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In Europa und den USA werden rund 39 % des Energieverbrauchs durch den Betrieb von Gebäuden verursacht. Sie bieten somit großes Potential, den Gesamtenergieverbrauch zu verringern. Eine sinnvolle Möglichkeit dieser Umsetzung, ohne auf Gebäudekomfort verzichten zu müssen, liegt in der Optimierung der Gebäudeeffizienz. Dahingehend werden physikalische und datenbasierte Modelle als Planungstool für die Gebäudemodellierung verwendet, um frühzeitig Erkenntnisse über deren Energieverbrauch zu gewinnen. Während physikalische Modelle thermodynamische Prinzipien zur Modellierung des Energieverbrauchs einsetzen, verwenden datenbasierte Modelle historische oder allgemein verfügbare Daten, um ein Vorhersagemodell zu entwickeln. Das Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines datenbasierten Modells, zur Prognose des Energieverbrauchs der Beleuchtung von Bürogebäuden. Es wurden bereits zahlreiche Studien hinsichtlich Prognosen des Energieverbrauchs erstellt. Die meisten beziehen sich jedoch auf den Gesamtenergieverbrauch oder jenen, welcher für Heizung, Kühlung oder Klimatechnik aufgewendet wird. Die Recherche des Autors ergab, dass vergleichsweise wenig Forschung für Vorhersagemodelle zur Ermittlung des Energieverbrauchs für die Beleuchtung betrieben wurde. Zur Umsetzung der Analyse stehen dem Autor Daten aus der Beleuchtungsinfrastruktur sowie Wetter-, Zeit- und Gebäudedaten zur Verfügung. Anhand dieser Arbeit soll eruiert werden, ob diese Daten hinreichend aussagekräftig sind, um ein geeignetes Modell zu entwickeln.
In times of global climate change, it is increasingly important to investigate emissions and resource consumption of all machines and, if possible, to improve them. This includes within the transport sector car ferries.
In order to reduce the environmental impacts of car ferries, the electrification has penetrated into this sector, which has led to the world's first fully electric car ferry. One of the most important components to operate this ferry is the energy storage. Not only the battery storage of the ferry itself is needed, but also an onshore battery storage system is needed to support the electrical grid.
The present study examines how storage technologies and concepts can impact the environment considering the world's first all-electric car ferry, MF Ampere, which operates in Norway.
To examine this, the current onshore battery storage system is compared to a concrete sphere storage system. For this purpose, data from the first test run of this new storage technology, which was successfully carried out by the Fraunhofer Institute in 2016, is considered. Subsequently, a life cycle assessment of the two storage systems is carried out to compare the environmental impacts.
The concrete sphere storage system performs better for 15 of 17 impact categories compared to the existing onshore battery storage system. Depending on the impact category the impact reduction is about 2% to 8%.
Nevertheless, it is difficult to estimate how long the useful life and how good the efficiency of the concrete ball storage will be, since no system of this size has been tested yet. Also, the costs of the concrete sphere storage system have not been considered.
Das Ziel der Masterarbeit ist es, ausgewählte Tankstellen an der A96 unter Voraussetzung einer vollständigen Elektrifizierung des deutschen PKW-Straßenverkehrs analog des heutigen Tankverhaltens zu dimensionieren.
Zu Beginn der Masterarbeit wird die elektrische Leistung berechnet, welche die deutschen PKW bei vollständiger Elektrifizierung des deutschen PKW-Straßenverkehrs benötigen werden. Um das Ergebnis auf Plausibilität überprüfen zu können, wird die Berechnung mit zwei verschiedenen Ansätzen vollzogen. Einerseits werden als Grundlage durchschnittliche Jahresfahrstrecken der Autofahrer/-innen verwendet und andererseits wird über den Primärenergiebedarf, den Fahrzeugbestand und den Wirkungsgraden von Ottomotoren und Elektromotoren die zu bestimmende Leistung berechnet.
Öffentliche Daten aus Verkehrszählungen sollen im weiteren Verlauf der Masterarbeit ausgewertet werden. Unter anderem erfolgt mit diesen Werten eine Modellbildung des Verkehrs, um den Verkehrsfluss mathematisch darzustellen und zu simulieren.
