.52038/9783643914354 PB - LIT Verlag CY - Berlin ER - TY - THES A1 - Schmidt, Johannes T1 - The mission and flight planning problem : a physics-based MILP routing approach for an inhomogeneous fleet of unmanned aerial vehicles with collision-free trajectories T1 - Das Missions- und Flugplanungsproblem : Ein physik-basierter, gemischt-ganzzahlig linearer Routenplanungsansatz für eine inhomogene Flotte unbemannter Luftfahrzeuge mit kollisionsfreien Trajektorien N2 - Today, drones are a helpful addition or even an efficient alternative in many areas due to their simple control and low operating costs compared to manned aircraft. Often, it is preferred that the UAV performs its mission autonomously. Thus, next to the operative control, the strategic planning of such missions plays an important role for their efficiency. Furthermore, it is also of interest for air traffic management to integrate UAVs into the airspace of manned aviation. At a strategic level, many use cases can be represented by a set of waypoints. Maybe not all of them can be visited within a given time horizon or only by drones with special hardware. Thus, before the start of a mission, each involved UAV must be assigned the waypoints to be processed and its flight trajectory must be planned to guarantee a safe and efficient process. These two sub-problems of the planning process influence each other and cannot be treated separately. In this paper, we address this problem by introducing the Mission and Flight Planning Problem (MFPP). Therein, the assignment of the UAVs to the given waypoints is combined with the computation of exact flight trajectories in a mixed-integer linear optimization problem (MILP). It is based on a team orienteering problem with time windows, in which the positions of all UAVs are calculated using discretized Newton's laws of motion. Concerning the flight dynamics, design-related parameters and mass, speed, and altitude dependencies of the performance data of each drone are included in the model. Each drone is controlled by radio and must not leave the range of its control station. There may be obstacles within the mission area. The UAVs must also maintain safety distances from each other to avoid collisions. In addition to the model, we discuss different types of valid inequalities. We present a new inter-sample avoidance approach based on decomposing the mission area into several sub-areas and their identification with binary vectors. The construction of an integer polyhedron containing these binary vectors is given and we investigate its structure. In addition, different possibilities for implementing the new constraints are discussed. For two special types of MFPP instances, we present adapted solution methods that exploit their respective structure, i.e., a sequential solution method and a column generation approach. The performance of the presented model is investigated in detailed computational studies and we discuss its essential properties in several examples. N2 - Heute sind Drohnen, aufgrund ihrer einfachen Steuerung und geringen Einsatzkosten im Vergleich zu bemannten Luftfahrzeugen, eine hilfreiche Ergänzung oder sogar eine effiziente Alternative in vielen Bereichen. Oft soll der Einsatz der Drohne dabei autonom erfolgen. Deshalb spielt neben dem operativen Betrieb auch die strategische Planung solcher Missionen für ihre effiziente Ausführung eine wesentliche Rolle. Weiterhin ist sie auch für die Flugsicherung von großem Interesse, um UAVs sicher in den Luftraum der bemannten Luftfahrt zu integrieren. Auf einer strategischen Ebene lassen sich viele Anwendungsfälle mit Hilfe einer Menge von Wegpunkten darstellen. Von diesen können eventuell nicht alle innerhalb eines gegebenen Zeithorizonts oder nur von Drohnen mit spezieller Ausrüstung besucht werden. Somit müssen vor dem Start einer Mission jeder beteiligten Drohne die von ihr zu bearbeitenden Wegpunkte zugewiesen und ihre Flugtrajektorie geplant werden, um einen sicheren und effizienten Ablauf zu garantieren. Diese beiden Teilprobleme des Planungsprozesses beeinflussen sich gegenseitig und können nicht losgelöst voneinander behandelt werden. In dieser Arbeit begegnen wir diesem Problem, indem wir das Missions- und Flugplanungsproblem (MFPP) einführen. Darin wird die Zuordnung der UAVs zu den gegebenen Wegpunkten mit der Berechnung exakter Flugtrajektorien in einem linearen, gemischt-ganzzahligen Optimierungsproblem kombiniert. Die Grundlage dafür ist ein "Team Orienteering"- Problem mit Zeitfenstern, in welchem die Positionen aller UAVs mit Hilfe der diskretisierten Newton'schen Bewegungsgesetze berechnet werden. Bezüglich der Flugdynamik werden bauartbedingte Parameter und Masse-, Geschwindigkeits-, sowie Höhenabhängigkeiten der Leistungskennzahlen jeder Drohne in das Modell einbezogen. Jede Drohne wird per Funk gesteuert und kann sich nicht außerhalb der Reichweite ihrer Kontrollstation bewegen. Innerhalb des Missionsgebietes können sich Hindernisse befinden. Außerdem müssen die UAVs untereinander Sicherheitsabstände zur Kollisionsvermeidung einhalten. Zusätzlich zum Modell diskutieren wir auch verschiedene Arten von gültigen Ungleichungen. Wir präsentieren einen neuen Modellierungsansatz zur Kollisionsvermeidung zwischen Zeitschritten, basierend auf der Zerlegung des Missionsgebietes in mehrere Teilgebiete und deren Identifikation mit Binärvektoren. Die Konstruktion eines ganzzahligen Polyeders, welches diese Binärvektoren enthält, wird angegeben und wir untersuchen seine Struktur. Zudem werden verschiedene Möglichkeiten zur Implementierung der neuen Nebenbedingungen diskutiert. Für zwei spezielle Typen von MFPP-Instanzen präsentieren wir angepasste Lösungsmethoden, die sich deren Struktur zu Nutze machen, einen sequenziellen Lösungsansatz und Spaltengenerierung. Die Performanz des vorgestellten Modells wird in ausführlichen Berechnungsstudien untersucht und wir diskutieren an verschiedenen Beispielen seine wesentlichen Eigenschaften. T3 - Cottbus Mathematical Preprints - 30, 2024 KW - Mixed-integer linear programming KW - Trajectory optimization KW - Inter-sample avoidance KW - Unmanned aerial vehicles KW - Gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung KW - Trajektorienoptimierung KW - Kollisionsvermeidung zwischen Zeitschritten KW - Unbemannte Luftfahrzeuge KW - Flugkörper KW - Optimierungsproblem KW - Strategische Planung KW - Kollisionsschutz KW - Trajektorie Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68415 ER - TY - THES A1 - Völker, Eduard T1 - Bauen auf dem Wasser und das Potenzial der bautechnischen Weiterentwicklung schwimmender Bauten mit dem Schwerpunkt der energetischen Versorgung T1 - Building on water and the potential for the technological advancement of floating structures with a focus on energy supply N2 - Der Klimawandel und seine Folgen zwingen uns, neue Wege zu gehen, um die Städte resilient gegenüber den Ereignissen zu gestalten. Das Bauen auf dem Wasser bietet hierzu einen innovativen Lösungsansatz. Es könnte zumindest als ein Baustein für die Erweiterung der dicht besiedelten Städte, die an Gewässer grenzen, als Ausbau der Infrastruktur und Entlastung der noch verfügbaren Landfläche sowie zur Nutzung der brachliegenden Retentionsflächen dienen. Rechtlich gesehen ist das Bebauen der Gewässer möglich, auch wenn die Zuständigkeiten der Behörden nicht immer eindeutig geregelt sind. Das Potenzial des Bauens auf dem Wasser hängt meiner Meinung nach nicht nur vom Bedarf ab, sondern erschließt sich erst durch die technologische Realisierbarkeit. Neben der Frage nach dem "Warum" muss auch die Frage nach dem "Wie" des Bauens auf dem Wasser beantwortet werden. Die Infrastruktur und die Sicherheit auch in Bezug auf die Versorgung spielen dabei eine wichtige Rolle. