600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften
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In Zeiten zunehmenden Umweltbewusstseins und steigender Energiekosten gewinnt die Optimierung der Energieeffizienz von Anlagen und Gebäudetechnik zunehmend an Bedeutung. Insbesondere im Kontext nachhaltiger und ressourcenschonender Heizungs- und Warmwassersysteme haben sich Wärmepumpen als maßgebliche Technologien etabliert. Die effiziente Bereitstellung von Warmwasser nimmt dabei eine essenzielle Position ein, da sie einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch eines Gebäudes ausmacht. Die vorliegende Masterarbeit widmet sich der Fragestellung, welchen Einfluss Zirkulationsleitungen auf die Effizienz von Wärmepumpen haben und wie sich alternative dezentrale Warmwasserbereitungssysteme auf diese auswirken. Konkret wird diese Fragestellung am Beispiel einer Mittelschule in Frastanz untersucht. Die Untersuchung erfolgt mithilfe von Simulationen mit der Software GeoT*Sol, wodurch verschiedene Szenarien der Warmwasserbereitung und deren Auswirkungen auf die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe simuliert werden. Es werden sechs Varianten verglichen, darunter der Ist-Stand mit Zirkulationsleitung, eine zeitlich angepasste Zirkulation, eine Variante ohne Zirkulation sowie dezentrale Warmwasserbereitung mit und ohne Photovoltaik-Einbindung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zirkulationsleitung einen signifikanten Einfluss auf die JAZ einer Wärmepumpe hat, da permanent Wärmeverluste entstehen, selbst ohne Warmwasserbedarf. Die dezentrale Warmwasserbereitung mit PV-Einbindung erweist sich als vielversprechend, sowohl in Bezug auf energetische Einsparungen als auch auf finanzielle Rentabilität. Die Masterarbeit bietet somit wichtige Erkenntnisse und Handlungsempfehlungen für die Mittelschule Frastanz, um ihre Energieeffizienz zu steigern und Kosten einzusparen. Die Empfehlungen zur Beibehaltung der Bestandswärmepumpe, der Installation dezentraler Warmwasserbereitungsanlagen und der PV-Anlage können als Grundlage für zukünftige Investitionsentscheidungen dienen und einen Beitrag zum nachhaltigen Energiemanagement der Schule leisten.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit verschiedenen Regelstrategien für eine nachträgliche Bauteilaktivierung zur Gebäudesanierung und deren Auswirkungen auf die Energieeffizienz. Im Rahmen einer Kooperation der Alpenländischen Gemeinnützigen Wohnbaugesellschaft und dem Energieinstitut Vorarlberg, wird ein Gebäude aus dem Altbestand der Südtiroler Siedlung in Bludenz saniert und mit einer nachtäglichen Bauteilaktivierung der Bestand-wand versehen. Um die Auswirkungen verschiedener Regelstrategien sowohl auf den Komfort in den Wohnungen als auch auf die Energieeffizienz des Gebäudes zu untersuchen, wird mithilfe der Simulationssoftware IDA ICE ein Gebäudemodell erstellt und verschiedene Regelungen simuliert. Dabei werden Parameter wie das Erreichen der Solltemperatur, der Komfort oder der benötigte Heizwärmebedarf als Bewertungskriterium herangezogen, um diese zu vergleichen. Zuerst werden Flächenregelungen untersucht, die anhand der Temperatur eines Raumes oder dem Mittelwert mehrerer Räume eine komplette Gebäudeseite regeln. Darauffolgend werden Etagen- und Einzelraumregelungen untersucht. Zur Anwendung kommen gewöhnliche Thermostat- und PI-Regler, sowie eine Rücklauftemperaturregelung und eine prädiktive Regelung, welche mithilfe einer idealen Wettervorhersage arbeitet. Ziel ist es, die Auswirkung der Regelungen auf die Raumtemperaturen zu untersuchen und eine geeignete Regelstrategie für das Gebäude zu finden.
This study presents different approaches to increase the sensing area of NiO based semiconducting metal oxide gas sensors. Micro- and nanopatterned laser induced periodic surface structures (LIPSS) are generated on silicon and Si/SiO2 substrates. The surface morphologies of the fabricated samples are examined by FE SEM. We select the silicon samples with an intermediate Si3N4 layer due to its superior isolation quality over the thermal oxide for evaluating the hydrogen and acetone sensitivity of a NiO based test sensor.