Die Durchführung einer Live-Messung an der Tankstelle Lechwiesen Nord sowie die nachträglich erlangten Daten zum tatsächlich stattgefundenen Verkehrsaufkommen sind für die Auswertung des in AnyLogic hinterlegtem mathematischen Modells essentiell. Auch für die Frage nach den zu tankenden Autos eines bekannten Verkehrsaufkommens sind diese hilfreich. Zur Bestimmung der Anzahl von Elektrozapfsäulen erfolgt eine iterative Annäherung an die Kurve des Tankverhaltens von Diesel- und Benzinautos. Als abschließendes Ergebnis werden für die Tankstelle Lechwiesen Nord und Lechwiesen Süd jeweils 20 Elektrozapfsäulen gefunden. Für den Autohof Aichstetten ergeben sich unter Berücksichtigung des Verkehrsaufkommens 27 zu installierende Elektrozapfsäulen, sodass ein identisches Tankverhalten von Elektroautos bei vollständiger Elektrifizierung des deutschen PKW-Straßenverkehrs angenommen werden kann.
Die nachfolgende Arbeit befasst sich mit Hochstromwandlern für Schutzzwecke. Laut Aussage von Paul Scherrer finden sich diese in jedem Verteilnetz und tragen einen erheblichen Teil zur Sicherheit des Netzes bei. Im ersten Teil der Arbeit wird beschrieben, wie man bei der Dimensionierung bzw. der Auswahl eines Hochstromwandlers für Schutzzwecke vorgeht und welche technischen Parameter dafür notwendig sind. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich damit, wie man die Auswahl sowohl wirtschaftlich als auch technisch im Bezug auf fiktive Zukunftsszenarien optimieren kann. Dafür liegen aktuelle Netzdaten der Energienetze Vorarlberg GmbH vor, welche für diese Arbeit anonymisiert wurden. Die fiktiven Zukunftsdaten sind Annahmen. Für den Prozess der Optimierung wurde ein Tool in Python angefertigt, welches eine optimierte Auswahl von Hochstromwandler für Schutzzwecke durchführt und diesen Prozess erleichtern soll. Dieses wird nach eigener Einschätzungen keine Verwendung in der Praxis finden, da es nur relevant sein wird, wenn man ein Stromnetz wie wir es heute in größeren Städten und Gemeinden finden, von null an neu aufbauen möchte.
Damit eine möglichst ausfallsichere Energieversorgung und Energieübertragung gewährleistet werden kann, werden verschiedene Betriebsmittel benötigt. Diese Betriebsmittel müssen gewisse Genauigkeitsgrenzwerte einhalten. In dieser Masterarbeit wird die Prüfung der Genauigkeit von Stromwandlern diskutiert. Die Ermittlung der Genauigkeit kann durch das Einspeisen eines Primärnennstroms (einige kA) und eine Messung des Sekundärstroms erfolgen. Daraus wird der Übertragungsfehler bestimmt. Die Genauigkeit wird unter anderem durch den Übertragungsfehler beschrieben, welcher sich aus dem Übersetzungsfehler und dem Phasenfehler zusammensetzt. Es wird bei diesem Verfahren von der Primärmethode oder auch Primärstrommethode gesprochen, dies ist die Referenzmessung nach den Normen IEC 61869-2 und IEEE C57.13. Die Firma OMICRON electronics GmbH entwickelte ein modellbasiertes Messverfahren, das den Einsatz eines mobilen und leichten Messgeräts erlaubt. Das Messgerät wird CT Analyzer genannt. Bei Verwendung dieser Methode werden keine hohen Ströme verwendet, was den BenutzerInnen zusätzlich eine höhere Sicherheit für die Bedienung des Geräts bietet. Mit diesem Messverfahren werden die einzelnen Komponenten des elektrischen Ersatzschaltbildes des Transformators bestimmt. Mit den ermittelten Komponenten kann dann der Übertragungsfehler berechnet werden. Das modellbasierte Messverfahren beruht auf Messungen, die von der Sekundärseite des Stromwandlers her durchgeführt werden. Man spricht bei diesem Messverfahren von der