ZAF - Zentrum für angewandte Forschung
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Methods-Energy Measurement
(2016)
Owing to a high inflexibility of the factory layout, manufacturers of masonry units are bound to organizational adjustments seizing optimization measures. Regarding such plants, having a given complexity based on a rigid concatenation of heterogeneous sub-processes with heavy goods to be transported, conventional measures such as Lean Management principles involve great efforts in execution. Therefore, an IT solution for planning and controlling the operational processes is to be developed. This solution will be implemented through simulation-supported optimization to support dealing with a higher complexity and setting up a more resource-efficient manufacturing process.
As a basis, a corresponding factory is mapped sufficiently accurate in every detail in a discrete event analysis (DEA) model. In this paper, a methodology, how to configure an arbitrary calcium silicate masonry unit (CS) plant in a simulation model, is presented for the first time. Relevant data is cataloged and modelling approaches for the controlling methods are pointed out.
Special regard is paid to optimization measures at the crucial point of the transition from bulk material to piece goods, which has not been regarded yet in discrete event simulation modelling. The major aspect is a comparison of a unit-based approach and a variable-controlled approach, regarding the runtime.
A case study follows conclusively, which aided in validating the methodology by simulating various scenarios. As a result, several strategic and operational optimization potentials were identified.
In case of concatenated, complex material flow structures such as those in calcium silicate masonry unit plants, plan deviations pose a major challenge for an efficient order processing in production. In order to overcome the separation between the planning and operational levels in traditional production planning and control systems, this paper presents a validated concept to react immediately to critical events while maintaining efficiency using a modular, rolling-reactive optimization tool. A substantial difference to conventional rescheduling models is the intensive integration of event-discrete simulation, which delivers more realistic results and reduces the threat of an obsolete model due to simple modelling.
RFID hat sich als Automatisierungstechnologie im Logistiksektor seit Jahren etabliert, um einerseits Qualität, Sicherheit und Transparenz von Prozessen zu verbessern und anderer-seits die Möglichkeit für Rationalisierung und Kostensenkung zu bieten.
- Eine Hürde für KMUs sind aber die hohen Implementierungskosten. Rund 50% der Kosten für Automatisierungssysteme, welche hier als Plattformtechnologie für RFID gesehen wird, entfallen auf die Software, Tendenz steigend. Außerdem entfallen wie-derum 60% bis sogar 80% im Bereich der hochverfügbaren Softwaresysteme auf das Testen der Software.
- Es existieren Methodiken zum Testen von Automatisierungs-, Mechatroniksystemen und zum Testen von reinen Softwareapplikationen. Eine spezielle Testmethodik allerdings, die die Hard- und Software-Spezifika von RFID-Systemen berücksichtigt, existiert nicht.
Um den Unsicherheiten beim Testen von RFID-Anwendungen zu begegnen zielte das Forschungsvorhaben ITERA darauf ab, eine neue Methodik für das gezielte Testen derartiger Anwendungen zu entwickeln. Dabei wurde im Projektverbund zunächst untersucht ob eine Integration von existierenden Techniken und Werkzeugen möglich ist und schließlich mit der Entwicklung einer Methodik zur Anwendung von generischen und reproduzierbaren Testszenarios für RFID-Anwendungen begonnen. Die Aufgabe der Technischen Hochschule Ingolstadt bestand im Besonderen darin, die wissenschaftliche Grundlage zu schaffen und anhand dieser eine Me-thodik und ein Konzept zum Testen von RFID Anwendungen zu entwickeln. Die aus dem Gesamtprojekt resultierende Methodik kann grob, wie folgt skizziert werden:
- Modultests für Softwarekomponenten, durchgeführt mit Hilfe von vorhandenen Frameworks wie JUnit oder NUnit.
- Integrationstest (Bottom-Up) für die verwendeten RFID-Hardwarekomponenten. Dient der Sicherstellung, dass die Funktion der Komponenten und Übertragungswege (Luftschnittstelle) gegeben ist.
- Hauptfokus sind Integrationstests (Top-Down), rein für Softwarekomponenten mithilfe der zuvor definierten, virtuellen RFID-Komponenten. Ziel der virtuellen Komponenten ist es, dem Entwickler der Anwendungssoftware ein Mittel an die Hand zu geben, mit dem er Testläufe ohne jegliche RFID-bezogene Hardware ausführen kann.
- Systemtest der vollständig aufgesetzten RFID-Systemumgebung.
