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Posts from the ‘Dissertationen’ Category

Michael Prytula: Ein integrales Energie- und Stoffstrommodell als Grundlage zur Bewertung einer nachhaltigen Entwicklung urbaner Systeme

Vorindustrielle Städte standen in einer starken Wechselwirkung zu ihrem Umland. In symbiotischer Beziehung bezogen Städte ihre Subsistenzgüter aus der sie umgebenden Landschaft und führten mit ihren Abfallprodukten wichtige Nährstoffe in den Produktionsprozess zurück. Die Größe und das Wachstum der Städte waren daher stark durch die Produktivität der Landnutzungssysteme limitiert. Die Industrialisierung führte mit der Bereitstellung fossiler Energieträger, Kunstdünger und neuartigen Infrastruktursystemen zu einer räumlichen Ausweitung der Stoffflüsse und ermöglichte eine weitgehende Entkopplung der ursprünglichen funktionalen Stadt-Land-Beziehungen. Die Funktionsfähigkeit des Energie-, Stoff- und Wasserhaushalts moderner urbaner Systeme ist derzeit von der kontinuierlichen Versorgung mit fossilen Energieträgern abhängig, was als nicht nachhaltig zu bezeichnen ist. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Frage, wie urbaner Systeme mit einer hohen Bevölkerungsdichte auf der Grundlage erneuerbarer Energien nachhaltig mit Subsistenzgütern versorgt werden können.
Ausgehend von einem ökosystemaren Ansatz zur Betrachtung des urbanen Ressourcenhaushalts habe ich in der Arbeit ein Modell entwickelt, dass die Beziehungen von Ressourcenversorgung und Landnutzungssystemen für die vier Subsysteme Ernährung, thermische Gebäudekonditionierung, Haushaltsstrom und Verkehr darstellt. Dabei unterscheide ich nach somatischer Energie (Nahrungs- und Futtermittel) und extrasomatischer Energie (alle anderen für das Funktionieren urbaner Systeme benötigten Energieflüsse). Da diese um die begrenzte Ressource Fläche konkurrieren, wird ein Flächenindikator zur Bewertung herangezogen. Im Gegensatz zur häufig verwendeten Methode des Ökologischen Fußabdrucks kommt in meinem Modell der Betrachtung der raum-zeitlichen Beziehung von Ressourcenbereitstellung und Ressourcennutzung eine wichtige Bedeutung zu. Im Mittelpunkt der Bilanzierung steht eine Klassifizierung nach Stadtstrukturtypen. Diesen sind charakteristische Gebäudeprofile wie Bautypologie, Konstruktion, gebäude- und stadttechnische Infrastrukturen zur Wärmeversorgung, Bewohnerdichte, Energiebedarf usw. zugeordnet. Anhand von beispielhaften Gebäuden, die als Typenvertreter die Stadtstrukturtypen repräsentieren, werden drei verschiedene Heizenergiebedarf-Standards mit bis zu acht verschiedenen Varianten zur Wärmeversorgung energetisch bilanziert. Für den daraus resultierenden spezifischen Endenergiebedarf lässt sich der Bedarf an Energieträgern sowie in Verbindung mit Flächenkennwerten deren Flächeninanspruchnahme zur Bereitstellung berechnen.
Das Modell wurde am Beispiel der Region Berlin-Brandenburg exemplifiziert. Mit diesem Modellansatz wurde der Gesamtenergiebedarf des Berliner Wohnungsbestandes für verschiedene Wärmeversorgungsszenarien ermittelt. Die Untersuchung dieser Szenarien ermöglicht Aussagen über die Auswirkungen verschiedener infrastruktureller Entwicklungspfade auf den zukünftigen Bedarf an Energieträgern aus erneuerbaren Energien und deren Flächenwirksamkeit. Die Bilanzierung von vier ausgesuchten Varianten zeigt, dass der Flächenbedarf für eine nachhaltige Versorgung der betrachteten Teilsysteme selbst unter Ausschöpfung erheblicher Effizienzpotentiale bei der energetischen Gebäudesanierung die Flächenverfügbarkeit in der Region bei weitem überschreitet. Eine nachhaltige Versorgung der untersuchten Region erfordert die Erschließung weiterer Effizienzpotentiale in den Bedarfsfeldern Ernährung und Verkehr sowie eines Ausbaus erneuerbarer Energiesysteme, die ohne eine Inanspruchnahme weiterer Landnutzungssystemen auskommen.