Die berührungslose Bedienung stellt in der Mensch-Computer-Interaktion (HCI) eine wichtige Alternative gegenüber berührungsbasierter Bedienung dar. Expertinnen und Experten gehen davon aus, dass dadurch berührungsbasierte Bedienung in bestimmten Anwendungsfällen, wie in Operationssälen oder der Automobilbranche, abgelöst wird. Allerdings weisen gestenbasierte Systeme Inkonsistenzen bei der Bedienung auf, da diese für unterschiedliche Technologien, in verschiedenen Nutzungskontexten und gezielt durch Markendifferenzierung entwickelt werden. Eine weitere Herausforderung stellt die Uneinigkeit potenzieller Endnutzer:innen über geeignete Gesten dar (Gesture Disagreement Problem). Dies hat zur Folge, dass sich bisher kein allgemeingültiges Gestenset etablieren konnte. Um ein Gestenset für die berührungslose Bedienung für der HoloLens 2 in der mobilen Vermessung zu entwickeln, wurden kontextspezifische Anforderungen identifiziert und im Gestenerhebungsprozess berücksichtigt. Zur Identifizierung wurden in dieser Arbeit Interviews und eine Beobachtung der Nutzer:innen während des Arbeitsprozesses durchgeführt. Zudem untersucht diese Arbeit, ob und wie das oben genannte Problem der Uneinigkeit sowie die Voreingenommenheit im Gestenerhebungsprozess vermieden werden kann. Durch die Anwendung von zwei verschiedenen Priming-strategien sowie der Produktionsstrategie sollte diesen Problemen entgegengewirkt werden. Anhand der Auswertung ist zu erkennen, dass das Gesture Dis-agrement Problem nicht vollständig gelöst werden konnte. In der Gestenerhebung wurden 355 unterschiedliche Gesten für 19 Aufgaben erhoben. Bedienbefehle, die eine Assoziation zur berührungsbasierten Bedienung mit Bildschirmgeräten darstellten, wurden kaum erhoben. Dies beweist, dass die Voreingenommenheit vermieden werden konnte. Um die Auswahl der Gestenvorschläge einzuschränken wurden die Gesten von den Probandinnen und Probanden anhand der zwei Usability Kriterien „Einprägsamkeit“ und „Auffindbarkeit“ bewertet. Anhand von wissenschaftlichen Veröffentlichungen zur einhändigen Bedienung von Infotainmentsystemen zeigt sich, dass die Einprägsamkeit von Gestenbefehlen begrenzt ist. Im Kontext der mobilen Vermessung ist angedacht, Gestenbefehle als Shortcuts einzusetzen, um grafische Schnittstellen zu reduzieren. Dies hat zur Folge, dass die Probandinnen und Probanden eine Reihe von Gestenbefehlen lernen und sich einprägen müssen. Da aufgrund der hohen Anzahl der Gesten die Bewertungen nicht ausreichen, wurde die Auswahl anhand von zwei Auswertungsverfahren eingegrenzt. Zum einen wurde die Taxonomie für berührungslose Handgesten von Piumsomboon et al. (2013) herangezogen, um die Merkmale der Gesten zu gruppieren. Die Merkmale der Gesten wurden in einer Matrix, die die Bewertungen zur Einprägsamkeit und Auffindbarkeit berücksichtigen, eingeordnet. Zudem wird die prozentuale Menge dieser Merkmale berücksichtigt, um herauszufinden ob bestimmte Aufgaben spezifische Gestenmerkmale aufweisen. Zum anderen wurde ein Ansatz verfolgt, bei dem ähnliche Gesten zusammengefasst werden, um als Vorlage für die Expertenmeinung zu dienen. Unter Berücksichtigung ergonomischer, technischer und logischer Anforderungen wurde aus den resultierenden Gesten ein konsistentes Gestenset entwickelt, das zur berührungslosen, einhändigen Bedienung auf der HoloLens 2 und im Kontext der mobilen Vermessung angewendet werden kann. Weitere Untersuchungen sind notwendig um die Einprägsamkeit des Gestensets zu überprüfen. Zudem muss ein Konzept entwickelt werden, wie dieses Gestenset erlernt werden kann.