Aus der entwickelnden Methodik entstehen eine Reihe von Vorteilen, wie der frühen Fehler-erkennung, ein effizienterer Testvorgang, die Möglichkeit zur Anwendung agiler Entwick-lungsmethoden, parallelisieren von Testphasen und der Anwendung von bewährten Methoden der Leistungsanalyse und Leistungsverbesserung. Diese Aspekte schlagen sich positiv auf die Softwarequalität, Entwicklungszeit und somit auch auf die Entwicklungskosten nieder.
Das Projekt CISS.S-Seitencrash-Erkennung mit Körperschall knüpfte an die Ergebnisse aus dem Vorgänger-projekt CISS an bzw. baute auf diesen auf. Im Projekt CISS wurde ein Verfahren für die Frontalcrash-Erkennung erforscht und zur Serienreife gebracht, das auf der Erfassung hochfrequenter Schwingungssignale basiert. Im Forschungsprojekt CISS.S sollten diese Erkenntnisse aus der Frontalcrash-Erkennung nun auf den Seitencrash übertragen werden, da dieser aufgrund der geringen Knautschzone verglichen mit anderen Lastfallgruppen besonders gefährlich ist.
Ziel von CISS.S war deshalb die frühzeitige Erkennung des Seitencrashs zur verbesserten Airbag-Auslösung mittels Körperschallmessung während eines Unfalls. Ein weiteres Projektziel war zudem die Weiterentwicklung eines Simulationsverfahrens für die Ausbreitung von Körperschall im Fahrzeug. Darüber hinaus war mit CISS.S auch die Bestrebung verbunden, einen Transfer der Forschungsergebnisse in Querschnittsbereiche wie die Produktions- oder die Medizintechnik zu realisieren.
Die Forschungsarbeit im Projekt „PerfBoost“ soll die im Vorgängerprojekt „PerfOpt“ initial entwickelten Methoden zur zielgerichteten Performance-Optimierung von Software auf die Einsatzgebiete „Verteilte Systeme und Virtualisierung“ sowie „Eingebettete Systeme“ erweitern. Dies soll dazu führen, dass das innovative Verfahren der „Dynamic Performance Stubs“ bei einem Großteil der Software-Anwendungsgebiete angewandt werden kann. Dadurch soll erreicht werden, dass die Anzahl der Anwendungen mit Performanceproblemen drastisch gesenkt wird.
Planung, Errichtung, Betrieb und Optimierung einer solarunterstützten Gebäudeheizung in einem Altbau
(2005)
Vor dem Hintergrund der weiteren Verbreitung solarunterstützter Heizungsanlagen auch im Gebäudebestand und der damit oftmals verbundenen Frage nach dem „richtigen“ Kollektortyp initiierte das KOMPETENZZENTRUM SOLARTECHNIK der Fachhochschule Ingolstadt ein Demonstrationsvorhaben zur experimentellen Untersuchung einer entsprechenden Anlage. So wurde ein solarunterstütztes Gebäudeheizungssystem in einem für den süddeutschen Gebäudebestand repräsentativen Zweifamilienhaus realisiert und mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet. Die Heizungsanlage besteht aus einem Schichtspeicher (800 l), einem Flachkollektorfeld (Bruttofläche: 6,42 m²) und einem Feld direktdurchströmter Vakuumröhrenkollektoren (15,6 m²). Als zusätzlicher Wärmeerzeuger ist ein Ölkessel (22 kW) vorhanden. Messtechnisch erfasst werden alle Wärmeerzeuger und -verbraucher sowie die Wetterbedingungen. Es zeigt sich in diesem Projekt, dass der Einsatz von solarer Heizungsunterstützung auch in bestehenden Gebäuden durchaus Sinn macht und nennenswerte Brennstoff- und damit CO2-Einsparungen erreicht werden können, falls bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. Als sehr vorteilhaft am beschriebenen Gebäude muss dabei gewertet werden, dass der Heizwärmebedarf in weiten Teilen über Fußbodenheizsysteme mit niedriger Vorlauftemperatur abgedeckt wird. So ist die Einbindung der Solarsysteme in eine bestehende Heizungsanlage unter Weiterverwendung vorhandener Komponenten möglich und besonders sinnvoll. Es zeigte sich im Projektverlauf jedoch, dass die hydraulische und regelungstechnische Realisierung solcher verhältnismäßig komplexer Anlagen äußerste Sorgfalt erfordert. Hinsichtlich der Tauglichkeit der beiden Kollektortypen für solare Heizungsunterstützung bleibt festzuhalten, dass sowohl der eingesetzte Vakuumröhrenkollektor als auch der Flachkollektor prinzipiell dafür als sehr geeignet erscheinen. Dabei blieb der Vakuumröhrenkollektor jedoch hinter dem erwarteten Mehrertrag gegenüber dem Flachkollektor deutlich zurück. So offenbarte der Vakuumröhrenkollektor gerade im realen Winterbetrieb, der eigentlich eine Stärke dieses Kollektortyps darstellen sollte, konzeptionelle Schwächen. Nicht zuletzt angesichts der Tatsache, dass der Vakuumröhrenkollektor selbst bei relativ niedrigen Außentemperaturen keinen beträchtlichen Mehrertrag erbrachte, erscheint damit der Flachkollektor für solare Heizungsunterstützung auch in der Übergangszeit als technisch wie wirtschaftlich äußerst interessante Alternative.