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den technologischen Anforderungen und Entwicklungen, die nicht nur das Bauen, sondern vorausschauend auch das Leben auf dem Wasser voranzubringen. Das Ziel der Dissertation besteht darin, die vorhandenen Technologien weiterzuentwickeln und somit die Grundlage für das Siedeln auf dem Wasser zu schaffen. N2 - Climate change and its consequences are forcing us to find new ways to make cities more resilient to events. Building on water offers a solution that can be rethought. At the very least, it could serve as a building block for the expansion of densely populated cities bordering on water, as an extension of infrastructure, to relieve the pressure on available land and to utilize dormant retention areas. Legally, building on water is possible, although the responsibilities of the authorities are not always clearly defined. In my opinion, the potential of building on the water depends not only on the mere idea of something new or extraordinary but also on the technological feasibility. In addition to the question of "why", the question of "how" to build on water must also be answered. Infrastructure and safety, including in terms of supply, play an important role here. The present work deals with the technological requirements and developments to advance not only construction but also life on the water with foresight. To this end, extensive information and experience have been gathered on the subject, research has been carried out to gain a deeper understanding and new developments have been proposed to make an innovative contribution in this area. KW - Thermal system sea KW - Schwimmende Architektur KW - Schwimmende Bauten KW - Bauen auf dem Wasser KW - SchwimmSpeicher KW - Floating architecture KW - Floating buildings KW - Floating PV KW - Schwimmendes Bauwerk KW - Infrastruktur KW - Energieversorgung KW - Wärmeversorgung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68451 ER - TY - THES A1 - Sauerwein, Jens T1 - Extreme künstliche Rauheit von Rohrleitungen T1 - Extreme roughnesses in pipelines N2 - Durch die in dieser Arbeit durchgeführte Klassifizierung der Rauheiten, geometrischen Faktoren und ihre systematische Darstellung und Auswertung konnte eine Abbildungsvorschrift erstellt werden, welche die entstehenden hydraulischen Verluste abbildet. Dazu ist eine Bereichseinteilung für die Rauheitsdichte cK‘ erforderlich. Innerhalb der einzelnen Teilbereiche sind durch die Darstellung unterschiedlicher Quellen mit gleichen k/D-Verhältnissen polynomische Ausgleichsfunktionen 5. Grades (max) (Sandrauheit/Rauheitshöhe als Funktion der Rauheitsdichte) erstellt worden. Mittels der darauf basierenden Parameterfunktion (Polynom a0 bis a5) kann eine allgemein gültige Verlustberechnung erfolgen. N2 - In the course of work for this thesis, the roughnesses and geometric parameters were at first classified. After presenting them in a systematic manner and performing an evaluation, it was possible to draw up a formula which allows the resulting hydraulic losses to be determined. For this purpose, a range classification for the roughness density cK‘ was required. Within these individual sub-ranges, the data obtained from the various sources and bearing the same k/D ratio were used to develop a polynomial balancing function of the 5th degree (max) (sand roughness/roughness height and roughness density). By means of the parameter function (polynomial a0 to a5) based on this quintic function, a generally valid loss calculation can be performed. KW - Rauheit KW - Periodizität KW - Störelemente KW - Fließwiderstand KW - Berechnungsvorschrift KW - Extreme roughnesses KW - Pipelines KW - Generally calculation KW - Fluid dynamics KW - Rauigkeit KW - Rohrströmung KW - Strömungswiderstand KW - Periodizität Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68223 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2024, 33 (02.10.2024) N2 - Weiterbildungssatzung vom 24. September 2024 (Satzung gemäß Artikel II Abs. 6 des Beschlusses über die Errichtung des Zentrums für wissenschaftliche Weiterbildung (ZWW) als Zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus–Senftenberg (BTU) vom 18. Dezember 2018; AMbl. 10/2019 vom 15. Juli 2019) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2024, H.33 Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67769 ER - TY - THES A1 - Orduña Moncada, Andres Felipe T1 - Assessing the influence of communication in an agglomeration bonus model as a strategy for land conservation T1 - Bewertung des Einflusses der Kommunikation in einem Agglomerationsbonusmodell als Strategie für die Landkonservierung N2 - One of the major challenges for humanity is related to biodiversity conservation. This can be reflected by the fact that there exist institutionally induced instruments that most nations have adopted for this purpose such as "pay to conserve" programs, in which a compensation is provided to landowners for engaging in conservation and/or biodiversity-friendly activities on their lands. These payments are proportional to the conserved areas. Another associated strategy would be the agglomeration bonus, which involves extra payment on top of the initial base for the conservation of areas next to those that have already been conserved, so as to promote continuity and agglomeration for improving biodiversity. Over the past two decades, these conservation strategies have received significative attention from researchers, which have used ecological and economic models to analyze the performance of such strategies. On this background, this master's thesis particularly focuses on the evaluation of communication among landowners in coordination of their future decisions, in the context of the afore mentioned conservation strategies. More precisely, this is explored as a feature within one of the previously proposed models to evaluate its potential correlation and/or causality with the performance of the conservation scheme. Simulations were run using an agent-based model, whereby a large dataset was generated. Statistical and interpretable machine learning methods were then applied on the dataset to investigate correlations and possible causations between state variables of the model and chosen predictors including the feature on communication. Relevant results have been obtained so far to indicate that indeed, communication does affect most of the state variables of the conservation model. Although the strength may not be equal to other predictors, communication features structured as the number of chat rounds among landowners were shown to be statistically significant in most cases. It was also found that having at least three chat rounds among landowners could give results similar to those obtained when the model reaches a stable state in terms of time, which it found to be with eleven or more timesteps. Other significative observations viewed in respect to the predictors were that the slope value of the curve utilized within the sigmoid function for the model comes out to exert a considerable influence and needs further research to redefine its real values. N2 - Eine der großen Herausforderungen für die Menschheit