Fakultät für Angewandte Natur- und Geisteswissenschaften
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Das Force Concept Inventory ist ein international etabliertes Diagnoseinstrument für das Konzeptverständnis der Newtonschen Mechanik. Wir haben über einen Zeitraum von zehn Jahren von knapp 5000 Studierenden der Ingenieurwissenschaften an der TH Rosenheim zu Studienbeginn Testdaten erhoben. Die Auswertung mittels Item Response Curves erlaubt für jede Frage die Analyse sowohl der richtigen als auch aller falschen Antwortoptionen. Insbesondere lassen sich auf diese Weise Distraktoren identifizieren, die gängige Fehlvorstellungen widerspiegeln. Es zeigt sich, dass die am häufigsten gewählten Distraktoren auf der Annahme beruhen, jeder Bewegung müsse eine Kraft in Bewegungsrichtung zu Grunde liegen. Daten von Universitäten der USA zeigen ein vergleichbares Ergebnis. Die vorgestellte Analyse dient als Grundlage zur Verbesserung von Lehrsequenzen.
Ideenwerkstatt: KI in der Hochschullehre - Persona-Konzept mit bildgebender KI in der Vorlesung
(2024)
Beitrag zur Ideenwerkstatt Hochschullehre der Virtuellen Hochschule Bayern (VHB) zum Themenkomplex "KI in der Hochschullehre". Gegenstan des Beitrages ist die Verwendung bildgebender KI im unmittelbaren Unterrichtsgeschehen in dem ein Persona-Konzept (Design-Thinking) durch ein KI-generiertes Porträt persönlicher und wirksamer wird. Die Veranstaltung fand am 29.02.2024 online im Rahmen des bundesweiten Projekts "Konzertierte Weiterbildungen zu künstlicher Intelligenz in der Hochschullehre" des Netzwerks Landeseinrichtungen für digitale Hochschullehre (NeL) statt und wurde von der Stiftung Innovation in der Hochschullehre gefördert. Das Video kann auch auf Youtube abgerufen werden: https://youtu.be/JCaUWryiEjs
Unter dem Titel „Gamification trifft Hybride Lehre“ wurde im Sommersemester 2023 ein Lehrprojekt im Fach Statistik des Studiengangs Wirtschaftsmathematik-Aktuarwissenschaften der Technischen Hochschule Rosenheim durchgeführt. Unterschiedliche hybrid-synchrone Lernsettings wurden in einem technisch entsprechend ausgestatteten Lehr-Experimentierraum mit den Studierenden erprobt. Als Ansatz zur Vor- und Nachbereitung der hybriden Lehre kam Gamification bzw. Gameful Motivation zum Einsatz.
Im Lehrprojektteam mit Stefanie Neumaier wurde die hybride Lehre mittels der sog. EMPAMOS-Methode vorbereitet und reflektiert. Dabei ging es nicht darum, den spielfremden Kontext (die hybride Lehre) in ein Spiel zu verwandeln, sondern Spielelemente zur Zielerreichung einzusetzen. Die Auseinandersetzung mit hybriden Formaten wird dabei für Studierende und Lehrende als ein Zukunftsthema gesehen, nicht zuletzt für den Erwerb von Future Skills in einer Arbeitswelt, in der sich hybride Kollaboration etabliert.
The applications for occupancy detection range from controlling building automation and systems, determining heat transfer coefficients and even assessing the risk of infection in rooms. Studies in the literature use various statistical models, physical models and machine learning techniques to detect occupancy. All these methods require data for training the occupancy detection models. However, data generation is time-consuming and expensive. This study demonstrates the feasibility of using simulated learning data. Using three different data sources, we tested the suitability of different methods for generating learning data. We conducted two experiments in two office spaces with a real user and an artificial user, and we generated a third data set using a building simulation model. In addition, this study compares two different machine learning approaches (Random Forest and LASSO) using environmental parameters. Both machine learning approaches could develop models with a sensitivity of at least 83 % and a specificity of at least 97 % with both training data sets. This work shows that it is possible to determine the presence in rooms using simulated data. The results compared to measured data were just slightly less accurate, and the added value due to the lower effort was considerable
To detect degradation of photovoltaic systems at an early stage, precise performance determinations are essential. Current-voltage measurements on single modules in indoor labs under well-defined conditions are state-of-the-art. However, this method causes a logistical and economic effort. On-site measurements reduce the effort but are prone to error because of poorly determinable test conditions: The detected temperature on the backside of modules as well as the irradiance detected by pyranometer in tilted module plane usually differs from the actual operating conditions. In consequence, the accuracy of measured current-voltage characteristics is poor. A precise on-site power determination is achieved by a self-reference algorithm. Improvements by self-referencing are not achieved by correcting the raw electrical data, but by replacing the measured test conditions (temperature and irradiance) with effective data. These effective values correspond better to the actual module irradiance and temperature values. Furthermore, precise power determination of photovoltaic arrays requires to identify and exclude emporarily deformed current-voltage curves from consideration, as it can arise from non-uniform irradiation within array like shading. In this paper, the application of a digital curve filter is reported and performance determinations by a self-reference algorithm are demonstrated on a photovoltaic array. We review and discuss the measurement concept in terms of its ease of use.
…
Varying thermal stresses influence significantly the time to failure of electric components as used, for instance, in automotive devices. For applications as autonomous driving a high reliability has to be guaranteed.