Die im Laufe des vorliegenden Vorhabens zusammengetragenen Informationen zeigen, dass der Blech-Rohr-Absorber als der momentane Stand der Technik verschiedenste Schwächen im technischen als auch wirtschaftlichen Bereich aufweist. Im technischen Bereich liegen diese sowohl im konstruktiven Aufbau aufgrund seiner vielen thermischen Widerstände, als auch in der momentanen Lösung der Verbindungstechnik. Die im Rahmen des Projekts durchgeführte Altkollektoranalyse zeigt, dass bereits früher verschiedenste Absorberbauformen auf dem Markt verfügbar waren. Diese Bauformen sind in der Fachliteratur teilweise dargestellt, jedoch kaum beschrieben oder näher untersucht. Die Analyse der großteils mehr als 20 Jahre alten Kollektoren ergibt, dass Bauformen und Absorbermaterialien bereits damals eine hohe Lebensdauer erreichen konnten. Defizite können nur bezüglich transparenten Abdeckungen, Zwischenschichten, Wärmedämmungen und bezüglich des hohen Absorber- bzw. Kollektorgewichtes ausgemacht werden. Thermographische Untersuchungen belegen, dass damalige volumetrische beziehungsweise teilvolumetrische Bauformen im Vergleich zu heutigen Konstruktionen gleichmäßigere Temperaturverteilungen aufweisen. Die Verbindungstechniken, speziell im Bereich der Blech-Rohr-Absorber, haben sich allerdings in Qualität und Stabilität im Vergleich zu damals verbessert. Hohe Stillstandstemperaturen aufgrund neuer Entwicklungen im Bereich Absorberbeschichtungen und optimierter Glas- und Dämmstoffe bringen jedoch auch die verbesserten Verbindungstechniken zwischen Blech und Rohr an ihre Grenzen. Schliffbilduntersuchungen, durchgeführt an verschiedenen heute im Absorberbau angewendeten Fertigungsverfahren, lassen fertigungs- als auch wärmetechnische Schwächen, wie z. B. inhomogene beziehungsweise spröde Nähte oder kleine Flächen für die Wärmeübertragung, erkennen. In der Konzeptphase werden nach Ausarbeitung einer Anforderungsliste und Untersuchung des Absorbers durch eine Funktionsanalyse verschiedene Lösungsprinzipien erarbeitet. Aus diesen erfolgt die Entwicklung von Absorberkonzepten in Form von Skizzen, die schwerpunktmäßig auf eine volumetrische Durchströmung des Absorbers abzielen. Im nächsten Schritt werden für die aussichtsreichsten Konzepte eingehende Untersuchungen aus technischer und wirtschaftlicher Sicht durchgeführt. Eine Berechnung hinsichtlich technischer Eigenschaften, wie Gewicht, Füllvolumen, Wärmekapazität und vor allem des Absorberwirkungsgradfaktors wird unter anderem durchgeführt. Weiterhin wird eine Voranalyse der Absorberkosten hinsichtlich Material- sowie Fertigungskosten erstellt. Basierend auf diesen Informationen können die Absorberkonzepte abschließend in einer Bewertungsmatrix bewertet werden. Es erfolgt dazu die Festlegung mehrerer differenzierbarer Bewertungskriterien, anhand dessen eine objektive und grundlegende Unterscheidung sowie Klassifizierung der Absorberkonzepte sowohl in technischer als auch wirtschaftlicher Sicht möglich ist. Diese Konzepte sind Ausgangsbasis für ein weiteres, folgendes Projekt, das zuerst auf eine grundlegende Ausarbeitung dieser Konzepte abzielt. Diese werden im nächsten Schritt mit Hilfe einer Simulationssoftware detailliert untersucht und hinsichtlich Wärmeübertragungseigenschaften sowie Druckverlust optimiert. Nach einer erneuten Bewertung ist eine Fertigung der favorisierten Konzepte in Form von Prototypen für praktische Vermessungen und Optimierungen in einem Sonnensimulator vorgesehen sowie die Implementierung in ein neu zu entwickelndes Kollektorgehäuse. Das vorliegende Vorhaben wurde von der Firma Thermo|Solar AG in Zusammenarbeit mit dem KOMPETENZZENTRUM SOLARTECHNIK an der Fachhochschule Ingolstadt durchgeführt. Die Förderung des Vorhabens erfolgte durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt unter dem Aktenzeichen 21543.