steht im Zusammenhang mit dem Schutz der Biodiversität. Dies zeigt sich darin, dass es institutionell induzierte Instrumente gibt, die die meisten Nationen zu diesem Zweck übernommen haben, wie z.B. "Bezahlen für den Schutz"-Programme, bei denen den Landbesitzern eine Entschädigung für die Beteiligung an Naturschutz- und/oder biodiversitätsfreundlichen Aktivitäten auf ihren Ländereien gewährt wird. Diese Zahlungen sind proportional zu den geschützten Flächen. Eine weitere damit verbundene Strategie wäre der Agglomerationsbonus, der zusätzliche Zahlungen über den ursprünglichen Basisbetrag hinaus für den Schutz von Gebieten vorsieht, die neben bereits geschützten Gebieten liegen, um die Kontinuität und Agglomeration zur Verbesserung der Biodiversität zu fördern. In den letzten zwei Jahrzehnten haben diese Naturschutzstrategien erhebliche Aufmerksamkeit von Forschern erhalten, die ökologische und ökonomische Modelle verwendet haben, um die Leistung solcher Strategien zu analysieren. Vor diesem Hintergrund konzentriert sich diese Masterarbeit insbesondere auf die Bewertung der Kommunikation zwischen Landbesitzern zur Koordinierung ihrer zukünftigen Entscheidungen im Kontext der zuvor genannten Naturschutzstrategien. Genauer gesagt wird dies als Merkmal innerhalb eines zuvor vorgeschlagenen Modells untersucht, um seine potenzielle Korrelation und/oder Kausalität mit der Leistung des Schutzschemas zu bewerten. Simulationen wurden mit einem agentenbasierten Modell durchgeführt, wobei ein großes Datenset generiert wurde. Statistische und interpretierbare Methoden des maschinellen Lernens wurden dann auf dem Datenset angewendet, um Korrelationen und mögliche Kausalitäten zwischen den Zustandsvariablen des Modells und den gewählten Prädiktoren einschließlich des Kommunikationsmerkmals zu untersuchen. Bisher wurden relevante Ergebnisse erzielt, die darauf hinweisen, dass die Kommunikation tatsächlich die meisten der Zustandsvariablen des Schutzmodells beeinflusst. Obwohl die Stärke nicht mit anderen Prädiktoren gleich sein mag, wurden Kommunikationsmerkmale, die als Anzahl der Chat-Runden zwischen Landbesitzern strukturiert waren, in den meisten Fällen als statistisch signifikant nachgewiesen. Es wurde auch festgestellt, dass mindestens drei Chat-Runden zwischen Landbesitzern ähnliche Ergebnisse liefern könnten wie bei Erreichen eines stabilen Zustands des Modells in Bezug auf die Zeit, was bei elf oder mehr Zeitschritten der Fall war. Andere signifikante Beobachtungen in Bezug auf die Prädiktoren waren, dass der Steigungswert der Kurve, die in der Sigmoidfunktion für das Modell verwendet wird, einen erheblichen Einfluss ausübt und weitere Forschung benötigt, um seine realen Werte neu zu definieren. KW - Agglomeration bonus KW - Agent-based model KW - Biodiversity conservation KW - Pay per conserve KW - Ecologic-economic models KW - Agglomerationsbonus KW - Bezahlung pro Konservierung KW - Ökologisch-ökonomische Modelle KW - Biodiversitätserhaltung KW - Agentenbasierte Modelle KW - Biodiversität KW - Naturschutzplanung KW - Flächenschutz KW - Umweltbewertung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68055 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2024, 32 (13.09.2024) N2 - Bekanntmachung über die Aufhebung von Studiengängen − Maschinenbau (M.Eng.) − Wirtschaftsingenieurwesen (B.Eng.) − Informations- und Medientechnik (M.Sc.) − Kultur und Technik (M.A.) − Materialchemie (B.Sc.) − Materialchemie (M.Sc.) − Cognitive and Dependable Systems (Ph.D.) − Urban Design – Revitalization of Historic City Districts (M.Sc.) T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2024, H.32 Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67759 ER - TY - JOUR T1 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg, 2024,31 (09.09.2024) N2 - Satzung zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis und zum Umgang mit Verdachtsfällen wissenschaftlichen Fehlverhaltens an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus–Senftenberg vom 20. Juli 2023 T3 - Amtliches Mitteilungsblatt der BTU Cottbus–Senftenberg - 2024, H.31 Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67748 ER - TY - JOUR A1 - Radushev, Veselina A1 - Karkossa, Isabel A1 - Berg, Janina A1 - Bergen, Martin von A1 - Engelmann, Beatrice A1 - Rolle-Kampczyk, Ulrike A1 - Blüher, Matthias A1 - Wagner, Ulf A1 - Schubert, Kristin A1 - Rossol, Manuela T1 - Dysregulated cytokine and oxidative response in hyperglycolytic monocytes in obesity JF - Frontiers in Immunology N2 - Obesity is associated with a plethora of health complications, including increased susceptibility to infections or decreased vaccine efficacy, partly due to dysregulated immune responses. Monocytes play a crucial role in innate immunity, yet their functional alterations in obesity remain poorly understood. Here, we employed proteomic and metabolomic analyses to investigate monocyte characteristics in individuals with overweight, obesity, impaired glucose tolerance (IGT), and type 2 diabetes (T2D), compared to lean donors. Our results revealed distinct molecular signatures in monocytes from individuals with obesity, with significant alterations in pathways related to metabolism, cellular migration, and phagocytosis. Moreover, LPS-induced activation of monocytes unveiled heightened metabolic reprogramming towards glycolysis in subjects with obesity accompanied by dysregulated cytokine responses and elevated oxidative stress. Additionally, monocytes from donors with obesity exhibited increased lipid droplet accumulation. These findings shed light on the immunometabolic dysregulation underlying obesity-associated immune dysfunction, highlighting potential targets for therapeutic intervention. KW - Monocytes KW - Fettsucht KW - Glykolyse KW - Monazyt KW - Stoffwechsel KW - Immunsystem KW - Immunometabolism KW - Respiratory burst KW - Obesity KW - IL-8 Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3389/fimmu.2024.1416543 SN - 1664-3224 VL - 15 PB - Frontiers CY - Lausanne ER - TY - JOUR A1 - Azam, Hafiz Muhammad Husnain A1 - Rößling, Rosa Lise A1 - Geithe, Christiane A1 - Khan, Muhammad Moman A1 - Dinter, Franziska A1 - Hanack, Katja A1 - Prüß, Harald A1 - Husse, Britta A1 - Roggenbruck, Dirk A1 - Schierack, Peter A1 - Rödiger, Stefan T1 - MicroRNA biomarkers as next-generation diagnostic tools for neurodegenerative diseases : a comprehensive review JF - Frontiers in Molecular Neuroscience N2 - Neurodegenerative diseases (NDs) are characterized by abnormalities within neurons of the brain or spinal cord that gradually lose function, eventually leading to cell death. Upon examination of affected tissue, pathological changes reveal a loss of synapses, misfolded proteins, and activation of immune cells all indicative of disease progression before severe clinical symptoms become apparent. Early detection of NDs is crucial for potentially administering targeted medications that may delay disease advancement. Given their complex pathophysiological features and diverse clinical symptoms, there is a pressing need for sensitive and effective diagnostic methods for NDs. Biomarkers such as microRNAs (miRNAs) have been identified as potential tools for detecting these diseases. We explore the pivotal role of miRNAs in the context of NDs, focusing on Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, multiple sclerosis, Huntington’s disease, and Amyotrophic Lateral Sclerosis. The review delves into the intricate relationship between