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Saisonale Kaeltespeicherung im Erdreich

Zielsetzung: Bereits 1987 wurde in einem Firmengebaeude in Wetzlar erstmals der Erdsondenteil einer erdgekoppelten Waermepumpe als Kaeltespeicher benutzt und direkt zur Kuehlung eines Konferenzraumes im Sommer herangezogen. Nunmehr sollen durch weitere Untersuchungen die Einsatzfaehigkeit und Auslegungskriterien fuer derartige energiesparende Raumkuehlungsanlagen festgestellt werden. Arbeiten und bisherige Ergebnisse: In zwei Gebaeuden (Technorama, Duesseldorf, und Betriebsgebaeude Geotherm, Linden) wird eine Raumkuehlung mit Kaeltespeicherung im Erdreich betrieben. Dabei ist in Linden nur die direkte Kaelterueckgewinnung vorgesehen, waehrend in Duesseldorf zur Deckung des Spitzenbedarfs reversible Waermepumpen zugeschaltet werden koennen. Beide Anlagen haben im Sommer 1991 voll zufriedenstellend gearbeitet. Studien fuer den Einsatz in anderen Gebaeuden liegen vor; fuer die Auslegungsrechnung wurden PC-Programme der Universitaet Lund, Schweden, eingesetzt. In einem eigenen Projekt wurde ein Bericht zum Stand der Technik erstellt.

Flexibilität Nutzung für Wohn-, Gewerbe- und Industriegebiete, Teilvorhaben: Netto-Null Energie-Tertiärsystem

Entwicklung eines Hochleistungskreissägeblattes mit reduzierter Wärmeaufnahme, Teilvorhaben 3: Entwicklung einer adaptiven Kühlstrategie