Operative Exzellenz wird als Sammelbegriff für strategische Managementansätze angesehen, welche anhand von Optimierungsinitiativen die Geschäftsprozesse des Unternehmens auf Kundenbedürfnisse, Qualität wie auch auf Effizienz ausrichten. Exzellenzmodelle kombinieren sowohl technische als auch soziale Faktoren im Streben nach nachhaltiger Verbesserung und basieren nicht nur auf dem Betriebsmanagement und den technischen Prozessen, sondern widmen auch den Menschen und ihrem Einfluss auf die erfolgreiche Umsetzung eines Optimierungsprogramms besondere Aufmerksamkeit. Ziel dieser Masterarbeit ist es, die entscheidende Rolle von Führungskräften und deren Führungsstile zu diskutieren, welche laut der ausgewerteten akademischen Literatur, sich für eine nachhaltige Verankerung von operativer Exzellenz im Umfeld der Industrie 4.0 als erfolgsversprechend nennen lassen, indem die gewünschte Organisationskultur durch gezielte Anwendung von Führungskonzepten gefördert wird. Die Fragestellung der Masterarbeit wird anhand eines theoretisch-konzeptionellen Vorgehens beantwortet. Die Untersuchungen haben die Erkenntnisse zu Tage gebracht, dass sich mit dem Wandel der Anforderungen an die Unternehmen, auch die Führungskonzepte an die Anforderungen angepasst haben und somit auch die Führungsphilosophie von „Command and Control“ zu „Empowerment“, „agiler Führung“ und „transformationaler Führung“ übergegangen ist. Für eine nachhaltige Verankerung von operativer Exzellenz im Umfeld der Industrie 4.0 konnten die Führungskonzepte „Transformationale Führung“, „Symbolische Führung“, „Mitarbeiter empowern“ und „Agile Führung“ identifiziert werden. Es besteht Grund zur Annahme, dass eine Kombination der vorgestellten Führungskonzepte die besten Ergebnisse liefern würde, insofern das geeignetste Führungskonzept situationsadäquat angewendet wird.
Erneuerbare Energiegemeinschaften (eEG) sind ein neues, innovatives und in der Entwicklung befindendes Thema bzw. Projekt. Entstanden ist es dadurch, dass Österreich die Vorschläge und neuen Gesetze aus dem Clean energy for all Europeans package mit der Verabschiedung des Erneuerbaren-Ausbau-Gesetz Ende 2021 in nationales Recht umgesetzt hat. In dem Leitfaden Energiegemeinschaften Ausschreibung 2021 ist in der Pionierphase und Integrationsphase klar vorgegeben, dass ein Monitoring über zwei Betriebsjahre zu betreiben ist. Das Monitoring von erneuerbaren Energiegemeinschaften wird in dieser Arbeit erstmalig behandelt. Es wurden Key Performance Indicators entwickelt, spezifiziert und erste Probeerhebungen durchgeführt. In dieser Arbeit wurde untersucht, welche Monitoring-Bereiche es geben könnte, mit welchem Erfolgsindikatoren-Set zum aktuellen Zeitpunkt ein sinnvolles Monitoring betrieben werden kann und welche Erfolgsindikatoren im Allgemeinen in Österreich erforderlich sind, um eine Aussage über den Erfolg von erneuerbaren Energiegemeinschaften treffen zu können. Hierfür wurde eine Grundlagenforschung im Bereich erneuerbare Energiegemeinschaften, ein normativer Vergleich zu ähnlichen Förderprogrammen und Experteninterviews durchgeführt. Anhand der daraus resultierenden Ergebnisse wurden finale KPIs spezifiziert. Mit diesen KPIs wurde in einem Monitoring-Tool ein Erfolgsindikatoren-Set angelegt und mit entsprechenden Zielwerten in Kontext gebracht. Zusätzlich wurden Daten von verschiedenen eEG angefragt und anhand dessen wurden in dem Tool erste Probeerhebungen durchgeführt, um die Machbarkeit zu untersuchen.