aging and NDs, highlighting structural and functional alterations in the aging brain and their implications for disease development. It elucidates how miRNAs and RNA-binding proteins are implicated in the pathogenesis of NDs and underscores the importance of investigating their expression and function in aging. Significantly, miRNAs exert substantial influence on post-translational modifications (PTMs), impacting not just the nervous system but a wide array of tissues and cell types as well. Specific miRNAs have been found to target proteins involved in ubiquitination or deubiquitination processes, which play a significant role in regulating protein function and stability. We discuss the link between miRNA, PTM, and NDs. Additionally, the review discusses the significance of miRNAs as biomarkers for early disease detection, offering insights into diagnostic strategies. KW - Neurodegenerative diseases KW - MicroRNA KW - Diagnostic tools KW - Therapeutic tools KW - Protein post-translational modifications KW - Nervendegeneration KW - Biomarker KW - miRNS KW - Diagnose KW - Posttranslationale Änderung Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3389/fnmol.2024.1386735 SN - 1662-5099 VL - 17 PB - Frontiers CY - Lausanne ER - TY - JOUR A1 - Ahmed, Rezwan A1 - Zafor, Md. Abu A1 - Trachte, Katja T1 - Land-use and land-cover changes in Cottbus city and Spree-Neisse district, Germany, in the last two decades : a study using remote sensing data and Google Earth Engine JF - Remote Sensing N2 - Regular detection of land-use and land-cover (LULC) changes with high accuracy is necessary for natural resources management and sustainable urban planning. The produced LULC maps from Google Earth Engine (GEE) also illustrate the transformation of the LULC for the respective landscape over time. The selected study area, Cottbus City and the Spree-Neisse district in northeastern Germany, has undergone significant development over the past decades due to various factors, including urbanization and industrialization; also, the landscape has been converted in some areas for post-mining activities. Detection of LULC changes that have taken place over the last few decades thus plays a vital role in quantifying the impact of these factors while improving the knowledge of these developments and supporting the city planners or urban management officials before implementing further long-term development initiatives for the future. Therefore, the study aims to (i) detect LULC changes for the time slices 2002 and 2022, testing machine learning (ML) algorithms in supervised and unsupervised classification for Landsat satellite imageries, and (ii) validate the newly produced LULC maps with the available regional database (RDB) from the federal and state statistical offices, Germany, and the DynamicWorld (DW) near real-time 10 m global LULC data set powered by artificial intelligence (AI). The results of the Random Forest (RF) and the Smilecart classifiers of supervised classification using Landsat 9 OLI-2/TIRS-2 in 2022 demonstrated a validation accuracy of 88% for both, with Kappa Index (KI) of 83% and 84%, respectively. Moreover, the Training Overall Accuracy (TOA) was 100% for both years. The wekaKMeans cluster of the unsupervised classification also illustrated a similar transformation pattern in the LULC maps. Overall, the produced LULC maps offered an improved representation of the selected region’s various land-cover classes (i.e., vegetation, waterbodies, built areas, and bare ground) in the last two decades (2022 to 2022). KW - LULC KW - Machine learning KW - Landsat KW - Google Earth Engine KW - Landnutzung KW - Bodenbedeckung KW - Landsat KW - Google Earth KW - Maschinelles Lernen Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.3390/rs16152773 SN - 2072-4292 VL - 16 IS - 15 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Otto, Pascal A1 - Puchol‑Royo, Roser A1 - Ortega‑Legarreta, Asier A1 - Tanner, Kristie A1 - Tideman, Jeroen A1 - Vries, Sjoerd‑Jan de A1 - Pascual, Javier A1 - Porcar, Manuel A1 - Latorre‑Pérez, Adriel A1 - Abendroth, Christian T1 - Multivariate comparison of taxonomic, chemical and operational data from 80 different full‑scale anaerobic digester‑related systems JF - Biotechnology for Biofuels and Bioproducts N2 - The holistic characterization of different microbiomes in anaerobic digestion (AD) systems can contribute to a better understanding of these systems and provide starting points for bioengineering. The present study investigates the microbiome of 80 European full-scale AD systems. Operational, chemical and taxonomic data were thoroughly collected, analysed and correlated to identify the main drivers of AD processes. The present study describes chemical and operational parameters for a broad spectrum of different AD systems. With this data, Spearman correlation and differential abundance analyses were applied to narrow down the role of the individual microorganisms detected. The authors succeeded in further limiting the number of microorganisms in the core microbiome for a broad range of AD systems. Based on 16S rRNA gene amplicon sequencing, MBA03, Proteiniphilum, a member of the family Dethiobacteraceae, the genus Caldicoprobacter and the methanogen Methanosarcina were the most prevalent and abundant organisms identified in all digesters analysed. High ratios for Methanoculleus are often described for agricultural co-digesters. Therefore, it is remarkable that Methanosarcina was surprisingly high in several digesters reaching ratios up to 47.2%. The various statistical analyses revealed that the microorganisms grouped according to different patterns. A purely taxonomic correlation enabled a distinction between an acetoclastic cluster and a hydrogenotrophic one. However, in the multivariate analysis with chemical parameters, the mainclusters corresponded to hydrolytic and acidogenic microorganisms, with SAOB bacteria being particularly important in the second group. Including operational parameters resulted in digester-type specific grouping of microbes. Those with separate acidification stood out among the many reactor types due to their unexpected behaviour. Despite maximizing the organic loading rate in the hydrolytic pretreatments, these stages turned into extremely robust methane production units. From 80 different AD systems, one of the most holistic data sets is provided. A very distinct formation of microbial clusters was discovered, depending on whether taxonomic, chemical or operational parameters were combined. The microorganisms in the individual clusters were strongly dependent on the respective reference parameters. KW - Anaerobic digestion KW - 16S rRNA sequencing KW - Core microbiome KW - Multivariate analysis KW - Parameter dependency KW - Gärung KW - Mikrobiom KW - Multivariate Analyse KW - Laborparameter Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1186/s13068-024-02525-1 SN - 2731-3654 VL - 17 PB - BMC CY - London ER - TY - JOUR A1 - Helmer, Michelle A1 - Helmer, Desiree A1 - Yohannes, Elizabeth A1 - Newton, Jason A1 - Dietrich, Daniel R. A1 - Martin-Creuzburg, Dominik T1 - Dissolved nitrogen uptake versus nitrogen fixation : mode of nitrogen acquisition affects stable isotope signatures of a diazotrophic cyanobacterium and its grazer JF - PLOS ONE N2 - Field studies suggest that changes in the stable isotope ratios of phytoplankton communities can be used to track changes in the utilization of different nitrogen