Gesundheitsrisiken durch Hitze

<p>Sommerlich hohe Lufttemperatur birgt für Mensch und Umwelt ein hohes Schädigungspotenzial. Der Klimawandel führt nachweislich vermehrt zu extremer Hitze am Tag und in der Nacht, wodurch sich die gesundheitlichen Risiken für bestimmte Personengruppen erhöhen können. Für die Gesundheit von besonderer Bedeutung sind Phasen mit mehrtägig anhaltender, extremer Hitze.</p><p>Indikatoren der Lufttemperatur: Heiße Tage und Tropennächte</p><p>Die klimatologischen Kenngrößen „Heiße Tage“ und „Tropennächte“ des Deutschen Wetterdienstes (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DWD#alphabar">DWD</a>⁠) werden unter anderem zur Beurteilung von gesundheitlichen Belastungen verwendet. So ist ein „Heißer Tag“ definiert als Tag, dessen höchste Temperatur oberhalb von 30 Grad Celsius (°C) liegt, und eine „Tropennacht“ als Nacht, deren niedrigste Temperatur 20 °C nicht unterschreitet.</p><p>Die raumbezogene Darstellung von „Heißen Tagen“ (HT) und „Tropennächten“ (TN) über die Jahre 2000 bis 2024 zeigt, dass diese zum Beispiel während der extremen „Hitzesommer“ in den Jahren 2003, 2015, 2018 und 2022 in Deutschland verstärkt registriert wurden (siehe interaktive Karte „Heiße Tage/Tropennächte“).</p><p>Zu beachten ist, dass ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Heie_Tage#alphabar">Heiße Tage</a>⁠ und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Tropennchte#alphabar">Tropennächte</a>⁠ regional unterschiedlich verteilt und ausgeprägt sein können, wie die Sommer der Jahre 2015, 2018, 2019 und 2022 zeigen. So traten Heiße Tage 2015 erheblich häufiger in Süddeutschland (maximal 40 HT) als in Norddeutschland (2015: maximal 18 HT) auf. Auch Tropennächte belasteten die Menschen im Süden und Westen Deutschlands häufiger: 2015 in Südwestdeutschland (maximal 13 TN). Besonders und wiederkehrend betroffen von extremer Hitze Demgegenüber betraf die extreme Hitze der Sommer 2018 und 2019 sind einige Teilregionen Süd- und Südwestdeutschlands (oberes Rheintal und Rhein-Maingebiet) sowie weite Teile Mittel- und Ostdeutschlands, wie Südbrandenburg und Sachsen (bis zu 45 HT und 13 TN). Während 2022 vor allem die Oberrheinische Tiefebene von Basel bis Frankfurt am Main sowie weitere Ballungsräume in Süddeutschland mit weit mehr als 30 Heißen Tage betroffen waren, lag der Hitzeschwerpunkt des Sommers 2024 mit bis zu 30 Heißen Tagen erneut in Brandenburg und Sachsen, bei nur sehr wenigen Tropennächten. 2025 gab es 11 Heiße Tage (gemittelt über die Fläche Deutschlands).</p><p>Informationen zur interaktiven Karte</p><p>Quellen: ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Heie_Tage#alphabar">Heiße Tage</a>⁠ 2000-2025 – ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DWD#alphabar">DWD</a>⁠/Climate Data Center, ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Tropennchte#alphabar">Tropennächte</a>⁠ 2000-2025 – DWD/Climate Data Center; Daten für 2025 – Persönliche Mitteilung des DWD vom 14.11.2025.</p><p>Die Bearbeitung der interaktiven Karte erfolgt durch das Umweltbundesamt, FG I 1.6 und I 1.7.</p><p>Gesundheitsrisiko Hitze</p><p>Der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimawandel#alphabar">Klimawandel</a>⁠ beeinflusst in vielfältiger Weise unsere Umwelt. Klimamodelle prognostizieren, dass der Anstieg der mittleren jährlichen Lufttemperatur zukünftig zu wärmeren bzw. heißeren Sommern mit einer größeren Anzahl an Heißen Tagen und Tropennächten führen wird. Extreme Hitzeereignisse können dann häufiger, in ihrer Intensität stärker und auch länger anhaltend auftreten. Es gibt bereits belastbare Hinweise darauf, dass sich die maximale Lufttemperatur in Deutschland in Richtung extremer Hitze verschieben wird (vgl. Friedrich et al. 2023). Dieser Trend ist in der Abbildung „Anzahl der Tage mit einem Lufttemperatur-Maximum über 30 Grad Celsius“ bereits deutlich erkennbar.</p><p>Die mit der Klimaerwärmung verbundene zunehmende Hitzebelastung ist zudem von erheblicher gesundheitlicher Bedeutung, da sie den Organismus des Menschen in besonderer Weise beansprucht und zu Problemen des Herz-Kreislaufsystems führen kann. Außerdem fördert eine hohe Lufttemperatur zusammen mit intensiver Sonneneinstrahlung die Entstehung von gesundheitsgefährdendem bodennahem Ozon (siehe <a href="https://www.umweltbundesamt.de/daten/umwelt-gesundheit/gesundheitsrisiken-durch-ozon">„Gesundheitsrisiken durch Ozon“</a>). Anhaltend hohe Lufttemperatur während Hitzeperioden stellt ein zusätzliches Gesundheitsrisiko für die Bevölkerung dar. Bei Hitze kann das körpereigene Kühlsystem überlastet werden. Als Folge von Hitzebelastung können bei empfindlichen Personen Regulationsstörungen und Kreislaufprobleme auftreten. Typische Symptome sind Kopfschmerzen, Erschöpfung und