Die Anforderungen an gute Prognosen im Energiehandel der illwerke vkw AG steigen kontinuierlich an, da diese dazu verwendet werden, die richtigen Energiemengen auf dem Day-Ahead-Markt zu kaufen oder zu verkaufen. Zusätzliche Herausforderungen wie Wettereinflüsse und der steigende Energiebedarf von E-Autos erschweren die Prognose. Darüber hinaus gestaltet es sich mit den herkömmlichen Prognosebewertungen schwierig, die Kostenaspekte angemessen abzubilden. Aus diesem Grund wird in dieser Masterarbeit eine neue Methode zur Bewertung der Prognosequalität implementiert und mit bewährten Kennzahlen wie R², MAE, MAPE und RMSE verglichen. Diese Methode nutzt einen Preisverlauf, der die durchschnittlichen Marktpreise der Ausgleichsenergiepreise als Bewertungsmaßstab widerspiegelt. Die neue Bewertungsmethode wird mit Algorithmen wie dem Artificial Neural Network von Tensorflow, dem Decision Tree Regressor, der Linearen Regression, dem Multi-Layer Perception und dem Random Forest Regressor von Scikit-Learn verglichen. Zudem wird ein eigens erstelltes Gurobi-Modell, welches die Ausgleichsenergiepreise für die Gewichtung der absoluten Prognosefehler heranzieht, als Lineare Regression implementiert. Die genannten Modelle werden mithilfe von Python implementiert. Es werden tägliche Vorhersagen basierend auf viertelstündlichen Daten für Zeiträume von bis zu einem Jahr unter Verwendung eines Sliding-Window-Verfahrens mit unterschiedlichen Trainingsdaten erstellt. Die neue Bewertungsmethode mit der Einbeziehung von Kostenfaktoren, konnte sich im Vergleich zu MAPE, MAE, RMSE und R² nicht deutlich von den anderen unterscheiden. Die besten Ergebnisse wurden mit der Linearen Regression von Scikit-Learn und dem Gurobi-Modell mit der preisgewichteten Minimierung erzielt. Dabei sind die anderen Algorithmen nicht weit von den Resultaten der LR und GP entfernt. Unter dem Aspekt, dass das eigene Modell die Kosten minimieren soll, konnte es aber nicht als die beste Methode bewertet werden. Deswegen müssen das Modell und die gewählten Ausgleichsenergiepreise optimiert werden. Hierzu erzielte unter den sieben verwendeten Methoden die Lineare Regression das beste Ergebnis.
Die Gewinnung von motivierten und qualifizierten Mitarbeitenden stellt aufgrund verschiedenster aktueller Einflussfaktoren wie demografische Veränderungen oder der Fachkräftemangel eine große Herausforderung für das Recruiting dar. Eine umso wichtigere Rolle spielt daher die Bindung des Personals ans Unternehmen. Die interne Rekrutierung bietet in diesem Zusammenhang eine Möglichkeit, die im Unternehmen bereits vorhandenen Ressourcen zu nutzen, wobei sich im Vergleich zur externen Personalbeschaffung Chancen wie auch Risiken ergeben. Es haben sich kritische Erfolgsfaktoren gezeigt, die erkannt und in weiterer Folge berücksichtigt werden sollten. Diese sind für das Vorgehen beim internen Recruiting von Bedeutung, um möglichst das volle Potenzial ausschöpfen zu können. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde eine ausführliche Literaturrecherche durchgeführt, sodass in weiterer Folge eine Forschungsfrage abgeleitet werden konnte. Es wurden sieben Interviews mit ausgewählten HR-Expertinnen und HR-Experten geführt, die in Unternehmen arbeiten, die der Vorarlberger Industrie zugehörig sind. Anschließend wurden die Interviews nach der qualitativen Inhaltsanalyse ausgewertet. Im Zuge der Diskussion wurden die Interviewergebnisse der Literaturrecherche gegenübergestellt, wobei die Forschungsfrage beantwortet werden konnte. Schlussendlich wurden Handlungsimplikationen für das interne Recruiting abgleitet. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass es im Hinblick auf die interne Rekrutierung verschiedene Erfolgsfaktoren gibt, die Unternehmen für das eigene Vorgehen berücksichtigen können. Dazu zählen beispielsweise die Bedeutung der Kommunikation während des gesamten Prozesses – Kündigungsfristen und Übergabeprozesse sollten ausreichend besprochen und umfassend geplant werden. Zudem ist es hilfreich, interne Absagen mit Bedacht auszusprechen und sachliche Gründe aufzuzeigen. Auch die involvierten Führungskräfte spielen im gesamten internen Personalbeschaffungsprozess eine bedeutende Rolle. Darüber hinaus haben sich weitere Aspekte gezeigt, die für das Vorgehen beim internen Recruiting von Bedeutung sind.