sources, i.e., to detect shifts from dissolved inorganic nitrogen (DIN) uptake to atmospheric nitrogen (N₂) fixation by diazotrophic cyanobacteria as an indication of nitrogen limitation. We explored changes in the stable isotope signature of the diazotrophic cyanobacterium Trichormus variabilis in response to increasing nitrate (NO₃⁻) concentrations (0 to 170 mg L⁻¹) under controlled laboratory conditions. In addition, we explored the influence of nitrogen utilization at the primary producer level on trophic fractionation by studying potential changes in isotope ratios in the freshwater model Daphnia magna feeding on the differently grown cyanobacteria. We show that δ ¹⁵N values of the cyanobacterium increase asymptotically with DIN availability, from -0.7 ‰ in the absence of DIN (suggesting N₂ fixation) to 2.9 ‰ at the highest DIN concentration (exclusive DIN uptake). In contrast, δ ¹³C values of the cyanobacterium did not show a clear relationship with DIN availability. The stable isotope ratios of the consumer reflected those of the differently grown cyanobacteria but also revealed significant trophic fractionation in response to nitrogen utilization at the primary producer level. Nitrogen isotope turnoverrates of Daphnia were highest in the absence of DIN as a consequence of N₂ fixation and resulting depletion in ¹⁵N at the primary producer level. Our results highlight the potential of stable isotopes to assess nitrogen limitation and to explore diazotrophy in aquatic food webs. KW - Isotope ratios KW - Nitrogen KW - Cyanobacterium KW - Phytoplankton KW - Cyanobakterien KW - Isotopenhäufigkeit KW - Stickstoffbedarf Y1 - 2024 U6 - https://doi.org/10.1371/journal.pone.0306173 SN - 1932-6203 VL - 19 IS - 8 PB - PLOS CY - San Francisco ER - TY - THES A1 - Feng, Lanya T1 - Beetle Communities in Disturbed Landscapes T1 - Käfergemeinschaften in gestörten Landschaften N2 - Disturbances can be any discrete events that significantly affect ecosystem components, they can be natural events such as wildfires and floods, or anthropogenic events like farming, mining, and deforestation. Disturbances are the most important source of temporal and spatial heterogeneity and shape the composition and dynamics of natural communities. However, after many years of research, it is still difficult to predict the response patterns of natural communities to disturbances accurately. This dissertation aimed to investigate the taxonomic, functional, and trophic response of beetle communities to three types of disturbances in field studies. Chapter 3 is based on an experiment in an unmanaged heathland area that was affected by a severe wildfire (natural disturbance). Emergence tents and wild boar carcasses were used to analyse the impact of wildfires on re-colonization and emergence of carrion-associated scavenging beetle species from local soils. Chapter 4 focused on effects of fallows at the local scale and proportions of permanent agricultural grasslands at the landscape scale on the taxonomic and functional diversity of the emerging ground beetles in intensively managed cereal fields (anthropogenic disturbance). Chapter 5 addressed the trophic links between the prey (dipterans emerging from lakes or terrestrial collembolans) and predators (ground beetles) at a post-mining lakeshore (anthropogenic disturbance) and compared the patterns of their isotopic niches (δ13C and δ15N) with data from a natural lakeshore. Overall, species composition, trait diversity and trophic interactions were more sensitive to indicate the disturbance conditions than traditional diversity indices, independent on the nature of disturbance (natural or anthropogenic). When the intensity and frequency of disturbance is moderate, the habitat complexity can be maintained, and the taxonomic and functional diversity of beetle communities could even be promoted by the disturbance, rare species with specialized preferences could be conserved. Disturbances, however, do not just affect consumers at higher trophic levels (e.g. predators or scavengers), but may have even greater impact on communities at basal trophic levels (e.g. aquatic dipterans, Collembola, herbivorous beetles) and could further affect the feeding preferences of predatory beetles that utilize such organisms as prey. The findings not only provided unique data and novel insights to effects of land-use and management on the conservation of beetle communities in disturbed landscapes, but also highlighted the need to better understand the impacts of disturbances on integrated aspects of the ecological communities. N2 - Störungen können alle diskreten Ereignisse sein, die signifikante Auswirkungen auf die Komponenten eines Ökosystems haben. Dabei kann es sich um natürliche Ereignisse wie Waldbrände und Überschwemmungen oder um anthropogene Ereignisse wie Landwirtschaft, Bergbau und Abholzung handeln. Störungen sind die Hauptursache für zeitliche und räumliche Heterogenität und beeinflussen die Zusammensetzung und Dynamik natürlicher Lebensgemeinschaften. Doch auch nach vielen Jahren der Forschung ist es immer noch schwierig, die Reaktionsmuster natürlicher Gemeinschaften auf Störungen genau vorherzusagen. Ziel dieser Arbeit war es, die taxonomischen, funktionellen und trophischen Reaktionen von Käfergemeinschaften auf drei Arten von Störungen in Feldstudien zu untersuchen. Kapitel 3 basiert auf einem Experiment in einem nicht bewirtschafteten Heidegebiet, das von einem schweren Waldbrand (natürliche Störung) betroffen war. Die Auswirkungen von Waldbränden auf die Wiederbesiedlung und das Auftreten aasfressender Aaskäferarten in lokalen Böden wurden mit Hilfe von Emergenzzelten und Wildschweinkadavern untersucht. In Kapitel 4 wurden die Auswirkungen von Brachen auf lokaler Ebene und des Dauergrünlandanteils auf Landschaftsebene auf die taxonomische und funktionelle Diversität von Laufkäfern in intensiv bewirtschafteten Getreidefeldern (anthropogene Störung) untersucht. Kapitel 5 befasste sich mit den trophischen Beziehungen zwischen Beutetieren (aus Seen aufsteigende Dipteren oder terrestrische Collembolen) und Räubern (Laufkäfer) an einem Seeufer nach dem Bergbau (anthropogene Störung) und verglich die Muster ihrer Isotopennischen (δ13C und δ15N) mit Daten von einem natürlichen Seeufer. Insgesamt reagierten die Artenzusammensetzung, die Merkmalsvielfalt und die trophischen Interaktionen empfindlicher auf Störungsbedingungen als herkömmliche Diversitätsindizes, unabhängig von der Art der Störung (natürlich oder anthropogen). Bei mäßiger Intensität und Häufigkeit von Störungen kann die Komplexität von Lebensräumen erhalten bleiben, und die taxonomische und funktionelle Vielfalt von Käfergemeinschaften kann durch Störungen sogar gefördert werden; seltene Arten mit speziellen Präferenzen können erhalten bleiben. Störungen wirken sich jedoch nicht nur auf Konsumenten höherer trophischer Ebenen aus (z.B. Räuber oder Aasfresser), sondern können sogar noch größere Auswirkungen auf Gemeinschaften der basalen trophischen Ebenen haben (z.B. aquatische Dipteren, Collembolen oder herbivore Käfer) und könnten darüber hinaus die Nahrungspräferenzen räuberischer Käfer beeinflussen, die solche Organismen als Beute nutzen. Diese Ergebnisse liefern nicht nur einzigartige Daten und neue Erkenntnisse über den Einfluss von Landnutzung und Management auf die Erhaltung von Käfergemeinschaften in gestörten Landschaften, sondern unterstreichen auch die Notwendigkeit, die Auswirkungen von