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Autonome Steuerung für das Demand Side Management von Wärmepumpenboilern mit linearer Optimierung
(2020)
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 %.
The humidification-dehumidification process (HDH) for desalination is a promising technology to address water scarcity issues in rural regions. However, a low humidifier efficiency is a weakness of the process. Bubble column humidifiers (BCH) are promising for HDH, as they provide enhanced heat and mass transfer and have low maintenance requirements. Previous studies of HDH-systems with BCHs draw different conclusions regarding the impact of superficial air velocity and liquid height on the humidification. Furthermore, the impact of flow characteristics has never been investigated systematically at all. In this study, an optimized BCH test setup that allows for optical analysis of the humidifier is used and evaluated. Our test setup is validated, since the influence of water temperature on the humidification, which is exponential, is reproduced. Measurements with seawater show that the normalised system productivity is increased by about 56 % with an increase in superficial air velocity from 0.5 to 5 cm/s. Furthermore, the system productivity is increased by around 29 % with an increase in liquid height from 60 to 378 mm. While the impact of superficial air velocity can be traced back to temperature changes at the humidifier and dehumidifier outlets, the impact of liquid height is shown to be caused by a smaller heat loss surface in the humidifier with an increase in liquid height. For the impact of sieve plate orifice diameter, a clear influence on the humidification is not apparent, this parameter needs to be investigated further. Finally, our new test setup allows for analysing the humidification of air (1) in a systematic way, (2) in relevant measurement ranges and (3) in comparison with optical analyses of the flow characteristics.
Investigation of non-uniformly emitting optical fiber diffusers on the light distribution in tissue
(2020)
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.
Budo als Oberbegriff für die traditionellen Kampfkünste, eigentlich namentlich Japans, aber hier im weiteren Sinne alle Kampf- und Bewegungskünste Asiens, die sich als Weg und nicht Sport begreifen, ist in den letzten Jahren vermehrt Gegenstand der öffentlichen Diskussion. Jüngere Veröffentlichungen zum Thema nehmen das historisch, philosophisch, psychologisch und pädagogisch Besondere und sich vom modernen Kampfsport gänzlich Unterscheidende in den Blick, ohne dass allerdings weiterhin begrifflich und inhaltlich falsche Vorstellungen durch die absurde Vereinnahmung der allein dem Budo zugeschrieben Wesenszüge und Wirkweisen in sog. "Budo-Sport"-Verbänden immer mehr verbreiten. Gerade so, als könne man dem modernen Kampfsport durch den Zusatz "Budo" (der suggerieren soll, man beziehe sich auf dessen Wesentliche, "Geistige") etwa einen ehrwürdig-traditionellen Charakter verleihen und den Wettkampfsport bereichern, gar ethisch aufwerten.
Insofern bedarf es immer noch oder immer mehr der Aufklärung darüber, was denn das eigentliche Wesen und Wirken von Budo überhaupt ausmacht, um dem Ganzen gerecht zu werden. Dabei soll sich dieses Buch nun weniger auf die historische, seit der Edo-Periode (1600-1868) vor allem vom Zen-Buddhismus (neben Konfuzianismus und Taoismus sowie Shaolin) geprägte Entwicklung von Budo aus den alten Kriegskünsten (Bugei und Bujutsu) eingehen, als auf das nunmehr auch heute noch Wesentliche und "Spezielle".
Budo als spirituelle wie praktisch-philosophische Weg-Lehre und dadurch Kampf-"Kunst" kann, recht verstanden, ein einzigartiger Schatz in der Theorie und Praxis des Studiums von "Kampf" und "Kämpfen-Können" sowie des Selbst sein, und am Ende auch des eigenen Lebens. Budo wirkt!
Es ist ein auf Bewegung, Begegnung und Besinnung angelegtes bewährtes ganzheitliches Instrument der Selbsterziehung, Charakterschulung und Persönlichkeitsentwicklung und als originärer Weg ("Do") zum "Friedvollen Krieger" eine konkrete Anleitung zu körperlicher, seelischer, geistiger, d.h. psycho-physischer wie psycho-emotionaler Selbstbeherrschung, die auf der Grundlage von stetig geübter Achtsamkeit und Wertschätzung in der Meisterschaft zu Einsicht und Gewaltverzicht führt. In diesem Buch wird das Thema Budo, sein Wesen und Wirken, aus Erfahrung und wissenschaftlicher Erkenntnis heraus analysiert, um ein ebenso weitergehendes wie tieferes Verständnis von der Sache zu fördern.
Die Autoren (Vorstellung im entsprechenden Kapitel hinten), allesamt!
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!
The Digital Factory Vorarlberg is the youngest Research Center of Vorarlberg University of Applied Sciences. In the lab of the research center a research and learning factory has been established for educating students and employees of industrial partners. Showcases and best practice scenarios for various topics of digitalization in the manufacturing industry are demonstrated. In addition, novel methods and technologies for digital production, cloud-based manufacturing, data analytics, IT- and OT-security or digital twins are being developed. The factory comprises only a minimum core of logistics and fabrication processes to guarantee manageability within an academic setup. As a product, fidget spinners are being fabricated. A webshop allows customers to individually design their products and directly place orders in the factory. A centralized SCADA-System is the core data hub for the factory. Various data analytic tools and methods and a novel database for IoT-applications are connected to the SCADA-System. As an alternative to on premise manufacturing, orders can be pushed into a cloud-based manufacturing platform, which has been developed at the Digital Factory. A broker system allows fabrication in distributed facilities and offers various optimization services. Concepts, such as outsourcing product configuration to customers or new types of engineering services in cloud-based manufacturing can be explored and demonstrated. In this paper, we present the basic concept of the Digital Factory Vorarlberg, as well as some of the newly developed topics.