Benommenheit. Ältere Menschen und Personen mit chronischen Vorerkrankungen (wie zum Beispiel Herz-Kreislauf-Erkrankungen) sind von diesen Symptomen besonders betroffen. So werden während extremer Hitze einerseits vermehrt Rettungseinsätze registriert, andererseits verstarben in den beiden Hitzesommern 2018 und 2019 in Deutschland insgesamt etwa 15.600 Menschen zusätzlich an den Folgen der Hitzebelastung (vgl. Winklmayr et al. 2022). Modellrechnungen prognostizieren für Deutschland, dass zukünftig mit einem Anstieg hitzebedingter Mortalität von 1 bis 6 Prozent pro einem Grad Celsius Temperaturanstieg zu rechnen ist, dies entspräche über 5.000 zusätzlichen Sterbefällen pro Jahr durch Hitze bereits bis Mitte dieses Jahrhunderts.</p><p>Der Wärmeinseleffekt: Mehr Tropennächte in Innenstädten</p><p>Eine Studie untersuchte die klimatischen Verhältnisse von vier Messstationen in Berlin für den Zeitraum 2001-2015 anhand der beiden Kenngrößen „Heiße Tage“ und „Tropennächte“. Während an den unterschiedlich gelegenen Stationen die Anzahl Heißer Tage vergleichbar hoch war, traten ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Tropennchte#alphabar">Tropennächte</a>⁠ an der innerhalb dichter, innerstädtischer Bebauungsstrukturen gelegenen Station wesentlich häufiger (mehr als 3 mal so oft) auf, als auf Freiflächen (vgl. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/4031/publikationen/uba_krug_muecke.pdf">Krug &amp; Mücke 2018</a>). Eine Innenstadt speichert die Wärmestrahlung tagsüber und gibt sie nachts nur reduziert wieder ab. Die innerstädtische Minimaltemperatur kann während der Nacht um bis zu 10 Grad Celsius über der am Stadtrand liegen. Dies ist als städtischer Wärmeinseleffekt bekannt.</p><p>Hitzeperioden</p><p>Von besonderer gesundheitlicher Bedeutung sind zudem Perioden anhaltender Hitzebelastung (umgangssprachlich „Hitzewellen“), in denen ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Heie_Tage#alphabar">Heiße Tage</a>⁠ in Kombination mit Tropennächten über einen längeren Zeitraum auftreten können. Sie sind gesundheitlich äußerst problematisch, da Menschen nicht nur tagsüber extremer Hitze ausgesetzt sind, sondern der Körper zusätzlich auch in den Nachtstunden durch eine hohe Innenraumtemperatur eines wärmegespeicherten Gebäudes thermophysiologisch belastet ist und sich wegen der fehlenden Nachtabkühlung nicht ausreichend gut erholen kann. Ein Vergleich von Messstellen des Deutschen Wetterdienstes (⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/d?tag=DWD#alphabar">DWD</a>⁠) in Hamburg, Berlin, Frankfurt/Main und München zeigt, dass beispielsweise während der ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/h?tag=Hitzesommer#alphabar">Hitzesommer</a>⁠ 2003 und 2015 in Frankfurt/Main 6 mehrtägige Phasen beobachtet wurden, an denen mindestens 3 aufeinanderfolgende Heiße Tage mit sich unmittelbar anschließenden Tropennächten kombiniert waren&nbsp;(vgl. <a href="https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/4031/publikationen/uba_krug_muecke.pdf">Krug &amp; Mücke 2018</a>). Zu erwarten ist, dass mit einer weiteren Erwärmung des Klimas die Gesundheitsbelastung durch das gemeinsame Auftreten von Heißen Tagen und Tropennächten während länger anhaltender Hitzeperioden – wie sie zum Beispiel in den Sommern der Jahre 2003, 2006, 2015 und vor allem 2018 in Frankfurt am Main beobachtet werden konnten – auch in Zukunft zunehmen wird (siehe Abb. „Heiße Tage und ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/t?tag=Tropennchte#alphabar">Tropennächte</a>⁠ 2001 bis 2020“). Davon werden insbesondere die in den Innenstädten (wie in Frankfurt am Main) lebenden Menschen betroffen sein. Eine Fortschreibung der Abbildung über das Jahr 2020 hinaus ist aktuell aus technischen Gründen leider nicht möglich.&nbsp;</p><p><em>Tipps zum Weiterlesen: </em></p><p><em>Winklmayr, C., Muthers, S., Niemann, H., Mücke, H-G, an der Heiden, M (2022): Hitzebedingte Mortalität in Deutschland zwischen 1992 und 2021. Dtsch Arztebl Int 2022; 119: 451-7; DOI: 10.3238/arztebl.m2022.0202</em></p><p><em>Bunz, M. &amp; Mücke, H.-G. (2017): ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/k?tag=Klimawandel#alphabar">Klimawandel</a>⁠ – physische und psychische Folgen. In: Bundesgesundheitsblatt 60, Heft 6, Juni 2017, S. 632-639.</em></p><p><em>Friedrich, K. Deutschländer, T., Kreienkamp, F., Leps, N., Mächel, H. und A. Walter (2023): Klimawandel und Extremwetterereignisse: Temperatur inklusive Hitzewellen. S. 47-56. In: Guy P. Brasseur, Daniela Jacob, Susanne Schuck-Zöller (Hrsg.) (2023): Klimawandel in Deutschland. Entwicklung, Folgen, Risiken und Perspektiven. 2. Auflage, 527 S., über 100 Abb., Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-662-6669-8 (eBook): Open Access.</em></p>