This thesis focuses on implementing and testing communication over a private 5G standalone network in an industrial environment, with a specific emphasis on communication between two articulated robots. The main objective is to examine machine-to-machine communication behavior in various test scenarios. Initially, the 5G core and radio access network components are described, along with their associated interfaces, to establish foundational knowledge. Subsequently, a use case involving two articulated robots is implemented, and essential metrics are defined for testing, including round-trip time, packet and inter-packet delay, and packet error rate. The tests investigate the impact of 5G quality of service, packet size, and transmission interval on communication between the robots, focusing on the effects of network traffic. The results highlight the significance of prioritizing network resources based on the assigned quality of service identifier (5QI), demonstrate the influence of packet sizes on communication performance, and underscore the importance of transmission intervals for automation purposes. Additionally, the study examines how network disturbances influence the movements of a robot controlled via 5G, establishing a direct relationship between network metrics and the resulting deviations in the robot’s trajectory. The work concludes that while machine-to-machine communication can be successfully implemented with 5G SA, tradeoffs must be carefully considered, especially concerning packet error rate, and emphasizes the importance of understanding the required resources before implementation to ensure feasibility. Future research directions include investigating network slicing, secure remote control of robots, and exploring the use of higher frequency bands. The study highlights the significance of aligning theoretical standards with practical implementation options in the evolving landscape of 5G Networks.
Medizinische Verpackungen werden in der Industrie häufig mittels thermischen Siegelns verschlossen. Um eine kontinuierliche Qualitätsprüfung zu ermöglichen, soll in dieser Arbeit untersucht werden, ob es möglich ist, mittels Infrarotkamera, anhand der sich ausbildenden Wärmesignatur, fehlerhafte Teile zu erkennen. Dabei teilt sich die Forschungsfrage in zwei Teile. Im ersten Teil wird analysiert was zu beachten ist, um eine ideale Auswertung zu ermöglichen. Der zweite Teil der Forschungsfrage untersucht, welche Wärmesignatur sich bei fehlerhaften Teilen ausbildet. Im ersten Teil der Forschungsfrage wird mittels Modellierung des Siegelprozesses und der nachfolgenden Abkühlung, sowie eines späteren Versuchs analysiert, wie die Kamera am besten positioniert werden muss, um das beste Eingangssignal zu erhalten. Im zweiten Teil werden in verschiedenen Versuchsreihen Fehler provoziert und anschließend die Unter-schiede der Wärmesignatur ausgewertet. Anhand der Modellierung und der Durchführung von Versuchen zeigt sich, dass eine Siegelung am besten 1-2s nach dem Siegelende ausgewertet werden kann. Die weitere Untersuchung zeigt, dass große Fehler zwar gut erkannt, kleinere aber eher nicht mehr zuverlässig erkannt werden können.
Design, simulation, and optimization of the 1×4 optical three-dimensional multimode interference splitter using IP-Dip polymer as a core and polydimethylsiloxane (PDMS) Sylgard 184 as a cladding is demonstrated. The splitter was simulated by using beam propagation method in BeamPROP simulation module of RSoft photonic tool and optimized for an operating wavelength of 1.55 μm . According to the minimum insertion loss, the dimensions of the splitter were optimized for a waveguide with a core size of 4×4 μm2 . The objective of the study is to create the design for fabrication by three-dimensional direct laser writing optical lithography.
Optoelectronic system based on photonic integrated circuits to miniaturize spectral domain OCT
(2023)
We present a miniaturized optical coherence tomography (OCT) setup based on photonic integrated circuits (PIC) for the 850 nm range. We designed a 512-channel arrayed waveguide grating (AWG) on a PIC for spectral domain OCT (SD-OCT) that is co-integrated with PIN-photodiodes and analog-to-digital-converters on one single chip. This image sensor is combined with all the necessary electronics to act as a camera. It is integrated into a fiber-based OCT system, achieving a sensitivity of >80dB and various samples are imaged. This optoelectronic system will allow building small and cost-effective OCT systems to monitor retinal diseases.
In this paper, a 256-channel, 10-GHz arrayed waveguide gratings demultiplexer for ultra-dense wavelength division multiplexing was designed using an in-house developed tool called AWG-Parameters. The AWG demultiplexer was designed for a central wavelength of 1550 nm and the structure was simulated in PHASAR tool from Optiwave. Two different AWG designs were developed and the influence of the design parameters on the AWG performance was studied.