In this article we discuss how to combine probability distributions for failure. Discrete and continuous changes of the probability distribution in time are both considered. It turns out that the temporal order of the distributions, corresponding to the succession of stresses in applications, is essential.
The latter observation restricts the general applicability of the widely used temperature collectives where only the total time of a temperature stress is considered neglecting the order of the stresses.
An application of our results are thermal overstress tests on electric components. We may explain yet not well understood measurements for automotive electric cables.
Neue Erkenntnisse aus der Lehr- und Lernforschung und die Möglichkeiten der Digitalisierung bringen neue und spannende Anregungen für die Lehre. In den vergangenen Semestern mussten pandemiebedingt plötzlich ganze Lehrveranstaltungen in ein digitales Format überführt werden. Hinzu kamen sowohl technische als auch didaktische Herausforderungen.
Solche Veränderungen auf einmal umzusetzen, kostet viel Zeit und Energie und ist häufig nicht möglich. Einfacher ist es, in kleinen Schritten eine Lehrveranstaltung zu verändern und so den Lernerfolg der Studierenden zu steigern. Dies kann mithilfe von wenigen Elementen mit teilweise nur geringem Aufwand erreicht werden.
In diesem Beitrag beschreibt der Autor mehrere dieser Elemente, die zum Gelingen einer Lehrveranstaltung beitragen können und die er in den vergangenen Semestern in seinen Lehrveranstaltungen zur Physik für Ingenieure erfolgreich umgesetzt hat.
Just-in-Time-Teaching ist eine Lehrmethode, bei der ein
Teil des Wissenserwerbs in Vorbereitung einer Lehrveranstaltung
vorausgeht. Online-Tests offenbaren hierbei
den aktuellen Lernstand und regen die kritische Auseinandersetzung
mit Fachthemen und dem eigenen Studierverhalten
an. Die Ergebnisse dieser Tests erlauben
es, den Unterricht auf die Bedürfnisse der Studierenden
dynamisch anzupassen und zeitliche Freiräume für weitere
aktivierende Lehrmethoden zu eröffnen.
Passivhaus und regenerative Energiequellen als Lösungsansatz für den klimaneutralen Gebäudebestand
(2022)
Deutschland soll bis 2045 klimaneutrak werden. Dazu ist auch ein klimaneutraler Gebäudebestand nötig. Der Artikel zeigt die Anforderungen an Gebäude im Kontext des zukünftigen Energiesystems und beleuchtet die Notwendigkeit einer Reduktion der Heizlasten, um die Kosten für Energiespeicher gering zu halten.
Die DIN 1946 Teil 6: Lüftung von Wohnungen wurde 2019 novelliert. Konnte nach der bisherigen Norm für eine Nutzungseinheit nur eine Art von Lüftungssystem verwendet werden, ist in der Neuauflage nun auch die Kombination unterschiedlicher Lüftungssysteme in einer Nutzungseinheit zulässig. Bisher stehen hierfür allerding keine Auslegungsgrundlagen zur Verfügung. Die einzelnen Lüftungssysteme können nach Norm ausgelegt werden, jedoch werden hierbei nicht die Wechselwirkungen zwischen den Systemen berücksichtigt.
Solche Auslegungsgrundlagen wurden im vorliegenden Forschungsprojekt erarbeitet. Da die Effektivität und die Akzeptanz von Wohnungslüftungssystemen von vielen Faktoren abhängig sind, wurden neben den lüftungstechnischen Leistungskriterien, wie Luftqualität und Lüftungswärmeverluste, auch noch weitere Aspekte betrachtet. Für die Bewertung der Lüftungskonzepte wurde sowohl eine Analyse der Gesamtkosten für einen Zeitraum von 30 Jahren als auch eine Bewertung der thermischen Behaglichkeit durchgeführt. In einer Nutzerakzeptanzstudie wurden die Akzeptanz der Nutzer von unterschiedlichen Lüftungssystem, als auch das allgemein verfügbare Wissen über Wohnungslüftung ermittelt.
Für die Untersuchung der Lüftungseigenschaften und der Wechselwirkungen der unterschiedlichen Lüftungssysteme untereinander wurden sowohl ein Multizonen-, als auch ein zonales Simulationsmodell mithilfe von Messergebnissen validiert. Diese Messungen wurden in der Forschungswohnung an der Technischen Hochschule Rosenheim durchgeführt. Mit den Simulationsmodellen wurde mit einer Jahressimulation das Verhalten der Lüftungssysteme für drei verschiedene Grundrisse ermittelt und mit zuvor festgelegten Kriterien das Lüftungsverhalten bzgl. Luftqualität und Energieeffizient bewertet. Es konnten so Dimensionierungsempfehlungen für überlagerte Lüftungskonzepte erarbeitet werden. Zusätzlich wurden die in Deutschland üblicherweise verwendeten Lüftungskonzepte anhand von weiteren Kriterien bewertet.
We report from an ongoing process to develop a thermal conceptual assessment that covers the essential concepts of first-year thermodynamics to be administered to engineering students. The goal is to develop a measurement instrument in order to investigate students’ pre-knowledge as well as the influence of teaching and learning settings. The assessment builds on known misconceptions and concept questions described in the literature. The original items have been modified significantly in the current version 3 of the test in order to create single-choice questions with four distracters each that address frequent misconceptions from student answers in a systematic way. The working process to create these distracters is described exemplarily.