Störungen auf integrierte Aspekte ökologischer Gemeinschaften besser zu verstehen. KW - Trophic interaction KW - Beetles KW - Disturbances KW - Taxonomic diversity KW - Functional diversity KW - Käfer KW - Störungen KW - Taxonomische Vielfalt KW - Funktionelle Vielfalt KW - Trophische Interaktion Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68135 ER - TY - THES A1 - Schlipf, Jón Benedikt T1 - Enhancement of group-IV optoelectronic sensing devices through materials engineering and nanostructuring T1 - Verbesserung von optoelektronischen Sensoren der Gruppe IV durch Werkstofftechnik und Nanostrukturierung N2 - Driven by the continuous research progress in integrated electronics towards increasing complexity and miniaturization, semiconductor technology has not only yielded very powerful electronic devices, but also provided the necessary tools for miniaturization of mechanical, optical and other functions into micro- and nanoscale devices. While transistor scaling approaches the physical limits mainly governed by heat dissipation, further advances are predicted to stem from the integration of additional functionality into integrated circuits instead. For the case of photonics and optoelectronics, which have plenty of applications in computing, communications and sensing, silicon devices have been applied commercially for several years. While being compatible with mainstream electronics, silicon does not offer the optimum properties for mediation between optics and electronics compared to, for example, III-V materials. To alleviate this, properties can be improved both through wavelength-scale structuring and exploitation of resonances, and through alloying with other group-IV materials like germanium and tin. Both of these avenues are studied within this work. On one hand, nanophotonic structures, most notably metasurfaces, and corresponding simulation and optimization algorithms, are developed for selective filtering and enhancement of light-matter interactions. On the other hand, group-IV materials are studied, most notably their non-destructive characterization with optical methods. N2 - Auf dem Weg zu kontinuierlicher Steigerung von Komplexität und Miniaturisierung in der Elektronik hat die Halbleiterindustrie nicht nur sehr effektive elektronische Bauelemente hervorgebracht, sondern auch die Werkzeuge für die Miniaturisierung mechanischer, optischer und weiterer Funktionen in den Mikro- und Nanometerbereich geliefert. Während die Skalierung von Transistoren langsam durch die Energieverluste und resultierende Erwärmung beschränkt wird, werden weitergehende Fortschritte eher in der Integration zusätzlicher Funktionalitäten in integrierte Schaltkreise erwartet. Im Bereich der Photonik und Optoelektronik mit zahlreichen Anwendungen in Rechentechnik, Nachrichtentechnik und Sensorik werden Silizium-basierte Bauelemente seit einigen Jahren kommerziell eingesetzt. Während diese kompatibel zu einem Großteil der Elektronik sind, bietet Silizium im Vergleich zu beispielsweise III-V-Materialien für die Verbindung von Optik und Elektronik suboptimale Eigenschaften. Abhilfe bietet die Verbesserung von Bauelementeigenschaften sowohl durch Strukturierung auf der Größenskala der Wellenlänge als auch durch die Legierung mit anderen Gruppe-IV-Materialien wie Germanium und Zinn. Diese Arbeit beschreibt Forschung in beiden Richtungen. Auf der einen Seite wurden nanophotonische Strukturen, vor allem sogenannte Metaoberflächen, zur Verstärkung und selektiven Filterung der Interaktion von Licht und Materie und die dazu nötigen entsprechenden Simulations- und Optimierungsverfahren entwickelt. Auf der anderen Seite beschäftigt sich die Arbeit mit der Weiterentwicklung von siliziumkompatiblen Materialien der vierten Hauptgruppe, vor allem mit der nicht destruktiven Charakterisierung solcher Materialien mit optischen Verfahren. KW - Metasurface KW - Group-IV KW - Plasmonics KW - Photodetector KW - Nanophotonik KW - Plasmonik KW - Gruppe-IV-Materialien KW - Integrierte Schaltung KW - Nanophotonik KW - Plasmonik KW - Silicium KW - Germanium Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67979 ER - TY - THES A1 - Osou, Rokan T1 - Inspiring heritage in contemporary architekture : a case study of Aga Khan Award for Architecture T1 - Erbe als Inspiration für zeitgenössische Architektur : der Aga Khan Preis für Architektur als Fallstudie N2 - The Arab countries have notably rich and valuable architectural history; however, the buildings of the last 80 years are predominantly featureless or only use superficially decorative traditional architectural elements. This debate has been discussed by historians, architects, and urban planners for more than five decades. The Aga Khan Award for Architecture, one of the most momentous pioneering awards in Islamic countries concerning architectural identity and the improvement of built environments, has significantly contributed to this discussion. In the 1950s and 1960s, the Western International Style was imported into Arab countries without considering its compatibility with the local climate and culture; Arab architects, holders of European graduate degrees, and Western planners and architects were invited by the newly liberated countries' national governments to lead the architecture modernization process. As a response to the International Style and the resulting global mono-architecture that emerged after the 1960s, new trends such as New Vernacular (the contemporary reinterpretation of Vernacular techniques and traditions in architecture), Contextualism, and Critical Regionalism arose to show that architecture should reference the physical and cultural contexts. In addition, the current climate crisis has raised awareness of a rethinking. This study uses crucial research and architectural examples to show a way toward contextual architecture in Arab countries. In particular, it draws on Paul Ricoeur's work in History and Truth to ask the following questions: “How can traditional architecture be part of the modernization process and at the same time retain its distinct entity?” “Can approaches based on tradition solve the identity crisis in Arabic architecture? ”and "Can lessons be learned for future projects? " The most worthwhile contemporary buildings in the Arab countries inspired by the architectural heritage and/or awarded the Aga Khan Award for Architecture have been researched. The author comes to the conclusion that the study of traditional architecture can contribute to improving the ecological balance of future architecture, while preserving the architectural and cultural identity of the Arab countries. A combination of understanding the environmental performance of Vernacular Architecture with sustainable features and the current knowledge of building science and technology may help in finding effective contextual strategies both culturally and climatically. These strategies may be used today to provide sustainable heritage for future generations. N2 - Die arabischen Länder besitzen eine besonders reiche und wertvolle Baugeschichte; die Bauten der letzten 80 Jahre sind dagegen überwiegend gesichtslos oder verwenden nur oberflächlich dekorative traditionelle Architekturelemente. Dieser Gegensatz wird von Historikern, Architekten und Stadtplanern seit über fünf Jahrzehnten diskutiert. Der Aga-Khan-Preis für Architektur, eine der bedeutendsten wegweisenden Auszeichnungen in den islamischen Ländern zur architektonischen Identität und