The production of liquid-gas mixtures with desired properties still places high demands on process technology and is usually realized in bubble columns. The physical calculation models used have individual dimensionless factors which, depending on the application, are only valid for small ranges consisting of flow velocity, nozzle geometry and test setup. An iterative but time-consuming design of such dispersion processes is used in industry for producing a liquid-gas mixture according to desired requirements. In the present investigation, we accelerate the necessary design loops by setting up a physical model, which consists of several subsystems that are enriched by dedicated experiments to realize liquid-gas dispersions with low volume fraction and small air bubble diameters in oil. Our approach allows the extraction of individual dimensionless factors from maps of the introduced subsystems. These maps allow for targeted corrective measures of a production process for keeping the quality. The calculation-based approach avoids the need for performing iterative design loops. Overall, this approach supports the controlled generation of liquid-gas mixtures.
Activation of heat pump flexibilities is a viable solution to support balancing the grid via Demand Side Management measures and fulfill the need for flexibility options. Aggregators as interface between prosumers, distribution system operators and balance responsible parties face the challenge due to data privacy and technical restrictions to transform prosumer information into aggregated available flexibility to enable trading thereof. Thereby, literature lacks a generic, applicable and widely accepted flexibility estimation method for heat pumps,which incorporates reduced sensor and system information, system- and demand-dependent behaviour. In this paper, we adapt and extend a method from literature, by incorporating domain knowledge to overcome reduced sensor and system information. We apply data of five real-world heat pump systems, distinguish operation modes, estimate power and energy flexibility of each single heat pump system, proof transferability of the method, and aggregate the flexibilities available to showcase a small HP pool as a proof of concept.
In this work, parametric excitation is introduced in a fully balanced flexible rotor mounted on two identical active gas foil bearings. The active gas foil bearings change the top foil shape harmonically with a specific amplitude and frequency. The deformable foil shape is approximated by an analytical function, while the gas pressure distribution is evaluated by the numerical solution of the Reynolds equation for compressible flow. The harmonic variation of the foil shape generates a respective variation in the bearings’ stiffness and damping properties and the system experiences parametric resonances and antiresonances in specific excitation frequencies. The nonlinear gas bearing forces generate bifurcations in the solutions of the system at certain rotating speeds and excitation frequencies; period doubling and Neimark-Sacker bifurcations are noticed in the examined system, and their progress is evaluated as the two bifurcation parameters (rotating speed and parametric excitation frequency) are changed, though a codimension-2 numerical continuation of limit cycles. It is found that at specific range of excitation frequency there are parametric anti-resonances and the bifurcations collide and vanish. Therefore, a bifurcation-free operating range is established and the system can operate stable at a wide speed range.
Pooled data from published reports on infants with clinically diagnosed vitamin B12 (B12) deficiency were analyzed with the purpose of describing the presentation, diagnostic approaches, and risk factors for the condition to inform prevention strategies. An electronic (PubMed database) and manual literature search following the PRISMA approach was conducted (preregistration with the Open Science Framework, accessed on 15 February 2023). Data were described and analyzed using correlation analyses, Chi-square tests, ANOVAs, and regression analyses, and 102 publications (292 cases) were analyzed. The mean age at first symptoms (anemia, various neurological symptoms) was four months; the mean time to diagnosis was 2.6 months. Maternal B12 at diagnosis, exclusive breastfeeding, and a maternal diet low in B12 predicted infant B12, methylmalonic acid, and total homocysteine. Infant B12 deficiency is still not easily diagnosed. Methylmalonic acid and total homocysteine are useful diagnostic parameters in addition to B12 levels. Since maternal B12 status predicts infant B12 status, it would probably be advantageous to target women in early pregnancy or even preconceptionally to prevent infant B12 deficiency, rather than to rely on newborn screening that often does not reliably identify high-risk children.
Hot water heat pumps are well suited for demand side management, as the heat pump market faced a rapid growth in the past years with the trend to decentralized domestic hot water use. Sales were accelerated through wants and needs of energy conservation, energy efficiency, and less restrictive rules regarding Legionella. While in literature the model predictive control potential for heat pumps is commonly shown in simulations, the share of experimental studies is relatively low. To this day, experimental studies considering solely domestic hot water use are not available. In this paper, the realistic achievable model predictive control potential of a hot water heat pump is compared to the standard hysteresis control, to provide an experimental proof. We show for the first time, how state-of-the-art approaches (model predictive control, system identification, live state estimation, and demand prediction) can be transferred from electric hot water heaters to hot water heat pumps, combined, and implemented into a real-world hot water heat pump setup. The optimization approach, embedded in a realistic experimental setting, leads to a decrease in electric energy demand and cost per unit electricity by approximately 12% and 14%, respectively. Further, an increase in efficiency by approximately 13% has been achieved.