EcoForge - Leittechnologie für Morgen: Ressourceneffiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile, Teilprojekt 6: Kontrollierte Abkühlung von Bauteilen aus der Schmiedewärme

Motivation: Durch die Einstellung des Werkstoffgefüges direkt aus der Schmiedehitze sind ressourcen- und energieeffiziente Prozessketten in der Umformindustrie realisierbar. Eine gezielte Temperatur-Zeit-Führung der Bauteile in der Wärmebehandlung ermöglicht es, die Werkstoffgefüge zu optimieren und die Prozesskette in der Produktion hochbeanspruchter Schmiedebauteile zu verkürzen und somit einen Vorsprung in der Entwicklung zu erlangen. Zielsetzung: - Verkürzung der Prozesskette - Einstellen des Werkstoffgefüges durch kontrollierte Zeit-Temperatur-Umwandlungsverläufe - Abkühlen aus der Schmiedewärme - Integration einer sicheren und energieeffizienten Prozessführung. Lösungsweg: Der Lösungsweg baut auf experimentellen und simulativen Untersuchungen adaptierter Abkühlprozesse auf. Der Temperatur-Zeit-Verlauf im Wärmebehandlungsprozess kann in drei Hauptbereiche unterteilt werden: - zügiges Abkühlen auf Bainitisierungstemperatur TB1 - isothermes Halten während der Bainitisierung TB2 - geregeltes Abkühlen aus der Bainitisierung TB3. Kontinuierliches ZTU-Diagramm eines HDB-Stahls mit möglicher Abkühlkurve. TB 1: zügiges Abkühlen auf Bainit - TBS. Die Wärmebehandlung der Schmiedebauteile erfolgt über eine kontrollierte Düsenfeldabschreckung. Düsenfeldabschreckung: Jets und Sprays. TB 2: isothermes Halten auf Bainitisierungstemperatur. Über einen Heißgasprozess ist ein isothermes Halten der Bauteile auf Bainittemperatur möglich. TB3: geregelte Abkühlung auf RT. Die Abkühlung auf RT erfolgt wiederum mittels Düsenfeldabschreckung.

Gründachkataster NRW

Das Gründachkataster NRW informiert über die Potenziale einer nachträglichen Dachbegrünung, es dient Eigentümern zur Orientierung und liefert kommunalen Akteuren wichtige Grundlagendaten für Klimaanpassungsstrategien. Bei den Daten handelt es sich um Modellergebnisse, die einer unverbindlichen Erstinformation dienen und nicht um exakte Messdaten. Die errechneten Werte können von den tatsächlichen Gegebenheiten aus methodischen Gründen abweichen und sind als Orientierung zu verstehen. Dachbegrünungen lassen sich nur nach Prüfung der örtlichen Gegebenheiten, insbesondere der Statik, durchführen. Dachfenster und Ähnliches können nicht erkannt werden. Prinzipiell sollten bei größeren Dachteilflächen Fachunternehmen für die nachträgliche Dachbegrünung beauftragt werden. Gegebenenfalls sind Auflagen des Denkmalschutzes oder lokale Gestaltungssatzungen zu beachten.

Aufbau eines Netzwerkes von Altbaumspezialisten in Deutschland ArBoR:Net als Experten-Plattform der Deutschen Dendrologischen Gesellschaft e. V. (DDG)