The CENTRE OF EXCELLENCE FOR SOLAR ENGINEERING of Ingolstadt University of Applied Sciences investigates the renewable-only based HVAC system of a multipurpose building. The 10.000 m² gross floor area building is part of the biggest logistic-centre in the region serving the AUDI automobile production facilities. On the one hand, the investigation is supposed to demonstrate the potential of solar-assisted cooling, on the other hand, the monitoring focuses on the total energy balance of the building and the various innovative building technologies. Next to a ground source heat pump plant for base-load heating and cooling, the building is equipped with two arrays of solar-thermal flat-plate collectors (108 m² + 178 m²) and a desiccant air-conditioning system (DEC). This consists of two plants with a nominal air flow of 8.000 m³/h each. One of the two plants is monitored, where the plant itself is considered a black box in a first approach, i.e. all incoming and outgoing energy flows and the air condition are measured. Apart from the investigation of the performance of the solar-assisted air-conditioning system, the feasibility of DECoperation using flat-plate collectors available on the market is investigated. During the first year of operation (2006) massive problems occurred in the operation of the DEC-plant. While the degree of comfort in the building was found to be satisfying during the cooling period, the solar-driven DEC-plant showed major deficiencies in cooling performance, hydraulics and control. Especially, a too high rotational speed of the desiccant wheel and an inadequate adjustment of solar collector arrays, DEC-plants and building structure were identified. Therefore, in an overhaul of the system several problems in the hardware were found and corrected such as blocked nozzles due to calcinations, leakages in the sealing of the desiccant wheel and an incorrect installation of a non-return valve in the hydraulic system of the regeneration air heater. Moreover, the control strategy regarding the cooling power of the plant and the speed of the desiccant wheel was checked. In the second year of operation (2007), some deficiencies of the first year were found to be removed, but the plant still did not work according to its capacity. Insufficient dehumidification by the desiccant wheel was identified as a major problem. Based on a detailed analysis of the desiccant wheel, one-sided displacement of the sorbent was supposed to be the reason for insufficient cooling capacity. Obviously, control or mechanical malfunctions during operation have lead to a one-sided oversaturation and thus to a one-sided damage of the desiccant wheel. Consequently, the damaged wheel is to be removed prior to the 2008 cooling period. In order to tap the full potential of both the solar DEC-plant and the building’s innovative concept, a number of further measures, especially concerning the matching of the DECplant and the solar system with the building management, need to be taken in future.
Dynamic performance stubs provide a framework to simulate the performance behavior of software modules and functions. Hence, they can be used as an extension to software performance engineering methodologies. The methodology of dynamic performance stubs targets to gain oriented performance improvement. Other applications include the identification of "hidden" bottlenecks and the prioritization of optimization alternatives. Main memory stubs have been developed to extend the simulation possibilities of the dynamic performance stubs framework. They are able to simulate the heap and stack behavior of software modules or functions. This paper extends and improves the simulation algorithm to be able to simulate constant stack values. Moreover, it presents calibration possibilities to improve the simulation results by determining the various overhead in the algorithm. The results are furthermore used to compensate inaccuracies in the simulation. Additionally, a proof of concept is given as validation of the results. This paper shows that, main memory stubs can be used to simulate the heap, stack and timing behavior exactly when considering the parameters determined by the calibration functions.