Sekundärspannungsmethode, welche inzwischen in der Norm IEC 61869-2 als alternative Messung angeführt ist. Der Vorteil der Primärmethode ist die Hoch-Präzisionsmessung, da die Prüfung unter realen Bedingungen und mit einer direkten Messung durchgeführt wird. Die Genauigkeit dieser Methode wird durch die Messtechnik selbst bestimmt, sie ist sehr genau und daher als Referenz gültig. Das Ziel der Sekundärspannungsmethode ist es, den Vorteil der Hoch- Präzisionsmessung für die Sekundärspannung zu nützen. Da es sich um ein modellbasiertes Messverfahren handelt, wird die Messgenauigkeit bei diesem Verfahren durch das angewandte Modell bestimmt und nicht durch die Messtechnik wie bei der Primärmethode. Daher sind Untersuchungen am Modell notwendig. Es gibt einige wenige Stromwandlertypen, bei denen es größere nicht akzeptable Differenzen zwischen der Primärmethode und der Sekundärspannungsmethode gibt. Diese Masterarbeit befasst sich deshalb mit Untersuchungen von Möglichkeiten und Grenzen der Sekundärspannungsmethode. Zu Beginn wird eine theoretische Sensitivitätsanalyse mathematisch erarbeitet. In diesem Zusammenhang wird der komplexe Fehlervektor eines Stromwandlers eingeführt. Diese Sensitivitätsanalyse dient der Ermittlung des Einflusses auf den komplexen Fehler in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern und zur Auswahl von Stromwandler-Testobjekten. Des Weiteren wird die Sensitivitätsanalyse durch Messungen an verschiedenen Stromwandlern verifiziert. Die Untersuchungen basieren auf MATLAB-Simulationen und Messungen mit dem OMICRON Messgerät CT Analyzer, welches die Sekundärspannungsmethode anwendet. Die Ergebnisse werden mit den Herstellerdaten (Primärmethode) verglichen und analysiert werden.
Breath analysis offers a non-invasive and rapid diagnostic method for detecting various volatile organic compounds that could be indicators for different diseases, particularly metabolic disorders including type 2 diabetes mellitus. The development of type 2 diabetes mellitus is closely linked to metabolic dysfunction of adipose tissue and adipocytes. However, the VOC profile of human adipocytes has not yet been investigated. Gas chromatography with mass spectrometric detection and head-space needle trap extraction (two-bed Carbopack X/Carboxen 1000 needle traps) were applied to profile VOCs produced and metabolised by human Simpson Golabi Behmel Syndrome adipocytes. In total, sixteen compounds were identified to be related to the metabolism of the cells. Four sulphur compounds (carbon disulphide, dimethyl sulphide, ethyl methyl sulphide and dimethyl disulphide), three heterocyclic compounds (2-ethylfuran, 2-methyl-5-(methyl-thio)-furan, and 2-pentylfuran), two ketones (acetone and 2-pentanone), two hydrocarbons (isoprene and n-heptane) and one ester (ethyl acetate) were produced, and four aldehydes (2-methyl-propanal, butanal, pentanal and hexanal) were found to be consumed by the cells of interest. This study presents the first profile of VOCs formed by human adipocytes, which may reflect the activity of the adipose tissue enzymes and provide evidence of their active role in metabolic regulation. Our data also suggest that a previously reported increase of isoprene and sulphur compounds in diabetic patients may be explained by their production by adipocytes. Moreover, the unique features of this profile, including a high emission of dimethyl sulphide and the production of furan-containing VOCs, increase our knowledge about metabolism in adipose tissue and provide diagnostic potential for future applications.