Verbesserung der bebauten Umwelt, hat zu dieser Diskussion in hohem Maße beigetragen. In den 1950er und 1960er Jahren wurde der internationale westliche Stil in die arabischen Länder importiert, ohne dessen Vereinbarkeit mit dem örtlichen Klima und der Kultur zu berücksichtigen. Arabische Architekten mit europäischen Hochschulabschlüssen sowie westliche Planer und Architekten wurden von den nationalen Regierungen der nunmehr autonomen Staaten eingeladen, den Modernisierungsprozess auch in der Architektur voranzubringen. Als Antwort auf den internationalen Stil und die daraus hervorgegangene globale Monoarchitektur entstanden nach den 1960er Jahren neue Richtungen wie New Vernacular (die zeitgenössische Neuinterpretation volkstümlicher Techniken und Traditionen in der Architektur), Kontextualismus und kritischer Regionalismus, um zu zeigen, dass sich Architektur auf den physischen und kulturellen Kontext beziehen sollte. Die aktuelle Klimakrise hat das Bewusstsein für ein Umdenken befördert. In der vorliegenden Arbeit werden die entscheidenden Forschungen und Architekturbeispiele herangezogen, um einen Weg zu einer kontextuellen Architektur in den arabischen Ländern aufzuzeigen. Insbesondere stützt sie sich auf Paul Ricoeurs Werk History and Truth, um folgende Fragen zu stellen: „Wie kann die traditionelle Baukunst Teil des Modernisierungsprozesses sein und gleichzeitig ihre Eigenständigkeit bewahren?“, „Können Ansätze, die auf Tradition basieren, eine Lösung für die Identitätskrise in der arabischen Architektur sein?“ und „Kann daraus für zukünftige Projekte gelernt werden?“ Recherchiert werden dazu die bemerkenswertesten zeitgenössischen Bauten in den arabischen Ländern, die vom architektonischen Erbe inspiriert und/oder mit dem Aga-Khan-Preis für Architektur ausgezeichnet wurden. Die Autorin kommt zum Schluss, dass das Studium der traditionellen Baukunst zur Verbesserung der ökologischen Bilanz der zukünftigen Architektur beitragen und gleichzeitig die architektonische und kulturelle Identität der arabischen Länder gewahrt bleiben kann. Eine Kombination aus dem Verständnis der ökologischen Bilanz der traditionellen volkstümlichen Architektur mit nachhaltigen Eigenschaften und dem aktuellen Wissen über Bauwissenschaft und Technologie kann helfen, effektive kontextbezogene Strategien sowohl kulturell als auch klimatisch zu entwickeln. Diese Strategien können heute angewandt werden, um ein nachhaltiges Erbe für künftige Generationen zu schaffen. KW - New vernacular KW - Nachhaltige Architektur KW - Critical regionalism KW - Aga Khan Award for Architecture KW - Arab Architecture KW - Sustainability KW - Aga-Khan-Preis für Architektur KW - Traditionen in der Architektur KW - Kritischer Regionalismus KW - Arabische Architektur KW - Arabien KW - Aga Khan award for architecture KW - Architektur KW - Architekturkritik KW - Regionalismus KW - Volksarchitektur KW - Nachhaltigkeit KW - Bauökologie KW - Geschichte Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-67984 ER - TY - THES A1 - de Tomás Marín, Sergio T1 - Analysis of the functional structure of plant communities from the sub-Mediterranean ecotone T1 - Analyse der funktionellen Struktur von Pflanzengemeinschaften aus dem submediterranen Ökoton N2 - Ecotones are transitional regions between two areas with contrasting ecological features, where elements from the adjacent systems as well as unique species coexist. They are ideal systems to study community assembly mechanisms along environmental gradients. The Iberian Peninsula is one of the largest ecotones in Europe, with Mediterranean climate in the south and Temperate in the north, area known as the sub-Mediterranean region. The broad aim of this thesis is to understand the mechanisms driving plant community assembly in the Iberian sub-Mediterranean ecotone from a functional trait-based approach. In chapter 3 we focused on the two main tree species in a sub-Mediterranean forest of central Spain known as Hayedo de Montejo (UNESCO World Heritage Site): Fagus sylvatica L., a typical Eurosiberian species, and Quercus pyrenaica Willd., a typical Mediterranean species. We quantified functional niche partitioning by estimating the hypervolume of nine traits related to resource acquisition plus relative growth rate as an additional trait. We also estimated environmental niche similarity between both species. While both species shared the environmental niche, they showed notably different functional resource-use strategies, promoting a high complementarity between them. In chapter 4 we studied the mechanisms driving the assembly of 19 woody species in six communities of the Hayedo de Montejo forest. We analysed functional structure variations among communities by estimating the community-weighted mean (CWM), skewness (CWS) and kurtosis (CWK) at whole-plant level. Additionally, we estimated the relative contribution of species turnover and intraspecific trait variability (ITV) to variation in CWM. We detected three axes of variation: Leaf and Root Economics Spectrum, and plant hydraulic architecture, respectively. CWM strongly differed among communities according to their biogeographic origin (Eurosiberian vs Mediterranean). Differences in CWS and CWK indicated different trends in the functional structure among communities and the coexistence of different functional strategies, respectively. Variation in CMW among communities was mainly due to ITV. In chapter 5 we analyzed the taxonomic, phylogenetic and functional diversity of four sub-Mediterranean grasslands of contrasting biogeographic origin (Eurosiberian vs Mediterranean). Further, we decoupled phylogeny and traits to uncover potentially hidden patterns. Communities segregated by their biogeographic origin (Eurosiberian vs Mediterranean) along a soil recourse gradient in line with the Economics Spectrum; however, some traits varied independently from this axis. Assembly patterns showed a general phylogenetic over-dispersion together with functional clustering when decoupling phylogeny and traits. Our results support the idea that the sub-Mediterranean ecotone is a highly diverse and fragile habitat, where even minor environmental changes can lead to strong changes in the functional structure of the ecosystem. N2 - Ökotone sind Übergangsregionen zwischen zwei Gebieten mit kontrastierenden ökologischen Merkmalen, in denen Elemente aus den benachbarten Systemen sowie einzigartige Arten koexistieren. Sie sind ideale Systeme zur Untersuchung der Mechanismen der Gemeinschaftsbildung entlang von Umweltgradienten. Die Iberische Halbinsel ist einer der größten Ökotone in Europa, mit mediterranem Klima im Süden und gemäßigtem Klima im Norden, einem Gebiet, das als submediterrane Region bekannt ist. Das allgemeine Ziel dieser Arbeit ist es, die Mechanismen zu verstehen, die den Aufbau von Pflanzengemeinschaften im submediterranen Ökoton der Iberischen Halbinsel vorantreiben, und zwar auf der Grundlage funktioneller Merkmale. In Kapitel 3 konzentrierten wir uns auf die beiden wichtigsten Baumarten in einem submediterranen Wald in Zentralspanien, dem Hayedo de Montejo (UNESCO-Welterbe): Fagus sylvatica L., eine typische eurosibirische Baumart, und Quercus pyrenaica Willd., eine typische mediterrane Baumart. Wir quantifizierten die funktionale Nischenaufteilung, indem wir das Hypervolumen von neun Merkmalen schätzten, die mit dem Ressourcenerwerb zusammenhängen, sowie die relative Wachstumsrate als zusätzliches Merkmal. Außerdem