Prytula, Michael. 2012. Ein integrales Energie- und Stoffstrommodell als Grundlage zur Bewertung einer nachhaltigen Entwicklung urbaner Systeme.

erhältlich in der Universitätsbibliothek als Volltext

 

Martin Bucholz: Energiegewinnung, Wasseraufbereitung und Verwertung von Biomasse in Gewächshaus – Gebäude – Modulen

In Gewächshäusern kann Wärme und Feuchtigkeit über einen geschlossenen Luftkreislauf nutzbar gemacht werden, der durch den Auftrieb von erwärmter- und das anschließende Herabfallen von abgekühlter Luft angetrieben wird. Durch einen konstanten Prozess der Wasserverdampfung während der Lufterwärmung über die Gewächshausvegetation sowie über zusätzliche, tropfkörperartige Luftbefeuchter erfolgt ein verlustarmer Energietransfer zu einem Wärmetauscher. Zudem kann durch die erzielte Wasserkondensation während der Luftabkühlung ein verbesserter Energietransfer in ein, den Wärmetauscher durchströmendes Speichermedium erzielt werden. Zusätzlich zur gärtnerischen Nutzung können so Funktionen der Energie- und Wassergewinnung integriert werden, die zu einer gesteigerten Wirtschaftlichkeit führen. Die Anlage besteht im wesentlichen aus vier Hauptelementen: Ein konventionelles Gewächshaus ist verbunden mit einem Solarkamin. Dieser führt in einen Rückführschacht, in dem ein großer Luft-Wasser Wärmetauscher installiert ist, der wiederum mit einem Wärmespeicher verbunden ist. Im Weiteren verläuft der Luftkanal durch einen Reaktor zur Solid-State-Fermentation, in dem Biomassensubstrate durch Pilze modifiziert werden, zurück ins Gewächshaus. Gewächshauspflanzen und Mikroorganismen der Fermentationsanlage sorgen für die gegenseitige Versorgung mit Sauerstoff und Kohlendioxid in dem weitgehend geschlossenen System. Über die Steuerung des Luftkreislaufs und der Verdunstungs- und Kondensationsvorgänge können Prozessvariablen der Fermentation wie Temperatur, Feuchtigkeit und Sauerstoffzufuhr geregelt werden. Darüber hinaus kann die Prozesswärme als zusätzliche, regenerative Energiequelle genutzt werden. Bei der Kopplung mit benachbarten Wohngebäuden können über die Schaffung geschlossener Wasserkreisläufe extrem energie- und wassereffiziente Gebäudemodule entstehen. Die integrierbare Funktion der Meerwasserentsalzung erlaubt sogar die Erwirtschaftung von Wasserüberschüssen. In Kombination mit den Produktionseinheiten der Gewächshaus- und Fermentationsanlage entsteht ein hoch effektives und kostengünstiges System der Grundversorgung ohne aufwendige Netzinfrastruktur. In der Variante “Tag-Nacht Wärmespeicherung” wird die tagsüber abgeführte Wärme gespeichert und nachts wieder dem Wärmetauscher zugeführt. Das Gewächshaus kann tagsüber gekühlt und nachts beheizt werden. Die Luft bewegt sich durch den erzeugten Auftrieb dann in entgegengesetzter Richtung. Im Luftbefeuchter wird wiederum aufzubereitendes Wasser verdampft, welches anschließend an den kühlen Außenflächen von Kamin und Gewächshaus kondensiert. Der Speicher bevorratet abgekühltes Wasser für den nächsten Tageszyklus. Wüsten oder wüstenähnliche Klimabedingungen mit starken Tag/Nacht-Schwankungen der Temperatur begünstigen diesen Prozessablauf. In der Variante “Saisonale Wärmespeicherung” wird die erforderliche Temperaturdifferenz von einem tageszeitlichen auf einen jahreszeitlichen Zyklus gestreckt. Im Sommer wird also Wärme abgeführt, die einen Langzeitwärmespeicher belädt. Im Winter wird die Wärme zur Gebäudeheizung verwandt. Gleichzeitig wird im Speicher Kälte für die Kühlung des Wärmetauschers im Sommer zurückgehalten.

 

Bucholz, Martin.2002.Energiegewinnung, Wasseraufbereitung und Verwertung von Biomasse in Gewächshaus – Gebäude – Modulen. Technische Uni Berlin

erhältlich in der Universitätsbibliothek als Volltext

 

Farshad Nasrollahi: Climate and Energy Responsive Housing in Continental Climates