This thesis investigates the measurement and prediction of machinery noise in timber-frame buildings. To quantify the structure-borne sound power input from multi-point sources, simplified approaches were assessed that reduce the required data for out-of-plane force excitation. This identified approaches that give estimates within ±5 dB from 20 Hz to 2000 Hz. To investigative the importance of out-of-plane moment excitation, inverse methods were used to determine the power input; these were affected by noise but processing was used to overcome this shortcoming. A series of experimental investigations were carried out on a timber-frame structure undergoing mechanical point excitation. The driving-point mobility showed orthotropic plate characteristics at low frequencies, ribbed-plate characteristics in a narrow frequency band and infinite plate characteristics in mid- and high-frequency ranges. The moment mobility above or in-between studs was similar to infinite beam or plate theory with interpolation between these theories where necessary. The experimental work indicated the potential to use Statistical Energy Analysis (SEA) to predict sound transmission. The first experimental finding was that above the mass-spring-mass resonance frequency, the vibrational response of the wall leaves was uncorrelated. The second was a significant decrease in vibration across the wall from the excitation point, with structural intensity showing a decrease in net power flow across successive timber studs. The third was that tongue and groove connections between chipboard sheets significantly reduce the vibration transmission above 500 Hz. This led to different SEA models being used to model a timber-frame wall undergoing mechanical point excitation. A 41-subsystem model was found to be necessary to reproduce the measured vibration levels on both leaves within 10 dB. As there is a significant decrease in vibration with distance in the mid- and high-frequency range, the region close to the excitation point is particularly important and the SEA model has better accuracy in this region. An alternative engineering approach to the prediction of machinery noise in timber-frame buildings was introduced and validated that used measured transmission functions between the injected power and the spatial-average sound pressure level in a receiving room. A field survey and case studies indicate this is a feasible and practical approach.
Building Energy Simulation (BES) tools play a key role in the optimization of the building system during the different phases, from pre-design through commissioning to operation. BES tools are increasingly used in research as well as in companies. New BES tools and updated versions are continuously being released. Each tool follows an independent validation process but rarely all the tools are compared against each other using a common case study. In this work, the modelling approaches of widespread dynamic simulation tools (i.e. EnergyPlus, TRNSYS, Simulink libraries CarnotUIBK and ALMABuild, IDA ICE, Modelica/Dymola and DALEC), as well as PHPP (a well-known quasi-steady-state tool), are described and the results of all the tools modelling the same characteristic office cell, defined within the IEA SHC Task 56, are compared on a monthly and hourly basis for the climates of Stockholm, Stuttgart and Rome. Unfortunately, different tools require different levels of input detail, which are often not matching with available data, hence the parametrization process highly influences the quality of the simulation results. In the current study to evaluate the deviation between the tools, frequently used statistical indices and normalization methods are analysed and the problems related to their application, in a cross-comparison of different tools, are investigated. In this regard, the deviation thresholds indicated by ASHRAE Guideline 14-2014 are used as a basis to identify results that suggest an acceptable level of disagreement between the predictions of a particular model and the outcomes of all models. The process of reaching a good agreement between all tools required several iterations and great effort on behalf of the modellers. To aid the definition of building component descriptions and future references for inter-model comparison a short history of the executed steps is presented in this work. Together with the comparison of the results of the tools, their computational cost is evaluated and an overview of the modelling approaches supported by the different tools for this case study is provided aiming to support the users in choosing a fit-for-purpose simulation tool.
Correlations between standardised and real impact sound sources in lightweight wooden structures
(2021)
This study aimed to understand the correlation between standard impact sound sources and real impact sources in lightweight floor structures. Six real impact sources (adult walking, child running, child jumping on the floor, and three objects falling) were used to be compared with standard impact sources (i.e. tapping machine and impact ball). Measurements were conducted on a lightweight timber joist floor. Impact sound pressure levels (SPLs) produced by the standard impact sources were measured on the four floor structures with or without carpet tiles. For the real impact sources, two walkers wearing socks and slippers walked at different speeds (normal and fast) along three paths, while two children ran along the three paths and jumped at four positions. Also, the SPLs generated by dropped objects were measured at five positions. Seven standardised single-number quantities (SNQs) were calculated for the tapping machine and the impact ball, while three noise ratings (LAeq, LAFmax, and LN) were also computed from the sound recordings of the real impact sources. Both the tapping machine and the impact ball showed similar frequency characteristics with the real impact sources across all the floor structures. All the SNQs for the tapping machine and the impact ball were highly correlated with the energy-based noise ratings of the adult walking and little differences were found across walking speeds and footwear. Similar tendencies were observed from other real impact sources, indicating the high correlations between the standardised SNQs of the tapping machine and the impact ball and the noise ratings.
