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Wärmepumpen, im Speziellen Wärmepumpenboiler, stellen mit ihrer thermischen Speicherkapazität eine gute Möglichkeit für autonome verbraucherseitige Laststeuerung (Autonomes Demand Side Management ADSM) dar. Zudem gewinnt diese Art der Brauchwarmwassererzeugung durch ihren dezentralen Ansatz und das Auskommen ohne fossile Energieträger im privaten Wohnbau immer mehr an Bedeutung. In Kombination mit staatlichen Fördergeldern ist die Anzahl verkaufter Einheiten in den letzten 5 Jahren am deutschen Markt um circa 25 % gestiegen. Obwohl das Lastverschiebungspotenzial von Wärmepumpenboilern unter Anwendung von Optimierungsalgorithmen in der Literatur theoretisch nachgewiesen ist, fehlen Verifikationen unter realen Bedingungen. Diese Arbeit will einerseits das theoretische Potential aufzeigen und andererseits mit dem vorgestellten Laborversuch einen Beitrag dazu liefern, die Verifikationslücke zu schließen. Für die Untersuchung im Labor wird ein handelsüblicher Wärmepumpenboiler bestehend aus einer Luft-Wärmepumpe und einem 300 Liter Warmwasserspeicher mit Sensoren und Aktoren ausgestattet. Insgesamt vier Temperatursensoren befinden sich am Speicherzulauf und -ablauf, sowie nahe der Speichermitte. Für die Aufzeichnung des Volumenstroms wird ein magnetisch-induktiver Messsensor am Speichereingang installiert. Zusätzlich wird mithilfe eines Proportionalventils am Speicherausgang das gewünschte Zapfprofil realisiert. Die Datenakquisition wird durch einen Datenlogger durchgeführt und die Optimierungsroutine auf dem PC implementiert. Die autonome Steuerung basiert auf einer von Day-Ahead-Marktpreisen der Energy Exchange Austria (EXAA) getriebenen linearen Optimierung mit dem Ziel, die Kosten der elektrischen Energie zu minimieren. Das Warmwasserverbrauchsprofil bildet den Verbrauch eines 4- Personen-Haushalts ab. Alle Mess- und Simulationsreihen basieren auf den gleichen Day-Ahead Preisfunktionen und Nutzerprofilen. Zur Verifikation des Lastverschiebungspotentials werden die Kosten pro MWh elektrischer Energie und die Kosten pro MWh thermischer Nutzenergie im Hysteresebetrieb (Normalbetrieb) denen des optimierten Betriebs gegenübergestellt. Durch eine Jahressimulation konnte das theoretische Potential nachgewiesen werden. Die Auswertungen der Kosten pro MWh elektrischer Energie zeigen Kosteneinsparungen am Day-Ahead-Markt von rund 18 %. Die Kosten pro MWh thermischer Nutzenergie konnten durch die Optimierung um rund 19 % gesenkt werden. Die thermische Effizienz konnte somit um rund 1 % gesteigert werden. Der Wärmepumpenboiler wurde insgesamt zwei Wochen betrieben; eine Messreihe davon fand dabei im Normalbetrieb statt. In einer weiteren Messreihe wurde die Wärmepumpe mit der Optimierungsroutine betrieben. Die Auswertungen der Kosten pro MWh elektrischer Energie zeigen Kosteneinsparungen am Day-Ahead-Markt von circa 23 %. Ebenso konnten die Kosten pro MWh thermischer Nutzenergie um 19 % gesenkt werden. Gleichzeitig sank die thermische Effizienz um 6 %.