Messtechnische Analyse der Grundwasserwärmepumpenanlage in einem Büro- und Produktionsgebäude
(2011)
In einer messtechnischen Untersuchung wurde vom KOMPETENZFELD ERNEUERBARE ENERGIEN die Leistungsfähigkeit eines grundwassergespeisten Heiz- und Kühlsystems mit Wärmepumpen in einem Büro- und Produktionsgebäude analysiert und bewertet. Dazu wurde eine umfängliche energetische Bilanzierung von Gebäudetechnik und Gebäude vorgenommen. Innerhalb des mehrjährigen Untersuchungszeitraumes konnten umfangreiche Erkenntnisse über die Effizienz und Arbeitsweise der Heiz- und Kühlanlage gewonnen werden. Dabei wurden eine Reihe von Problemstellungen im realen Anlagenbetrieb identifiziert sowie das Gesamtsystem auf Basis der Messergebnisse optimiert. Um die praxisrelevanten Forschungsergebnisse in zukünftigen innovativen Gebäudetechnikkonzepten einfließen zu lassen wurden konkrete Handlungsempfehlungen für die Planungs-, die Inbetriebnahme- und Einregulierungsphase sowie für die Betriebsführung abgeleitet.
The model driven software development (MDSD) paradigm is gaining momentum in developing extensive business software applications. With MDSD it can be carried out a significant contribution towards the key factors of success which are exibility and adherence to delivery dates as well as efficient maintenance and adaptability. With AtomsPro that is introduced here we consequently integrate aspects of domain modelling and software architecture as well as clear and understandable means to enable domain experts to take an active role in the software development process. The challenging aim is to increase the overall ratio of code generated in the development process of enterprise applications by at the same time preserving abilities for efficient maintenance. Hence, we have chosen a fruitful cooperation with several involved project partners.
Forschungsbericht 2010
(2011)
Mittlerweile über 45 wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie die am Institut für Angewandte Forschung (IAF) forschenden Professoren tragen maßgeblich dazu bei, die Hochschule Ingolstadt in einem gemeinsamen europäischen Forschungsraum zu einer Topadresse für angewandte Forschung zu entwickeln. Der Forschungsbau CARISSMA, die Beteiligung am 7. EU-Rahmenprogramm und an Eurostars, einem themenoffenen Förderprogramm für forschungsintensive Kleine und Mittlere Unternehmen (KMU), sowie die zahlreichen Veröffentlichungen, Tagungsbeiträge und kooperative Promotionen belegen das hohe Niveau. Das IAF unterstützt Fakultäten und Professoren der Hochschule Ingolstadt bei der Durchführung von Forschungs- und Technologietransferprojekten. Die Aktivitäten reichen von mehrjährigen Forschungsprojekten, die von wissenschaftlichen Mitarbeitern unter Betreuung von Professoren bearbeitet werden, über kleinere Forschungs- und Entwicklungsaufträge bis zu Dienstleistungen in den Laboren. Auch Studierende werden in die Forschungsprojekte eingebunden. Die besten Absolventen können über die Forschungsprojekte als wissenschaftliche Mitarbeiter angestellt werden und kooperativ an Universitäten promovieren. Mehrere Promotionsverfahren sind abgeschlossen und viele weitere an deutschen und internationalen Universitäten in Vorbereitung. Auf diese Weise etabliert sich ein akademischer Mittelbau an der Hochschule. Neu hinzugekommen sind seit dem letzten Forschungsbericht die Aktivitäten im Bereich der Existenzgründung sowie ein derzeit im Aufbau befindliches Kompetenzfeld Virtual Reality und CA-X Methoden. Das IAF ist zentrale Anlaufstelle für Unternehmen im Bereich Forschung und Entwicklung. Es nimmt alle Anfragen entgegen, stellt den direkten Kontakt zu einem fachlich ausgewiesenen Professor her und bereitet mit diesem entsprechende Angebote vor. Im Institut für Angewandte Forschung werden sowohl öffentlich geförderte als auch von der Wirtschaft direkt beauftragte Forschungs- und Entwicklungsprojekte, aber auch kleinere Dienstleistungsaufträge durchgeführt.