An der TH Rosenheim sind die Lehrenden der Physikgrundlagen für alle technischen Studiengänge in einer Fakultät beheimatet. Das erleichtert und befördert den Austausch nicht nur fachlicher Themen sondern auch didaktischer Fragestellungen. Das zunehmend heterogene Vorwissen der Studierenden sowie die Unzufriedenheit mit studentischen Prüfungsleistungen und eher passiver Unterrichtsbeteiligung gaben den Ausschlag, die Didaktik in den Blick zu nehmen um die Wirksamkeit der Lehre zu erhöhen. Das „Scholarship of Teaching and Learning“ gibt Auskunft darüber, ob das Ergebnis den Aufwand rechtfertigt. Der FCI-Konzepttest zeigt eindeutig die Wirksamkeit der verwendeten aktivierenden Lehrmethoden JiTT und PI. Die Prüfungsergebnisse erweisen sich nicht in gleichem Maße für eine quantitative Analyse als geeignet. Die Auswertung der Daten in Bezug auf Teilnahmeverhalten und Bestehensraten legt den Schluss nahe, dass bei Anwendung studierendenzentrierter und aktivierender Lehrmethoden signifikant mehr Studierende zu einem früheren Zeitpunkt die Klausur erfolgreich ablegen.
Der Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) verschiedener teiltransparenter,
gebäudeintegrierbarer Photovoltaik-Module wurde
mit und ohne Entnahme elektrischer Leistung kalorimetrisch gemessen.
Durch die Leistungsentnahme sinkt die Oberflächentemperatur
des Moduls um bis zu 4 K. Gleichzeitig reduziert sich der
g-Wert aufgrund der geringeren sekundären Wärmeabgabe. Die
Größe der Abnahme hängt von der entnommenen Leistung ab
und stimmt sehr gut mit einem einfachen, auf dem Energiesatz
basierenden Rechenmodell überein.
We report on an investigation of student thinking about steady-state pipe flow of an incompressible fluid. About 250 undergraduate engineering students were given a test consisting of two hydrodynamics questions, combining multiple-choice format with subsequent open-ended explanations. There is substantial evidence that students have difficulty applying and prioritizing the two basic principles of mass conservation (expressed in the continuity equation) and energy conservation (i.e., Bernoulli’s equation). When faced with questions that involve gravity, dissipative effects (“friction”), or a visible pressure drop, a considerable number of students did not invoke the continuity equation in situations where applying it is a necessary step for arriving at the correct answer. Instead, even after lecture instruction on this topic, many of the first-year students based their answers on ill-supported assumptions about local pressures. Some of them used formal arguments from a simplified Bernoulli equation (“lower pressure means higher velocity”), while others based their answer on intuitive arguments (“higher pressure leads to higher velocity”). We also found reasoning based on analogies to single-particle motion (“flow velocity decreases when flowing upwards or friction is present”). Contrary to other researchers, we did not see any evidence for the hypothesis that students think of water as a compressible fluid. Instead, students’ answers often indicate a lack of understanding of the conservation of mass or its implications for incompressible fluids or of the role that this principle plays in the context of fluid flow. In addition, our data indicate that some students have more general difficulties in describing and reasoning about technical situations, such as applying equations containing multiple variables, distinguishing spatial differences in a quantity from its changes with respect to time, or realizing the meaning of idealizations. We also present some evidence that different levels of activation of students during instruction influence the prevalence of these difficulties and discuss some implications for instruction.
Als fairer Beitrag Deutschlands zur Einhaltung der globalen 1,5-Grad-Grenze werden 16 Orientierungspunkte für eine klimaverträgliche Energieversorgung vorgestellt. Es wird davon ausgegangen, dass hierfür die deutschen energiebedingten CO2-Emissionen in etwa 15 Jahren weitgehend auf Null sinken müssen. Energieeinsparung hilft, den notwendigen Ausbau von regenerativen Erzeugungskapazitäten zu verringern. Der Verkehrssektor kann ebenso wie die Bereiche Prozess- und Gebäudewärme hierzu wesentlich beitragen. Die Kernenergie ist mit großen Risiken belastet und kann nicht hinreichend schnell aufgebaut werden. Biomasse in Form von Energiepflanzen zu nutzen, ist ineffizient und steht im Konflikt mit anderen Arten der Landnutzung. Importe klimaneutral erzeugter Energieträger in sehr großem Umfang erfordern extrem große Investitionen im Ausland. Sie sind eine ungesicherte Option auf die Zukunft.
Entscheidend ist daher der ausreichend schnelle Ausbau von Photovoltaik (PV) und Windkraft in Deutschland. Schätzungsweise kann der Elektrizitätsbedarf im Jahr 2030 z. B. durch den Ausbau auf ca. 350 GW PV und ca. 150 GW Windkraft nahezu vollständig regenerativ gedeckt werden. Damit ließe sich eine zum großen Teil elektrifizierte Mobilität und Wärmeversorgung betreiben und ein Teil des benötigten „grünen“ Wasserstoffs in Deutschland bereitstellen. Hierfür ist ein jährlicher Zubau von durchschnittlich ca. 30 GW PV und ca. 9 GW Windkraft nötig. Dies ist ca. sechs- (PV) bzw. dreimal (Wind) so hoch wie bisher vorgesehen und verlangt eine gesellschaftliche Kraftanstrengung. Ein weiter verzögerter Ausbau müsste mit noch deutlich größeren gesellschaftlichen Anstrengungen für drastische Energieeinsparungen oder Importe erneuerbarer Energie ausgeglichen werden. Insgesamt könnte dies noch deutlich schwieriger zu realisieren sein, als ein ambitionierter Ausbau. Da der Aufbau der Kapazitäten mehrere Jahre erfordert, ist es möglich nachzusteuern, z. B. wenn erkennbar wird, dass sich ein ausreichend großer globaler Markt für Importe entwickelt. Bis dahin ist es aus Verantwortung gegenüber der Zukunft und im Sinne des Pariser Vertrages empfehlenswert, die hier genannten Ausbauziele zu verfolgen.