Daten werden heute oft auch als das «neue Gold» bezeichnet. Denn die letzten Jahre haben gezeigt, dass Daten die Grundlage erstaunlicher unter- nehmerischer Erfolgsgeschichten sein können. Dabei ist die Arbeit mit Daten nicht grundlegend neu. Vielmehr geht es heute im Vergleich zu früher um nahezu unendlich grossen Mengen an Daten, die im Rahmen nahezu aller denkbaren Prozesse oder Schnittstellen gesammelt, gespeichert und ausgewertet werden können. Unter anderem beinhaltet dies Maschinendaten, unternehmens- interne Prozesse oder Daten über Kunden und den Markt, welche die Grundlage für lernende Systeme (Künstliche Intelligenz) bilden. Wir können heute davon ausgehen, dass künftig nicht mehr die technische Machbarkeit, sondern die mensch- liche Vorstellungskraft die Grenzen des Möglichen definiert. Bekannt sind vor allem etliche Erfolgsgeschichten von Grossunternehmen, die ihr Geschäft auf Daten aufbauen. Etablierte KMU sind hingegen noch zögerlicher, mit Daten zu arbeiten und diese wertschöpfend einzusetzen. Diese Broschüre geht auf die besondere Situation von KMU im Umgang mit Daten und Data Science ein. Denn auch für KMU kann es lohnend oder sogar zwingend notwendig sein, sich mit dem Thema «Data Science» zu beschäftigen. Daten und Data Science bieten grosse Chancen, sie können aber auch zu einer Bedrohung im Wettbewerb werden. Und, zu lange warten sollten KMU nicht, die Zeit drängt. Denn Geschwindigkeit ist einer der zentralen Wettbewerbsfaktoren im digitalen Zeitalter. Das IBH-Lab KMUdigital unter- stützt KMU dabei, den herausfordernden Weg in eine digitale Zukunft schneller und einfacher zu gehen. Diese Broschüre geht daher insbesondere auf die Rolle von Daten und Data Science für KMU in der Bodenseeregion ein. Sie stellt eine Zusammen- fassung ausgewählter Erkenntnisse und Handlungs- empfehlungen dar, die wir in einem zweijährigen Forschungsprojekt gemeinsam mit 16 Unternehmen aus der Bodenseeregion gewinnen konnten. Die Erkenntnisse sollen KMU bei der Nutzung von Daten anhand von Data Science unterstützen. Dabei ist es kein Ziel, dass KMU zu einem «kleinen Google» werden. Vielmehr braucht es KMU- spezifische Lösungen und Überlegungen, wie mit Daten sinnvoll, zielorientiert und ressourcen- schonend umgegangen werden kann. Wie kann das aussehen? Welche Chancen, Herausforderungen und Lösungen bieten sich KMU vor dem Hinter- grund ihrer besonderen Situation? Was muss dazu im Unternehmen verändert werden? Welche Unterschiede bestehen im Vergleich zu Gross- unternehmen auf diesem Weg? Diese und weitere Fragen stehen im Mittelpunkt des vorliegenden Projektberichts zum Einzelprojekt «Data Science für KMU leicht gemacht» oder kurz «Data Science 4 KMU» bzw. «Data4KMU», welches unter dem Dach des IBH-Labs KMUdigital in den Jahren 2018 bis 2019 durchgeführt wurde. Dazu werden Daten und Data Science aus mehreren Perspektiven betrachtet, die nicht unabhängig voneinander sind: Strategie und Geschäftsmodell, Services und Prozesse, Leadership, HRM und Organisation, Organisationskultur und Ganzheitichkeit, sowie Technologie. Diese Perspektiven greifen wir in den nachfolgenden Kapiteln auf. Die vorliegende Broschüre wäre ohne die wertvolle Unterstützung der Praxispartner des Projektes, des Managements des IBH-Labs KMUdigital sowie ohne die finanzielle Projektförderung durch die Inter- nationale Bodenseehochschule (IBH) und Interreg nicht möglich gewesen. Ihnen allen gilt unser ganz besonderer Dank!

Shaolin Wu Fo Dao – die Synthese japanischer und chinesischer Kampfkunst-Lehre auf der Grundlage zen-buddhistischer Theorie und Praxis ist eine neu geschaffene Disziplin. In dieser Fusion verbinden sich wesentliche Elemente aus Budo und Shaolin (-Wudao), deren traditionellen Körper-Geist-Übungen von Kampftechnik (Bu/Wu) und Meditation (Zen/Chan) als originäre Weg- und Heilslehre (Do/Dao) seit jeher der Persönlichkeits- und spirituellen Entwicklung des Ausübenden dienten. Hier nun, in der Überwindung alter Grenzen zwischen japanischer und chinesischer Kampfkunstsysteme („hart“ und „weich“), wurde hier nun erstmaligen ein zusammengewachsenes Kampfkunstsystem kreiert, um die beidseits positiven Wirkungen auf den Menschen zu bündeln und – und das ist das Besondere – sie in den Dienst buddhistischer (Butsu, jap.: Buddha / chin. Fo) Psychologie und Psychotherapie zu stellen. Die Verbindung von Budo mit Shaolin als eigenständiges praktisches Lehrkonzept, allein schon eine „revolutionäre Innovation“, erfährt durch ihren Einsatz als spezielle Methode einer Heilkunst zusätzlich Pioniercharakter in der Behandlung von Leid. Gemeint sind sowohl Ansätze aus der Budopädagogik und speziellen Budotherapie zur Heilung, Linderung oder Prävention von physischen, psychosomatischen und psychischen Krisen, Störungen, Krankheiten, Behinderungen und Leiden, als auch im Sinne des philosophischen und wissenschaftlichen Buddhismus, „das Leid in der Welt zu mindern“, zum Wohle des Menschen, für sein Glück und Frieden zu arbeiten.