Die Hersteller von Solarwärmeanlagen bemühen sich stetig um die Senkung der Herstellkosten, vor allem des Solarkollektors, des weithin sichtbaren „Herzstücks“ jeder Solarwärmeanlage. Massiv steigende Weltmarktpreise für die hauptsächlich eingesetzten Werkstoffe Aluminium und Kupfer laufen den Bemühungen nach weiteren Kostensenkungen in der Kollektorfertigung aber leider entgegen. Der Einsatz von alternativen Werkstoffen, wie etwa Kunststoffen, für Solarkollektoren wird daher als vielversprechend angesehen. Die Verwendung von Kunststoffen im Solarkollektorbau kann dabei gleich mehrere Vorzüge bieten. Neben der Einsparung von kostspieligem Kupfer und/oder Aluminium sind mit den polymeren Materialien durch eine mögliche Gewichtsreduzierung gleichzeitig auch Vorteile bei der Montage verbunden. Durch Nutzung moderner Fertigungstechnologien von Kunststoffformteilen kann zudem die Kollektorfertigung automatisiert und damit die Kosten weiter gesenkt werden. Allerdings sind mit dem Einsatz von Kunststoffen bei den thermisch oft hoch belasteten Solarkollektoren auch technologische Herausforderungen verbunden. So stellen beispielsweise die begrenzte Temperatur-, Druck-, UV- und Langzeitbeständigkeit sowie die gegenüber Kupfer schlechtere Wärmeleitfähigkeit kostengünstiger Kunststoffe hohe Hürden für deren Einsatz in Solarkollektoren dar. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden zunächst die auftretenden Temperaturlasten an den Kollektorbauteilen im Feldtest im Detail erfasst und in Jahreshistogrammen analysiert. Dabei erreicht der im System eingebundene Absorber Temperaturen von bis zu 192°C. Ein dauerhaft stagnierender Referenzabsorber erreicht 208°C und verweilt über 1.100 Stunden im Jahr auf einem Temperaturniveau von mehr als 95°C. Dies verdeutlicht die Notwendigkeit einer Reduktion oder im besten Fall einer aktiven Kontrolle der auftretenden Temperaturbelastungen an einigen Bauteilen, wie etwa dem Absorber. Desweiteren wird aber auch deutlich, dass für sämtliche Gehäusebauteile die Temperaturbelastung nicht die zentrale Hürde für den Kunststoffeinsatz darstellt. Zusammenfassend zeigt sich in den Messungen, dass im Hinblick auf Werkstoffspezifikationen eine sehr diversifizierte Betrachtung der Temperaturverläufe auf Bauteilebene erforderlich ist, anstelle der Angabe einer einheitlichen Maximaltemperatur für den gesamten Kollektor. Anschließend wurden sowohl verfügbare als auch potenzielle Überhitzungsschutzmaßnahmen für solarthermische Kollektoren erfasst und hinsichtlich ihrer Wirkmechanismen systematisiert. Ausgewählte Maßnahmen wurden in einer Simulation unter Nutzung eines speziell entwickelten, dynamischen Kollektormodells auf ihr Einsatzpotenzial hin untersucht. Es zeigt sich. dass eine nennenswerte Reduktion der thermischen Belastung an den Kollektorbauteilen u.a. ohne Einbuße des Anlagenertrages mit verschiedenen Maßnahmen prinzipiell durchaus erreichbar ist und vor allem perspektivisch erreicht werden kann. Das bedeutet, es werden Lösungswege aufgezeigt um den Einsatz neuer Werkstoffe wie etwa kostengünstiger Massenkunststoffe sogar am Absorber, also dem aus Sicht der Temperaturbelastung kritischsten Bauteil, realisieren zu können. Die dargestellten Simulationsergebnisse zeigen darüber hinaus einerseits die Zielparameter für die zweifelsfrei noch erforderliche Entwicklung, andererseits aber auch das Anwendungspotenzial einzelner Lösungen wie etwa den thermochromen Schichten auf, das in der Zukunft in jedem Fall zu heben ist. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Konzepte für Kunststoffkollektoren unter Nutzung adäquater Fertigungsverfahren entwickelt, um die Umsetzungs- und Gestaltungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Abschließend wurden diese Konzepte hinsichtlich der Herstellkosten mit Standard-Flachkollektoren verglichen, wobei Kunststoffkollektoren neben den Vorteilen bei der Montage und Installation ein Kostensenkungspotenzial von bis zu 50% Prozent aufweisen können.