Grüner, also aus erneuerbaren Energien hergestellter Wasserstoff und daraus abgeleitete Syntheseprodukte sind für die Dekarbonisierung von Industrieprozessen, den Flug- und Schiffsverkehr sowie für die Absicherung der Energieversorgung bei Dunkelflauten nötig. Ohne die genannten Ausbauziele für Wind und Solar noch drastisch weiter zu erhöhen, stehen diese Produkte für Straßenverkehr und Wärmeversorgung jedoch nicht in ausreichenden Mengen zur Verfügung. Techniken zum Ausgleich zwischen Elektrizitätsangebot und -nachfrage sind verfügbar und sollten rechtzeitig auf- bzw. ausgebaut werden. Hierzu gehören: Stromaustausch mit den Nachbarländern, Flexibilisierung des Verbrauchs und Energiespeicherung. Für deren Integration sowie den Ausbau der Netze sollten zügig verbesserte rechtliche Rahmenbedingungen geschaffen werden.
Die Kosten eines klimaverträglichen Energiesystems sind mittel- bis langfristig nicht höher als im derzeitigen System. Gleichzeitig entstehen Arbeitsplätze und Exportchancen durch Aufbau, Betrieb und Wartung einer regenerativen Energieversorgung in Deutschland und die energetische Gebäudesanierung. Die politischen Rahmenbedingungen entscheiden, ob eine klimaverträgliche Energieversorgung Deutschlands gelingt.
Knowing about the presence and number of people in a room can be of interest for precise control of heating, ventilation and air conditioning. To determine the number and presence of occupants cost-effectively, it is of interest to use already existing air condition sensors (temperature, humidity, CO2) of the building automation system. Different approaches and methods for determining presence have attracted attention in recent years. We propose an occupancy detection method based on a method of supervised machine learning. In an experiment, measurement data were recorded in a research apartment with controllable boundary conditions. The presence of people was simulated by artificial injection of water vapour, CO2 and heat dissipation. The variation of the number of artificial users, the duration of presence and the supply air volume flow of the ventilation resulted in a total of 720 combinations. By using artificial users, the boundary conditions were accurately defined, and different presence situations could be measured time-effectively. The data is evaluated with a method of supervised machine learning called random forest. The statistical model can determine precisely the number of people in over 93% of the cases in a disjoint test sample. The experiments took part in the Rosenheim Technical University of Applied Sciences laboratory.
The energy efficiency of the building HVAC systems can be improved when faults in the running system are known. To this day, there are no cost-efficient, automatic methods that detect faults of the building HVAC systems to a satisfactory degree. This study induces a new method for fault detection that can replace a graphical, user-subjective evaluation of a building data measured on site with an automatic, data-based approach. This method can be a step towards cost-effective monitoring. For this research, the data from a detailed simulation of a residential case study house was used to compare a faultless operation of a building with a faulty operation. We argue that one can detect faults by analysing the properties of residuals of the prediction to the actual data. A machine learning model and an ARX model predict the building operation, and the method employs various statistical tests such as the Sign Test, the Turning Point Test, the Box-Pierce Test and the Bartels-Rank Test. The results show that the amount of data, the type and density of system faults significantly affect the accuracy of the prediction of faults. It became apparent that the challenge is to find a decision rule for the best combination of statistical tests on residuals to predict a fault.
Faults in Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems affect the energy efficiency of buildings. To date, there rarely exist methods to detect and diagnose faults during the operation of buildings that are both cost-effective and sufficient accurate. This study presents a method that uses artificial intelligence to automate the detection of faults in HVAC systems. The automated fault detection is based on a residual analysis of the predicted total heating power and the actual total heating power using an algorithm that aims to find an optimal decision rule for the determination of faults. The data for this study was provided by a detailed simulation of a residential case study house. A machine learning model and an ARX model predict the building operation. The model for fault detection is trained on a fault-free data set and then tested with a faulty operation. The algorithm for an optimal decision rule uses various statistical tests of residual properties such as the Sign Test, the Turning Point Test, the Box-Pierce Test and the Bartels-Rank Test. The results show that it is possible to predict faults for both known faults and unknown faults. The challenge is to find the optimal algorithm to determine the best decision rules. In the outlook of this study, further methods are presented that aim to solve this challenge.
In the project, domestic ventilation concepts with PushPull-Fans were investigated. These ventilation units are characterized by a periodically changing supply and exhaust air operation. To ensure balanced operation, these ventilation units are always used in pairs, with one unit being in the exhaust air mode and the other in supply air mode. Measurements were made in a research apartment. The results were used to validate a CFD simulation model for transient studies. A room-by-room layout with two units in one room and a cross-room ventilation layout with two connected units in two rooms were analysed. The age of air was used as the evaluation parameter. With the room-by-room ventilation layout a lower age of air in the bedroom compared to the cross-room layout was obtained. However, in the room-by-room layout, the air flow through the larger living room with connected corridor was poorer in the rear area. With the cross-room layout, the flow through the rooms was more uniform. With the cross-room layout, the average age of air in the apartment could be slightly reduced compared to the room-by-room layout.