Die EU-Ziele umfassen die Steigerung des Anteils an erneuerbaren Energien an der Energieerzeugung um 32 % bis 2030. Doch erneuerbare Energien bringen neben den Vorteilen für den Umweltschutz auch Probleme mit sich. Ihre Schwankungen und Unkontrollierbarkeit stellen große Herausforderungen für das Stromnetz dar. Um die Netz- und damit die Versorgungssicherheit weiterhin gewährleisten zu können, braucht es Lösungen, die weder das Stromnetz, die Verbraucher noch die Energieversorger benachteiligen. Eine Möglichkeit wäre es, zusätzliche Kraftwerke und Infrastruktur (Redundanzen) aufzubauen, welche potenzielle Schwankungen ausgleichen können. Dieser Lösungsansatz gilt als traditioneller Weg, der hohe Kosten und negative Umweltauswirkungen mit sich bringt. Demand Side Management hat das Potenzial, effiziente Lösungen diesbezüglich anzubieten. Welche Vorteile der Einsatz von DSM auf Ebene der Haushaltsverbraucher für die Energieversorger in Bezug auf den Abruf von Ausgleichsenergie bringt, wird in dieser Arbeit behandelt. Dafür wurde ein agentenbasiertes Modell entwickelt, welches darauf abzielt, die Abweichung zwischen dem von dem Energieversorger prognostizierten Verbrauch und dem realen Verbrauch seiner Haushaltskunden zu verringern. Jeder Haushalt in dem vorgestellten Modell ist mit einer Flexibilität in Form eines Batteriespeichers ausgestattet. Die Speicherbewirtschaftung wird basierend auf einem Signal, welches der Energieversorger übermittelt, automatisch vom Haushalt für jeden Tag im Betrachtungszeitraum optimiert. Jede Abweichung zwischen der vom Energieversorger erstellten Prognose und der tatsächlich bezogenen Strommenge stellt dabei einen Bezug von Ausgleichsenergie dar. Untersucht werden die Auswirkungen der Anzahl an Haushalten sowie ein unterschiedlicher Wissensstand auf die Prognose. Weiters werden zwei unterschiedliche Arten von Demand Side Management analysiert. Einmal die Einflussnahme auf die Last der Haushalte durch ein Preissignal, einmal durch das Vorgeben eines Lastgangs. Um die Effektivität der beiden Varianten bestimmen zu können, wird auch die Menge an Ausgleichsenergie erhoben, welche ohne das Vorhandensein eines Batteriespeichers (also ohne Steuerung) anfallen würde. Das Modell wurde entwickelt, um einen Trend aufzuzeigen und keine spezifische Einsparungsmenge zu ermitteln, da dies von der jeweiligen Situation des Energieversorgers abhängt. Die Erstellung der unterschiedlichen Wissensstände basiert auf den österreichischen rechtlichen Vorgaben bezüglich der Datenübertragung bei intelligenten Messgeräten. Dabei ist einmal der Jahresverbrauch, einmal der Tagesverbrauch und einmal die stündlichen Verbrauchswerte bekannt. Das Preissignal ist negativ korreliert zu den am Day-Ahead-Markt gehandelten Mengen und das Lastsignal basiert auf einer der Prognosen des Energieversorgers, je nach Variante, die untersucht wird. Es zeigte sich, dass ein besserer Wissensstand nur teilweise eine Verbesserung der Prognose erzielte. Wobei die unterschiedlichen Wissensstände auf den realen Werten der nicht verwendeten Haushalte aus dem gleichen Datensatz aufbauen und so beispielsweise Wettereinflüsse in der Prognose schon bekannt waren, was die Prognose basierend auf Jahreswerten sehr genau machte. Der Aggregationseffekt von mehreren Haushalten beeinflusst die Prognose positiv. Auf einzelner Haushaltsebene schneiden die Vorhersagen deutlich schlechter ab als bei Prognosen des Gesamtverbrauchs aller Haushalte. Die Optimierung basierend auf dem Lastsignal generiert eine geringere Menge an Ausgleichsenergie als das Preissignal. Das liegt unter anderem daran, dass die Prognose nur die Verbräuche der Haushaltskunden berücksichtigt und nicht die Mengen, die am Markt gehandelt werden. In den untersuchten Varianten stellte sich heraus, dass am wenigsten Ausgleichsenergie über alle Haushalte erzeugt wird, wenn kein Demand Side Management betrieben wird, also keine Batteriespeicher vorhanden sind und die Prognose des Energieversorgers auf Stundenwerten basiert. Auf einzelner Haushaltsebene fällt bei der Optimierung mittels Lastsignal am wenigsten Ausgleichsenergie an.