Product ion distributions resulting from the primary reactions of H3O+ with nine D-labeled volatile organic compounds and the subsequent sequential reactions with H2O have been determined using a Proton Transfer Reaction Time of Flight Mass Spectrometer (PTR-TOF 8000 (IONICON Analytik GmbH)) at various reduced electric field (E/N) values ranging from 80 up to 150 Td and for two different absolute humidity levels of air sample < 0.1% and 5%. The specific D-labeled compounds used in this study are acetone-d6, toluene-d8, benzene-d6, ethanol-d (C2H5OD), ethanol-d2 (CH3CD2OH), ethanol-d6, 2-propanol-d8, 2-propanol-d3 (CD3CH(OH)CH3), and isoprene-d5 (CH2CHC(CD2)CD3). With the exception of the two 2-propanol compounds, non-dissociative proton transfer is the dominant primary reaction pathway. For 2-propanol-d8 and 2-propanol-d3 the major primary reaction channel involved is dissociative proton transfer. However, unlike their undeuterated counterparts, the primary product ions undergo subsequent deuterium/hydrogen isotope exchange reactions with the ever present water in the drift tube, the extent of which of course depends on the humidity within that tube. This exchange leads to the generation of various isotopologue product ions, the product ion branching percentages of which are also
dependent on the humidity in the drift tube. This results in complex mass spectra and the distribution of product ions leads to issues of reduced sensitivity and accuracy. However, the effect of D/H exchange considerably varies between the compounds under study. In the case of acetone-d6 it is very weak (<1%), because the exchange process is not facile when the deuterium is in the methyl functional group. In comparison, the H3O+/ benzene-d6 (C6D6) reaction and sequential reactions with water result in the production of the isotopologue ions C6Dn(H7-n)+ (where n = 0–6). Changing the value of E/N and/or the humidity in the drift tube considerably affects the amount of the isotope exchange reactions and hence the resulting sequential product ion distributions. An important conclusion of the findings from this work is that care must be taken in the choice of an exogenous deuterated compound for use in breath pharmacokinetic studies using proton transfer reaction mass spectrometry; otherwise the resulting D/H exchange processes impose interpretative problems.
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The goal of this paper is to design a low-loss 1 x 32 Y-branch optical splitter for optical transmission systems, using two different design tools employing Beam Propagation Method. As a first step, a conventional 1 x 32 Y-branch splitter was designed and simulated in two-dimensional environment of OptiBPM photonic tool. The simulated optical properties feature high loss, high asymmetric splitting ratio and a large size of the designed structure, too. In the second step of this work we propose an optimization of the conventional splitter design leading to suppression of the asymmetric splitting ratio to one-third of its initial value and to the improvement of the losses by nearly 2 dB. In addition, 50% size reduction of the designed structure was also achieved. This length-optimized low-loss splitter was then modelled in a three-dimensional environment of RSoft photonic tool and the simulated results confirm the strong improvement of the optical properties.
This paper presents a project developed at the K.S.Rangasamy College of Technology (Tamilnadu,India) aimed at designing, implementing, and testing an autonomous multipurpose vehicle with safe, efficient, and economic operation. This autonomous vehicle moves through the crop lines of a Agricultural land and performs tasks that are tedious and/or hazardous to the farmers. First, it has been equipped for spraying, but other configurations have also been designed, such as: a seeding ,plug platform to reach the top part of the plants to perform different tasks (pruning, harvesting, etc.), and a trailer to transport the fruits, plants, and crop waste.
Modern portable electronic devices have seen component heat load increasing, while the space available for heat dissipation has decreased. This requires the thermal management system to be optimized to attain the high performance heat sink. Heat sinks plays a major role for dissipating heat in electronic devices. Phase change material (PCM) is used to enhance the heat dissipation in heat sink. This paper reports the results of an experimental investigation of the performance of Pin fin heat sinks filled with phase change materials for thermal management of electronic devices. The experimental set ups are prepared with the graphical programming language with Lab VIEW (Laboratory Virtual Instruments for Engineering Workbench. Three different types of Pin fin Heat sink with and without PCM are investigated based on different operational timings and the temperature is acquired with the help of Data Acquisition Card (DAQ). The results indicated that the inclusion of the PCM could stabilize the temperature for a longer period and reduce the heating rates and peak temperatures of heat sink with increasing the number of fins can enhance the thermal performance of electronic devices.
We have demonstrated micromachining of bulk 3C silicon carbide (3C- SiC) wafers by employing 1028nm wavelength femtosecond laser pulses of energy less than 10 nJ directly from a femtosecond laser oscillator, thus eliminating the need for an amplified system and increasing the micromachining speed by more than four orders of magnitude.
We have investigated the ablation behaviour of single crystal SrTiO3 <100> with focus on the influence of the pulse duration at a wavelength of 248 nm. The experiments were performed with KrF-excimer lasers with pulse durations of 34 ns and 500 fs, respectively. Femtosecond-ablation turns out to be more efficient by one order of magnitude and to eliminate the known problem of cracking of SrTiO3 during laser machining with longer pulses. In addition, the cavities ablated with femtosecond pulses display a smoother surface with no indication of melting and well-defined, sharp edges. These effects can be explained by the reduced thermal shock effect on the material by using ultrashort pulses.