In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Regler für Wohnraumlüftungsanlagen untersucht. Als Bewertungsgrößen wurden die Lüftungswärmeverluste und die kumulierte Grenzwertüberschreitung für CO2 und relative Luftfeuchte verwendet. Dafür wurde in Matlab/Simulink ein Multizonen-Simulationsmodell erstellt. Untersucht wurde ein zentrales, ein dezentrales alternierendes (Pendellüftung) sowie ein nichtalternierendes (Einzelraumlüftung) Lüftungssystem. Jedes der Lüftungssysteme wurde mit konstantem Volumenstrom, einem PI- und einem Fuzzy-Regler (Ausnahme: Pendellüftung) simuliert. Gegenüber einem Lüftungssystem mit konstantem Volumenstrom, kann durch Regelung bei mindestens gleicher Luftqualität der Lüftungswärmeverlust um mindestens ein Drittel reduziert werden.
In this study, an experimental apparatus is used to excite four U-tube-shaped liquid pistons connected in series, and to study their behaviour. Some of the gas spaces are heated to induce piston oscillations; in others, gas expansion is utilised to produce a refrigeration effect. It was discovered that the liquid piston surface would become unstable and turbulent at relatively low gas charge pressures (2 bar–3 bar). Cylindrical polyethylene floats were employed at each piston surface in order to reduce the area of the free surface of each piston and allow experiments to be conducted over a wide range of operating conditions. Experiments were carried out using gas charge pressures in the range of 1 bar–6 bar. The resulting liquid piston oscillations were measured and analysed to assess the impact of any developing piston instability. Evidence of a liquid piston acceleration limit, likely resulting from the Rayleigh-Taylor instability phenomenon, is consistently observed during the experiments. The use of submerged polyethylene piston floats is found to increase the surface stability and enable maximum accelerations of 25 ms−2 to 30 ms−2.
In March 2019, German-speaking scientists and scholars calling themselves Scientists for Future, published a statement in support of the youth protesters in Germany, Austria, and Switzerland (Fridays for Future, Klimastreik/Climate Strike), verifying the scientific evidence that the youth protestors refer to. In this article, they provide the full text of the statement, including the list of supporting facts (in both English and German) as well as an analysis of the results and impacts of the statement. Furthermore, they reflect on the challenges for scientists and scholars who feel a dual responsibility: on the one hand, to remain independent and politically neutral, and, on the other hand, to inform and warn societies of the dangers that lie ahead.
The objective of this research project is to develop a solar-powered refrigerator in the lower capacity range of up to 5 kW of cooling power. With the use of liquid pistons and one of the most efficient thermodynamic cycles known, the Stirling cycle, this product has the potential to outperform rival solar cooling technologies while providing inexpensive, reliable, quiet, environmentally-friendly, and efficient solar cooling for residential use, due to its straightforward manufacturing, simple design and inert working gas. Presented in this paper are the newest results of the theoretical and experimental investigation into deducing the key design parameters and system configuration of the so-called Liquid Piston Stirling Cooler (LPSC), which will help lead to optimal performance. Computer models of the complex unconstrained system have been constructed and validated using the modelling software Sage and shown to replicate system behavior with reasonable accuracy in experiments. The models have been used to predict system improvements and identify limitations imposed by the use of liquid pistons. The results to date provide a unique insight into a relatively little studied area in Stirling cycle research.
This paper concerns the development and validation of Finite Element Methods (FEM) to simulate the dynamic response of a dowelled-joist timber floor. This is a solid floor comprised of timber joists connected using timber dowels with individual assemblies connected using inclined metal screws. The focus is on the structural dynamics in the low-frequency range up to 200 Hz which is the relevant range for impact sound insulation and vibration serviceability. Dowel connections between the joists that formed each assembly were modelled using either rigid or spring connectors in the FEM models. The validation against experimental modal analysis showed that both approaches were valid in terms of the eigenfrequencies, Modal Assurance Criterion (MAC) and the spatial-average velocity with point excitation. Whilst the FEM model with spring connectors had a higher number of correlated modes in the MAC analysis, this required removal of many spurious modes before predicting the response. The validated models were used to demonstrate the potential in predicting assessment parameters for vibration serviceability that are contained in EN 1995-1-1 (Eurocode 5). This predictive approach to the evaluation of vibration serviceability has the advantage in that it can be used for non-standard timber floors with non-standard boundary conditions or floor plans.
Background
Joint contractures in frail older people are associated with serious restrictions in participation. We developed the Participation Enabling CAre in Nursing (PECAN) intervention, a complex intervention to enable nurses to promote participation in nursing home residents with joint contractures. The aim of this study was to examine the feasibility of the implementation strategy and to identify enablers and barriers for a successful implementation.
Methods
The implementation of PECAN was investigated in a 6-month pilot cluster-randomised controlled trial (c-RCT). As a key component of the implementation strategy, nominated nurses were trained as facilitators in a one-day workshop and supported by peer-mentoring (visit, telephone counselling). A mixed-methods approach was conducted in conjunction with the pilot trial and guided by a framework for process evaluations of c-RCTs. Data were collected using standardised questionnaires (nursing staff), documentation forms, problem-centred qualitative interviews (facilitators, therapists, social workers, relatives, peer-mentors), and a group discussion (facilitators). A set of predefined criteria on the nursing home level was examined. Quantitative data were analysed using descriptive statistics. Qualitative data were analysed using directed content analysis.