This book briefly examines theoretical aspects of climate and of the effect of climatic factors on buildings, as well as examining the climatic response of various building types, passive solar heating  systems and various passive and hybrid cooling methods. “Comparison of Iran and Germany” this first part of the analysis compares these two  countries as case studies, with an emphasis on climatic conditions, and studies the feasibility of applying German passive house techniques and standards to Iran. The energy software tools used in different parts of this analysis match the requirements for different stages of the research. They include EnergyPlus, DesignBuilder, Passive House Planning Package, Climate Consultant, GAEA and Economic Evaluation. ‘Climate data analysis’ analyses both the local climatic data and a psychrometric chart for Tabriz, to suggest the most appropriate passive design strategies for this city. ‘Passive houses in Iran’s climate’ simulates passive houses in Iran’s cold climatic region to suggest suitable features for passive houses and the effect of architectural design on passive house energy requirements in this region. “Simulation of architectural elements” searches for the optimal case and the most appropriate application of each of these factors and elements under given conditions. An analysis of the simulations provided in this section shows the behaviour of energy efficiency in relation to different measures or quantities of various architectural factors. ‘Simulation of Buildings with different Architectural Designs” simulates and compares the energy consumption of a typical building with some other newly designed buildings. The energy demand of the most efficient building is 63% less than the least efficient building available in similar control conditions, but with architectural design as the only variable. Based on the economic evaluation done in ‘Economic Analysis’,if the passive houses have an energy efficient architectural design, the use of these kinds of buildings is economically very viable when based on international energy costs. The section ‘Mechanical Equipment’ outlines specifications for heating and cooling equipment which is climatically, economically and technologically appropriate for energy efficient and passive housing in Iran. In Iran’s cold climatic region,the energy consumption of a well-insulated, suitably-designed building is only 8.3% of an uninsulated normal house, so the potential for energy saving in buildings is very high. Therefore, to solve this problem the present research strongly suggests using both architectural techniques and insulation materials.

 

Nasrollahi, Farshad. 2009. Climate and Energy Responsive Housing in Continental Climates: The Suitability of Passive Houses for Iran’s Dry and Cold Climate. Technische Uni Berlin, Oktober 19.

 

erhältlich in der Universitätsbibliothek als Volltext

 

 

Arda Karasu: Concepts for Energy Savings in the Housing Sector of Bodrum, Turkey

Das Hauptziel der Arbeit ist neue architektonische Konzepte zur Verwendung der erneuerbaren Energiequellen zu entwickeln, indem man den Wohnungssektor in Bodrum untersucht. Bodrum ist eine charakteristische Stadt in der ägäischen Region der Türkei, wo landestypischer Stadtplan und Bauart nachhaltige Umweltstruktur ermöglichen.
Der Energieverbrauch der ausgewählten, ortspezifischen Gebäudevarianten wird anhand der speziellen Computerprogramme erforscht. Dabei ist es geplant, entsprechende architektonische Maßnahmen mit erneuerbaren Energiequellen für die vorhandenen und zukünftigen Bedingungen in dieser Region zu entwickeln.
Ferner wird die Dissertation einen Bericht der momentanen Energielage und Nachhaltigkeit darstellen, ebenso, wie technisches und ökonomisches Potential der erneuerbaren Energiequellen und der zukünftigen Politik für den Energiesektor in der Türkei.
Es gibt zwar umfassende Übereinstimmungen, dass regenerative Energie prinzipiell unterstützt werden sollte, aber hinsichtlich ihrer optimalen Umsetzung bestehen unterschiedliche Ansichten. Diesbezüglich werden mit dieser regionalen Studie neue architektonische Konzepte entwickelt, welche im Wohnungssektor von Bodrum die Senkung des durch die fossilen Brennstoffen versorgten Energiebedarfs bezweckt.
Mit dieser Studie werden Bewertungen des Potentials vorbereitet, ebenso Ziele für erneuerbare Energie in der Region vorgestellt. Diese Ziele werden für die ganze Region und als Formen der erneuerbaren Energie insbesondere im Bezug auf die Solarenergietechnologien eingeplant.
Es ist offensichtlich, dass die Resultate und die Leistungen dieser Studie einen Beitrag zum breiteren nachhaltigen Entwicklungskontext in der Region und quer durch die Türkei bilden. Dieses entspricht der Politik der Regierung zur nachhaltigen Entwicklung, welche folgende, umfassende Ziele beabsichtigt: Sicherung des hohen und stabilen Niveaus des Wirtschaftswachstums und der Arbeitsplätze; soziale Fortschritte, die die Bedürfnisse der Bevölkerung entsprechen; nachhaltiger Schutz der Umwelt; und effizienter Gebrauch von Naturressourcen.

Gedruckte Version im Universitätsverlag der TU Berlin (www.univerlag.tu-berlin.de) erschienen.

 

Karasu, Arda. 2010. Concepts for Energy Savings in the Housing Sector of Bodrum, Turkey: Computer based analysis and development of future settlements using renewable energy. Technische Uni Berlin, Januar 26.

erhältlich in der Universitätsbibliothek als Volltext