Validierung der Stromnetzberechnungsansätze anhand realer Messungen in der Niederspannungsebene
(2023)
Die politischen Ziele der Energiewende und insbesondere der zunehmende Ausbau der Elektromobilität führt zu steigenden Belastungen in den Niederspannungsnetzen. Eines der Hauptprobleme besteht darin, dass die genauen Informationen über den Zeitpunkt und die Dauer der Ladevorgänge fehlen, was eine präzise Bestimmung des Netzzustandes erschwert - auch deshalb, weil dieser durch die statische Netzberechnung erhoben wird, welche weitestgehend auf Annahmen und nicht zeitreihenbasierten Werten beruht. Im Folgenden wird daher untersucht, wie groß die Abweichungen der Niederspannungsparameter zwischen Trafostation und letztem Kabelverteilschrank bei realen Messungen im Winter im Vergleich zur statischen Worst-Case Berechnung sind. Weiters wird ermittelt, welche Änderungen der Eingangsparameter zu einer Optimierung der Ergebnisse führen. Dafür werden reale Messungen in verschiedenen Niederspannungsspannungsnetzen realisiert und nach einer Analyse der Messergebnisse werden die Eingangsparameter für die Netzberechnung bestimmt. Auf Basis dieser Inputparameter werden vier verschiedene Szenarien gebildet und die Berechnung mit diesen Szenarien durchgeführt. Anschließend werden die Berechnungsergebnisse mit den Messergebnissen verglichen. Der Vergleich der Methoden zeigt, dass die Berechnung den Worst-Case-Fall im Netz sehr realistisch abbildet. Jedoch ist aufällig, dass dieser Fall nur selten vorkommt und die betrachteten Verteilernetze zum größten Teil viel geringer belastet sind. Die 95%-Szenario-Betrachtungen zeigen, dass eine Vernachlässigung der selten vorkommenden Ausreißer zu einer Änderung der Eingangsparameter und einer Optimierung der Netzberechnung führt. Aus der Untersuchung geht zusätzlich hervor, dass die Annahme des Leistungsfaktors cos ϕ mit 0,90 zu niedrig angesetzt ist. Es kann festgehalten werden, dass sich dieser bei allen Netzen zwischen 0,999 und 0,990 befindet. Dieser Eingangsparameter für die statische Worst-Case-Berechnung kann aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse optimiert werden.
This thesis evaluates the feasibility of conducting visual inspection tests on power industry constructions using object detection techniques. The introduction provides an overview of this field’s state-of-the-art technologies and approaches. For the implementation, a case study is then conducted, which is done in collaboration with the partner company OMICRON Electronics GmbH, focusing on power transformers as an example. The objective is to develop an inspection test using photographs to identify power transformers and their subcomponents and detect existing rust spots and oil leaks within these components. Three object detection models are trained: one for power transformers and sub-components, one for rust detection, and one for oil leak detection. The training process utilizes the implementation of the YOLOv5 algorithm on a Linux-based workstation with an NVIDIA Quadro RTX 4000 GPU. The power transformer model is trained on a dataset provided by the partner company, while open-source datasets are used for rust and oil leak detection. The study highlights the need for a more powerful GPU to enhance training experiments and utilizes an Azure DevOps Pipeline to optimize the workflow. The performance of the power transformer detection model is satisfactory but influenced by image angles and an imbalance of certain sub-components in the dataset. Multi-angle video footage is a proposed solution for the inspection test to address this limitation and increase the size of the dataset, focusing on reducing the imbalance. The models trained on open-source datasets demonstrate the potential for rust and oil leak detection but lack accuracy due to their generic nature. Therefore, the datasets must be adjusted with case-specific data to achieve the desired accuracy for reliable visual inspection tests. The results of the case study have been well-received by the partner company’s management, indicating future development opportunities. This case study will likely be a foundation for implementing visual inspection tests as a product.