Im Rahmen des Projekts „Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen“ wurden je 10 typische Biogasanlagen in Bayern und Nordrhein-Westfalen hinsichtlich Effizienz und Betriebsweise intensiv untersucht. Ziel des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit geförderten Vorhabens war es, konkrete, auf den Ergebnissen der Anlagenuntersuchung basierende, technische, in die Praxis umsetzbare Lösungsansätze zu erarbeiten und diese verständlich für Planer, Hersteller und Anlagenbetreiber darzustellen. Die im Projekt entstandenen Konzepte zielen darauf ab, einerseits die Wirtschaftlichkeit von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen zu erhöhen und andererseits die Treibhausgasemissionen zu minimieren und damit die Ökologie von Biogasanlagen zu verbessern. Die Kurzfassung der Ergebnisse wurde bereits in der „Handreichung zur Optimierung von Biogasanlagen“ veröffentlicht. Im vorliegenden Bericht wird zunächst die Vorgehensweise bei der Datenerhebung und -auswertung dargelegt. Dabei werden die durchgeführten Messungen (z.B. Eigenenergieverbrauch, Biogasleckstellen) detailliert beschrieben und es wird auf die herangezogenen Kennzahlen zur Bewertung von Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Klimagasbilanz eingegangen. Anschließend werden die 20 untersuchten Biogasanlagen hinsichtlich ihrer Betriebsweise und Effizienz beschrieben. Dabei werden allgemeine Kenndaten, der Substrateinsatz, die Funktionsweise, die Strom- und Wärmenutzung und die Steuerung bzw. messtechnische Ausrüstung der jeweiligen Biogasanlagen betrachtet. Anhand der im Rahmen der Anlagenuntersuchung erfassten Daten findet eine Bewertung des Ist-Stands statt, die in eine Schwachstellenanalyse mündet. Zur Identifikation von Defiziten und Problemen werden die jeweiligen Bewertungsbereiche gemäß des Prozessablaufs gegliedert und die 20 untersuchten Biogasanlagen gegenüber gestellt. Nach der Identifikation von Schwachstellen werden diese anhand eines Bewertungssystems auf deren Potenzial hinsichtlich Ökonomie, Ökologie und Umsetzung eingestuft und schließlich 10 Konzepte zur ökologischen und ökonomischen Optimierung von Biogasanlagen ausgearbeitet. Die 10 bedeutsamsten Verbesserungskonzepte sind:
• Verkürzen der Transportwege zwischen Substratlager und Feststoffeinbringung,
• Auswahl des optimalen Entfeuchtungsverfahrens,
• Erhöhen der Substratausnutzung durch den Einsatz hocheffizienter Blockheizkraftwerke,
• Erhöhen der Substratausnutzung durch Vermeiden von Biogasleckstellen,
• Emissionsminderung und Erhöhen der Substratausnutzung durch Abdecken des Endlagers,
• Verringern des Eigenenergieverbrauchs bei der Entschwefelung per Lufteinblasung,
• Verringern des Eigenenergieverbrauchs bei der Feststoffeinbringung,
• Erhöhen der Wärmenutzung durch strukturierte Vorgehensweise bei der Planung,
• Erhöhen der Wärmenutzung durch Nachrüsten von Wärmemengenzählern,
• Erhöhen des Auslastungsgrads des Blockheizkraftwerks.
Mit der Verabschiedung des Erneuerbare Energien-Gesetzes (EEG) im Jahr 2000 und den Novellierungen in den Jahren 2004 und 2009 wurde die Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb von Biogasanlagen geschaffen.
Jedoch erfüllen nicht alle Biogasanlagen die Erwartungen einer nachhaltigen und klimaschonenden Energieerzeugung. Übereilt durchgeführte und damit unvollständige Planung und qualitativ fragwürdige Ausführung stellen die Hauptprobleme bei Biogasanlagen dar. Die Auswirkungen finden sich sowohl im ökonomischen als auch im ökologischen Bereich (Sonnleitner und Zörner 2008).
Im Rahmen des Projekts „Ökologische und ökonomische Optimierung von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen“ wurden je 10 typische Biogasanlagen in Bayern (BY) und Nordrhein-Westfalen (MS) intensiv untersucht.
In dieser Handreichung werden 10 konkrete, auf den Ergebnissen der Anlagenuntersuchungen basierende, technische, in die Praxis umsetzbare Lösungsansätze detailliert und verständlich für Planer, Hersteller und Anlagenbetreiber dargestellt. Die Konzepte zielen darauf ab, einerseits die Wirtschaftlichkeit von bestehenden und zukünftigen Biogasanlagen zu erhöhen und andererseits die Treibhausgasemissionen zu minimieren und damit die Ökologie von Biogasanlagen zu verbessern.