Das Ziel dieser Masterarbeit war die Untersuchung der Einflussgrößen Wassertemperatur, Füllstand, Gasleerrohrgeschwindigkeit und Blasengröße auf die Befeuchtung von Luft in einer mit Salzwasser befüllten Blasensäule. Dazu wurde eine umfangreiche Versuchsreihe durchgeführt, um die Auswirkungen zu untersuchen. Großer Wert wurde dabei auf die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse gelegt. Es wurde eine große Anzahl Datensätze während den Versuchszeiten geloggt und analysiert. Die Auswertung hat ergeben, dass die Wassertemperatur ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Befeuchtung von Luft ist. Die Wassertemperatur zeigt gemäß des Antoine-Gesetzes exponentielle Auswirkungen auf die Kondensatproduktion auf. Hohe Füllstände in der Blasensäule wiesen im Vergleich zu niedrigeren Füllständen eine erhöhte Kondensatproduktion auf. Eine Steigerung der Gasleerrohrgeschwindigkeit in den Versuchen führte zu einer Zu-nahme der produzierten Kondensatströme. Die in dieser Arbeit untersuchten Spargerplatten der Variation des Lochdurchmessers konnten keine klaren Erkenntnisse auf die Befeuchtung von Luft liefern. Insgesamt sind die Forschungen an der Versuchsanlage noch nicht abgeschlossen und weitere Erkenntnisse zu dieser Thematik sollen in Zukunft gewonnen werden. auf die Befeuchtung von Luft ist. Die Wassertemperatur zeigt gemäß des Antoine-Gesetzes exponentielle Auswirkungen auf die Kondensatproduktion auf. Hohe Füllstände in der Blasensäule wiesen im Vergleich zu niedrigeren Füllständen eine erhöhte Kondensatproduktion auf. Eine Steigerung der Gasleerrohrgeschwindigkeit in den Versuchen führte zu einer Zu- nahme der produzierten Kondensatströme. Die in dieser Arbeit untersuchten Spargerplatten der Variation des Lochdurchmessers konnten keine klaren Erkenntnisse auf die Befeuchtung von Luft liefern. Insgesamt sind die Forschungen an der Versuchsanlage noch nicht abgeschlossen und weitere Erkenntnisse zu dieser Thematik sollen in Zukunft gewonnen werden.

In Anbetracht einer immer größer werdenden Diskussion über den Klimaschutz und einer anvisierten Energiewende finden umweltschonende Energietechniken immer mehr an Aufmerksamkeit in der Gesellschaft. Die Kombination von Stromerzeugung und gleichzeitiger Wärmeproduktion macht die Biomassevergasung zu einem interessanten Untersuchungsobjekt. Die anfallenden Biokohlestäube versprechen in Zukunft von großem Nutzen zu sein, um zum Beispiel Kohlenstoff in der Erde abzuspeichern. Die sogenannten ”Terra Preta“ Böden steigerten merklich das Interesse am Einsatz von Kohle in der Landwirtschaft, um in Böden verbessernde Eigenschaften zu erzielen. In dieser Masterarbeit wird die Auswirkung der Biokohle einer Schwebefestbettvergaseranlage auf das Pflanzenwachstum, die verfügbaren Nährstoffe und auf die Anzahl der Mikroorganismen untersucht. Hierfür wurden zwei verschiedene Versuchspflanzen herangezogen. Es wurde auf Hafer und Rübse zurückgegriffen. Der Versuch fand unter Laborbedingungen in einem Wachstumsschrank statt. Es wurden Böden mit unterschiedlichen Kohlegehalten hergestellt (0 %, 2,5 % 5 %, 12,5 %). Des Weiteren wurde auf zwei verschiedene Arten eine oberflächenaktivierte Kohle hergestellt. Einmal erfolgte dies durch Ko-Kompostierung der Biokohle in Grünschnitt und das zweite Mal durch die Beladungmit künstlichem Dünger. Die chemische Aktivierung erfolgte über einen Rührversuch. Dabei wurde die Kohle über einen längeren Zeitraum mit dem künstlichen Dünger in einem Gefäß gerührt. Die Versuchsdauer erstreckte sich jeweils über einen Zeitraum von ca. 3 Wochen. Am Ende der Versuche wurden die Pflanzen geerntet. Anschließend wurde ihre Wuchshöhe und deren Durchmesser erfasst und statistisch ausgewertet. Die Nährstoffe im Boden wurden mittels Macherey Nagel Schnelltest ermittelt. Hierfür wurden Proben sowohl am Anfang als auch am Ende des Experiments genommen und anschließend aufbereitet und ebenfalls statistisch ausgewertet. Es konnte durch den Zusatz von Kohle einen signifikant höherer Mittelwert des Pflanzenwachstums erzielt werden. Und auch bei den Nährstoffen konnten Unterschiede zum Referenzboden nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu konnte bei den Mikroorganismen statistisch kein Unterschied festgestellt werden. Leider traten während des Versuches vermehrt Probleme auf, die aber entsprechend in der Arbeit adressiert und dokumentiert werden. Aus diesem Grund muss darauf verwiesen werden, dass einige Ergebnisse nicht verwertbar waren.