Results
Seven nursing homes (n = 4 intervention groups, n = 3 control groups) in two regions of Germany took part in the study. Facilitators responded well to the qualification measures (workshop participation: 14/14; workshop rating: “good”; peer-mentor visit participation: 10/14). The usage of peer-mentoring via telephone varied (one to seven contacts per nursing home). Our implementation strategy was not successful in connection with supplying the intervention to all the nurses. The clear commitment of the entire nursing home and the respect for the expertise of different healthcare professionals were emphasised as enablers, whereas a lack of impact on organisational conditions and routines and a lack of time and staff competence were mentioned as barriers.
Conclusion
The PECAN intervention was delivered as planned to the facilitators but was unable to produce comprehensive changes in the nursing homes and subsequently for the residents. Strategies to systematically include the management and the nursing team from the beginning are needed to support the facilitators during implementation in the main trial.
Trial registration
German clinical trials register, DRKS00010037. Registered 12 February 2016.
Outdoor or just on site analyzes of photovoltaic modules can offer some advantages in comparison to indoor Lab stud-ies. In this way the electrical performance is monitored and logged under natural operating conditions in full range of irradiation and temperature. The entirety of monitored IV data allows deriving low-light characteristics of electric parameters, temperature coefficients and root cause analysis for possible degradation. We apply so-called self-reference algorithm in order to increase the accuracy of analysis. The improved precision is due to application of effective acting irradiation and effective temperature instead of externally measured data. Effective irradiation is determined in self-referencing scheme: the short circuit current of the module is assigned to the irradiation.
Ziel des Projektes ist es, ein Verfahren für elektrische Vorort-Leistungsanalysen von Photovoltaik (PV)-Anlagen zu entwickeln. Dazu werden die elektrischen Parameter von PV-Strings lokal und global mit Hilfe eines neuen Feldlaboransatzes mit Indoor-Laborgenauigkeit vermessen. Das neue Messverfahren ist normgerecht und wird helfen, die Standardisierung von Feldmessungen weiterzuentwickeln. Im Projekt werden bekannte Messmethoden der Photovoltaik, (IR-Thermografie, I-U-String-Messung, digitale Datenverarbeitung mittels Selbstreferenzierung) zu einem innovativen Gesamtkonzept synthetisch zusammengeführt. Die Entwicklung des Messverfahrens wird an speziell gealterten PV-Anlagen marktbestimmender Technologien (c-Si-, CdTe-, CIGS-Muster-PV-Anlagen) vorangetrieben. So wird das Verfahren auf Erkennung spezifischer Degradationsszenarien und marginaler quantitativer Parameterveränderungen trainiert und geschärft
Outdoor performance analyses of photovoltaic modules can be advantageous compared to indoor investigations, as they take into account the influences of natural test conditions on the modules. However, such outdoor performance assessments usually suffer from poor accuracies due to undefined test conditions for the modules. This paper reports on a comprehensive concept for improved outdoor analysis which results in performance data with indoor laboratory precision. The approach delivers current-voltage characteristics for even more test conditions than required by the standard IEC 61853-1. Hence, curves of modules’ electrical parameters above irradiance can be deduced for any temperatures. The concept allows precise determination of temperature coefficients for user-defined irradiances taking into account outdoor effects like light-soaking or light-induced degradation. The calibration and measurement uncertainty of the presented outdoor analysis method is evaluated quantitatively. For the measurements an advanced outdoor set-up was used.
Freifeldcharakterisierung von PV-Anlagen im Rahmen des Projektes PV- FeldLab -ein Statusbericht-
(2020)
Das Projekt PV-FeldLab verfolgt das Ziel, ein umfassendes Konzept für eine messtechnisch sehr präzise elektrische Freifeld-Charakterisierung von PV-Generatoren zu entwickeln. Es beinhaltet eine optische Untersuchung mittels drohnengestützter Thermografie und eine genaue elektrische Charakterisierung von PV-Anlagen im Freifeld, auch bei räumlicher Inhomogenität von Bestrahlungsstärke, Temperatur und bei variablen Aufbauwinkeln von Modulen im Strang. Die Verknüpfung der elektrischen und optischen Messdaten erlaubt eine effiziente Untersuchung von PV-Anlagen und ermöglicht eine Präzisierung von Ertragsanalysen. Dieser Bericht beschreibt den ersten Projektabschnitt, in welchem der Fokus vor allem auf der Initialisierung der messtechnischen Komponenten, sowie ersten Messungen und Analysen liegt.
A quantitative physical model for potential induced degradation of the shunting type (PID-s) in solar modules is introduced. Based on a drift and diffusion approach for sodium ions and atoms, it gives insight into the kinetics of degradation and the corresponding regeneration. A simple drift/source term is used to describe the time-dependent flux of Na-ions towards stacking faults at the surface of the solar cell. The assumed transport mechanism for Na+ ions through the SiN-layer uses the modified Stern-Eyring rate theory but our approach can also be adapted to other mechanisms. Several PID-s and regeneration curves of one-cell solar modules at T = 49°C and T = 90°C with 1000V potential difference between modul frame and cell were measured and least-square fits of the in-situ measured parallel resistance Rsh to the model were performed giving very good accordance.