schätzten wir die Ähnlichkeit der ökologischen Nische zwischen beiden Arten. Obwohl sich beide Arten die Umweltnische teilten, wiesen sie deutlich unterschiedliche funktionale Strategien zur Ressourcennutzung auf, was zu einer hohen Komplementarität zwischen ihnen führte. In Kapitel 4 untersuchten wir die Mechanismen, die die Ansammlung von 19 holzigen Arten in sechs Gemeinschaften des Hayedo de Montejo-Waldes antreiben. Wir analysierten die Unterschiede in der funktionalen Struktur zwischen den Gemeinschaften, indem wir den gemeinschaftsgewichteten Mittelwert (CWM), die Schiefe (CWS) und die Wölbung (CWK) auf der Ebene der gesamten Pflanze schätzten. Zusätzlich schätzten wir den relativen Beitrag des Artenumsatzes und der intraspezifischen Merkmalsvariabilität (ITV) zur Variation des CWM. Wir entdeckten drei Achsen der Variation: Das ökonomische Spektrum der Blätter und Wurzeln bzw. die hydraulische Architektur der Pflanzen. Die CWM unterschieden sich stark zwischen den Gemeinschaften je nach ihrem biogeografischen Ursprung (Eurosibirisch vs Mediterran). Unterschiede in CWS und CWK wiesen auf unterschiedliche Trends in der funktionellen Struktur der Gemeinschaften bzw. auf die Koexistenz verschiedener funktioneller Strategien hin. Die Unterschiede in der CMW zwischen den Gemeinschaften waren hauptsächlich auf ITV zurückzuführen. In Kapitel 5 analysierten wir die taxonomische, phylogenetische und funktionelle Vielfalt von vier submediterranen Graslandschaften unterschiedlicher biogeographischer Herkunft (Eurosibirisch vs Mediterran). Außerdem haben wir Phylogenie und Merkmale entkoppelt, um potenziell verborgene Muster aufzudecken. Die Gemeinschaften trennten sich nach ihrer biogeografischen Herkunft (Eurosibirisch vs Mediterran) entlang eines Bodenregressionsgradienten in Übereinstimmung mit dem ökonomischen Spektrum; einige Merkmale variierten jedoch unabhängig von dieser Achse. Die Versammlungsmuster zeigten eine allgemeine phylogenetische Überdispersion zusammen mit einer funktionellen Clusterung, wenn man Phylogenie und Merkmale entkoppelt. Unsere Ergebnisse unterstützen die Idee, dass das submediterrane Ökoton ein sehr vielfältiger und empfindlicher Lebensraum ist, in dem selbst geringe Umweltveränderungen zu starken Veränderungen in der funktionellen Struktur führen können. KW - Functional Ecology KW - Sub-Mediterranean Ecotone KW - Community Aseembly KW - Plant Ecology KW - Umweltnische KW - Sub-Mediterrane Ökotone KW - Funktionelle Struktur KW - Intraspezifische Variabilität KW - Gemeinschaftliche Versammlung KW - Iberische Halbinsel KW - Ökoton KW - Waldgesellschaft KW - Gründlandgesellschaft KW - Ökologische Nische Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68044 ER - TY - THES A1 - Le, Quang Huy T1 - Empirical large-signal modeling of 22-nm FDSOI CMOS transistors in RF/mm-Wave range T1 - Empirische Großsignal-Modellierung von 22-nm-FDSOI-CMOS-Transistoren im RF/mm-Wellenbereich N2 - In recent years, the deployment of the 5th generation (5G) telecommunications network has fuelled growing interest in low-power and low-cost wireless transceivers in the radio frequency integrated circuits (RFIC) market. With silicon-based complementary- metal-oxide-semiconductor (CMOS) technologies, the digital circuitries and the RF front-end can be implemented monolithically as a single system-on-chip (SoC). In such scenario, advanced fully depleted silicon-on-insulator (FDSOI) technology has emerged as a potential candidate to meet the market demand. In particular, the industry’s 22-nm FDSOI technology has been continuously matured in accordance with the development roadmap for 5G mm-wave applications. Research in transistor device modeling is of high importance to support the technology development process. Moreover, a large-signal model that accurately captures and reflects the transistor’s nonlinear behaviour is essential for circuit design and reliability analysis. Hence, this thesis deals with measurement-based approach, i.e., empirical modeling, to develop a suitable large-signal model for the mm-wave transistors in 22-nm FDSOI technology platform. A versatile and efficient large-signal model based on the Angelov (Chalmers) model is proposed in this work. Besides, artificial neural network (ANN) is utilized to model the gate charge of the transistors. Moreover, the systematic modeling procedure addresses many important issues to ensure good model-to-hardware correlation. The proposed model is well validated for small-signal operation up to 110 GHz. Furthermore, by means of non- 50-Ω large-signal measurements, the excellent model validity to predict the nonlinear distortions of the FDSOI transistors is also comprehensively demonstrated. Finally, to evaluate the model applicability in RF circuit design, the proposed model is implemented in a commercial circuit simulator for the design of a wideband 22-nm FDSOI power amplifier. N2 - In den letzten Jahren hat die Einführung des Telekommunikationsnetzes der 5. Generation (5G) das Interesse an stromsparenden und kostengünstigen drahtlosen Transceivern auf dem Markt für integrierte Hochfrequenzschaltungen (RFIC) geschürt. Mit siliziumbasierten Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS)-Technologien können die digitalen Schaltkreise und das HF-Front-End monolithisch als ein einziges System-on-Chip (SoC) implementiert werden. In einem solchen Szenario hat sich die fortschrittliche Fully-Depleted-Silicon-On-Insulator (FDSOI) als potenzieller Kandidat herausgestellt, um die Marktnachfrage zu erfüllen. Insbesondere die 22-nm-FDSOI-Technologie der Industrie wurde gemäß der Entwicklungs-Roadmap für 5G-mm-Wellen-Anwendungen kontinuierlich weiterentwickelt. Forschung im Bereich der Transistor-Bauelementemodellierung ist von großer Bedeutung, um den Technologieentwicklungsprozess zu unterstützen. Darüber hinaus ist ein Großsignalmodell, welches das nichtlineare Verhalten des Transistors genau erfasst und widerspiegelt, für das Schaltungsdesign und die Zuverlässigkeitsanalyse unerlässlich. Daher befasst sich diese Arbeit mit einem messbasierten Ansatz, d. h. empirischer Modellierung, um ein geeignetes Großsignalmodell für die mm-Wellen-Transistoren in der 22-nm-FDSOI-Technologieplattform zu entwickeln. In dieser Arbeit wird ein vielseitiges und effizientes Großsignalmodell auf der Grundlage des Angelov (Chalmers)-Modells vorgeschlagen. Außerdem wird ein künstliches neuronales Netzwerk (KNN) verwendet, um die Gate-Ladung der Transistoren zu modellieren. Darüber hinaus spricht das systematische Modellierungsverfahren viele wichtige Punkte an, um eine gute Korrelation zwischen Modell und Hardware sicherzustellen. Das vorgeschlagene Modell ist für den Kleinsignalbetrieb bis 110 GHz gut validiert. Darüber hinaus wird anhand von Nicht-50-Ω-Großsignalmessungen die hervorragende Modellvalidität zur Vorhersage der nichtlinearen Verzerrungen der FDSOI-Transistoren umfassend demonstriert. Um schließlich die Anwendbarkeit des Modells im HF-Schaltungsdesign zu bewerten, wird das vorgeschlagene Modell in einem kommerziellen Schaltungssimulator für den Entwurf eines Breitband-22-nm-FDSOI-Leistungsverstärkers implementiert. KW - mm-wave KW - 22-nm KW - FDSOI KW - CMOS KW - ANN KW - Large-signal model KW - KNN KW - Großsignalmodell KW - mm-Wellen KW - Modellierung KW - Großsignalverhalten KW - Transistor KW - SOI-Technik KW - CMOS-Schaltung KW - Milimeterwelle KW - 5G Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-68077 ER -