In Benin werden einerseits große Mengen verschiedenster Abfallarten häufig in der Landschaft entsorgt und unter freiem Himmel verbrannt. Andererseits ist Energie in Benin sehr knapp und muss zu einem hohen Prozentsatz aus Nachbarländern importiert werden. Hier setzt die vorliegende Arbeit an mit der Frage: Welche Varianten der Müllverbrennung mit Nutzung thermischer Energie sind hinsichtlich ökonomischer, technischer und ökologischer Kriterien in Benin realisierbar? Zur Beantwortung dieser Frage werden zunächst die Rahmenbedingungen vor Ort analysiert, um Anforderungen an eine solche Müllverbrennungsanlage abzuleiten. Als Kern der Arbeit wird eine Müllverbrennungsanlage mit anschließender Abgasreinigung konzipiert, die auf einem bereits vor Ort erprobten Ofen aufsetzt, der zur Verbrennung medizinischer Abfälle konstruiert wurde. Anhand einer detaillierten Analyse von Abgasreinigungstechnik wird aufgezeigt, wie dieser Basisofen zur Verbrennung von landwirtschaftlichen Abfällen und Kunststoffen angepasst werden kann. Konkrete Beispiele zur Nutzung thermischer Energie zur Kälteerzeugung, Salzherstellung und Palmölherstellung zeigen auf, dass das vorgestellte Konzept praxistauglich ist.

Das exakte Messen der aktuellen Spannung ist ein essenzieller Baustein sowohl für die Versorgungssicherheit als auch die Verrechnung von Leistung in der elektrischen Energietechnik. Dazu werden verschiedene Geräte verwendet, welche die Spannung auf einen normierten Wert teilen, sodass diese problemlos gemessen werden kann. In dieser Masterarbeit werden in weiterer Folge lediglich die konventionellen Spannungswandler und deren Übertragungsfehler, genauer gesagt die kapazitiven Spannungswandler, im Detail analysiert. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es, jene Parameter der modellbasierten Messung von kapazitiven Spannungswandlern zu finden, welche die größte Sensitivität im Bezug auf den Spannungsübersetzungs-und Phasenfehler sind. Dabei werden zuallererst die zwei gängigsten Messmethoden zur Prüfung der Genauigkeit von konventionellen Spannungswandlern diskutiert. Des Weiteren wird die Arbeit anhand der CIGRE Umfragen im Bezug auf die Ausfälle der konventionellen Wandler motiviert. Des Weiteren wird der Stand der Technik ermittelt und dargelegt. Für die Dauer der Untersuchung wurde ein kapazitiver Spannungswandler in seine beiden Hauptkomponenten (induktiver und kapazitiver Teil), zwecks besserer Analysierbarkeit der einzelnen Komponenten, zerlegt. Somit konnten sowohl die einzelnen CVT Komponenten als auch der gesamte kapazitive Spannungswandler frequenzabhängig und spannungsabhängig untersucht werden. Mittels dieser und der modellbasierten Messungen wurden die einzelnen Parameter für die Simulationsumgebung des kapazitiven Spannungswandlers ermittelt. Im Anschluss wurde dieses zum einen mittels vier verschiedener Betriebszustände und zum anderen mittels Messergebnissen sowohl der modellbasierten Prüfung als auch der Primärprüfung (EPRO Kalibrierung) verifiziert. Mit dieser Grundlage wurden anschließend die verschiedenen Sensitivitätsanalysen durchgeführt.