Based on a few measurements, the model can predict PID-s and regeneration characteristics of solar modules under different conditions.
Effiziente Lüftungssysteme zur Sicherstellung guter Luftqualität sind für energieeffiziente Gebäude essentiell. Ein Hemmnis für den Einsatz stellen insbesondere in der Sanierung die nach wie vor hohen Kosten dar. In mehreren Projekten [Schiantarelli 2015] [Sibille et al. 2013] wurde bisher versucht, vereinfachte Systeme zu entwickeln [Sibille, Pfluger 2016] [Huber 2013]. In diesem Forschungsprojekt wurde die Idee einer technisch einfachen und möglichst kanalfreien Belüftungsmöglichkeit mithilfe von aktiven Überströmern untersucht. Dabei wird die Zuluft nur zentral in der Mischzone der Wohnung (Flur, offenes Wohnzimmer) eingebracht. Die Abluft wird konventionell erfasst. Dadurch kann auf ein Zuluftkanalnetz verzichtet werden. Der aktive Überströmer ist dabei in die Zwischenwand bzw. im Türsturz des Anforderungsraumes (z.B. Schlafzimmer) eingebaut. Er besteht aus einem Axiallüfter mit einem Durchmesser von 120 mm, der (bei geschlossener Tür) die Luft aus der Mischzone in das angrenzende Schlafzimmer fördert.
Der Lüftung von Wohnräumen und damit der Versorgung von Menschen mit guter Luftqualität wird immer noch eine relative geringe Bedeutung beigemessen. Das ist umso bemerkenswerter als wir einen Großteil unserer Lebenszeit in geschlossenen Räumen verbringen. Die gültige DIN 1946 Teil 6 regelt zum einen den nutzerun¬abhängigen Luftwechsel zum Feuchteschutz und legt zum andere Planungsvorgaben für einen hygienischen Luftwechsel fest. Die wesentliche Neuerung in dieser Norm aus dem Jahre 2009 war die verpflichtende Sicherstellung des Luftwechsels zum Feuchteschutz ohne Nutzereingriff für jeden Neubau und bei lüftungs¬technisch relevanten Sanierungen. Das Gebäude oder die Wohnung muss diesen Mindestluftwechsel von selbst sicherstellen. Reicht dazu der Infiltrationsluftwechsel durch Leckagen nicht aus, sind geeignete lüftungstech¬nische Maßnahmen zu planen und umzusetzen. Somit wurde für Wohnungen die Erstellung eines Lüftungskonzeptes nötig.
In der überarbeiteten Norm wurde dieses Grund¬prinzip beibehalten. Einige der wesentlichen Änderungen sind:
• Neue Berechnung der Infiltration und der Luft¬volumenströme zur Ermittlung der Notwen¬digkeit einer lüftungstechnischen Maßnahme.
• Bei der Berechnung der Volumenströme werden typische Belegungsdichten der Nut-zungseinheiten berücksichtigt.
• Neuaufnahme und definierte Beschreibung von kombinierten Lüftungssystemen, z.B. Kombinationen aus freier und ventilatorge-stützter Systeme.
Über die Auswirkungen der neuen Berechnungs¬ansätze insbesondere auf die Fensterlüftung berichtet der Vortrag.
In this work we investigate students’ thinking about and difficulties with incompressible, steady pipe flow. There is substantial evidence that students have difficulty applying and prioritizing the two basic principles of mass conservation (i.e., the continuity equation) and energy conservation (i.e., Bernoulli’s equation). When distracted by questions which involve gravity students based their answers on ill-supported assumptions about local pressures. The predominant arguments use a simplified Bernoulli equation, descriptive arguments or analogies to single-particle motion. Based on these results, an instructional intervention is developed that seems to address the observed difficulties.
We describe an investigation of the heterogeneity in conceptual understanding of first-year
engineering students by using the force concept inventory (FCI) as a diagnostic tool. The
average FCI pre- and posttest results depend significantly on the type of school graduation.
Even interactive teaching methods that have proven to be more effective in learning outcome
cannot dissolve this heterogeneity within the first year of university study.
In einem beispielhaften Pilotprojekt wird das ehemalige Kasernengelände bei Bad Aibling zur "Nullenergiestadt" saniert und modernisiert. Dabei beschäftigt sich das Projekt mit Fragen des energieeffizienten Bauens in Bestand und Neubau, sowie mit der ganzheitlichen Betrachtung von Gebäuden im Verbund zu Siedlungen, Kommunen und Städten.
Im Rahmen eines durch das BMWi geförderten Forschungsprojekts wird das Vorhaben wissenschaftlich begleitet. Die Hochschule Rosenheim übernimmt im Projekt das energetische Monitoring und dessen Auswertung. Neben dem Monitoring der Einzelgebäude ist dabei ein wesentlicher Bestandteil die Betrachtung eines niedrigtemperierten Nahwärmenetzes, das im Sommer ausschließlich über große Solarthermieflächen gespeist wird.
In diesem Low-Ex-Ansatz sind auch Innovationen wie die "Fassadenheizung", die Untersuchung dezentraler vs. zentraler Lüftungsanlagen in der Gebäudesanierung und die Planung höchst energieeffizienter Gebäude ein Thema.