Zielsetzung: Die Klimawirkungen (Kühlung, Beschattung, Luftbefeuchtung, CO2-Bindung etc.) alter Bäume mit großen Kronen sind erheblich. Durch die Verlängerung ihrer Lebenszeit werden diese Wirkungen vergrößert und länger wirksam. Uraltbäume weisen zudem in überwältigenden Ausmaß Lebensgemeinschaften auf, die es an deutlich jüngeren Bäumen so nicht gibt. Diese sollen behutsam und längstmöglich geschützt werden und erhalten bleiben. Es gibt bisher kein online-Netzwerk für Altbaum-Spezialisten in Deutschland. Für Altbäume existiert zudem noch kein Handlungsleitfaden für angepasste Pflegemaßnahmen, aufbauend auf dem Stand des Wissens. Und es gibt bisher keinen nachgewiesen über 1000-jährigen Baum in Deutschland - das soll und muss sich ändern. Dafür soll eine (digitale) Experten-Plattform etabliert werden, auf der ein Erfahrungsaustausch, die Entwicklung und Diskussion neuer Ansätze der Kronenpflege und -sicherung von Altbäumen sowie eine innovative Methodenentwicklung zur Baumkontrolle dieser Bäume mittels Drohnenbefliegung etabliert wird. Zudem sollen mit diesem online-Netzwerk und der digitalen Experten-Plattform modellhaft neue Methoden der Pflege und Monitoringansätze entwickelt sowie bestehende Methoden evaluiert und an die Erfordernisse der Altbaumbesonderheiten angepasst werden. Dies erfolgt am Beispiel der dafür besonders geeigneten Nationalerbe-Bäume. Ziel des Projektes ist der Aufbau eines online-Netzwerkes ArBoR:Net (Netzwerk zur AltBaum-Rettung, auf der Internet-Plattform der DDG) von in der Baumpflege tätigen Altbaum-Spezialisten, die durch Kompetenz, Offenheit für Innovationen, Weitsicht, Einfühlungsvermögen und Respekt für die Lebensweise alter Bäume ausgewiesen sind. Dafür werden geeignete junge Fachleute (KMU-Teams von 2-3 Engagierten, Alter höchstens ca. 35 Jahre, da ausdrücklich junge Baumpflege-Teams beim Aufbau ihrer beruflichen Laufbahn unterstützt werden sollen, u.a. durch ein Zertifikat) gezielt eingeladen oder können sich beim Projektleiter per E-Mail an Prof. Roloff: andreas.roloff@tu-dresden.de bewerben mit einer Vorstellung - ihrer Kompetenz in Altbaum-Pflege und -Sicherungsmaßnahmen (1-2 Referenzbäume mit Fotos), - ihres Management-Konzeptes für Altbäume - und einer Begründung für ihr Interesse an einer Mitarbeit.

Stehende Kleingewässer im Klimawandel: Bewertung, Schutz und Bewirtschaftung

Kleine stehende Gewässer sind besonders vom Klimawandel betroffen. Sie sind der häufigste nationale Gewässertyp, haben eine sehr hohe Bedeutung für den Landschaftswasserhaushalt, die 'Kühlung' von Landschaft und Städten, den Biotopverbund und als Refugien für Pflanzen und Tiere (also FFH, NBS, CBD etc.). Das Vorhaben hat das Ziel Ansätze zur klimatischen, wasserwirtschaftlichen und ökologischen Bewertung dieses Gewässertyps zu entwickeln und einen 'Best Praxis'-Maßnahmen-Leitfaden zum Schutz dieses Gewässertyps zu erarbeiten.

Erforschung und Demonstration eines ultrakompakten, filterlosen Vollumrichters für Hochleistungs-Windenergieanlagen, Teilvorhaben: Leistungshalbleiterinnovationen

Die Leistung von Windenergieanlagen ist in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich gewachsen. Dieser Trend wird sich auch in Zukunft fortsetzen. Um Kabelquerschnitte und Kabelverluste im Turm klein halten zu können, wird in modernen Windenergieanlagen der Transformator in der Gondel platziert. Damit muss auch der Stromrichter in der Gondel realisiert werden. Dies stellt hohe Anforderungen an die Kompaktheit des Stromrichters, vor allem wenn sich dessen Leistung beim Übergang von doppelt gespeisten Asynchrongeneratoren mit Teilumrichter auf Synchrongeneratoren mit Vollumrichter verdreifacht. Hier setzt das Vorhaben VollWind an. Kerngedanke ist es, durch Elimination der Filterdrosseln die Leistungsdichte des Stromrichters erheblich zu steigern. Dieser disruptive Ansatz stellt nicht nur hohe Anforderungen an den Stromrichter selber, sondern auch an den Generator und den Transformator. Gleichzeitig muss auch die Leistungsdichte des eigentlichen Stromrichterkerns deutlich erhöht werden, was neuartige Leistungshalbleitermodule erfordert. Die VollWind-Partner decken die komplette Kette vom Leistungshalbleiter, seiner Ansteuerung, den Stromrichtertopologien, ihrer Steuerung und Regelung bis hin zur Entwicklung vollständiger Stromrichter und deren Erprobung mit ertüchtigten Generatoren und neuartigen Transformatoren in der Zielapplikation ab. Im Teilvorhaben von Infineon erfolgt die Erforschung neuartiger Leistungshalbleitermodule. Die erforderliche Leistungssteigerung wird erreicht, in dem ein Modul gezielt auf die Anforderungen der Generatorseite - hohe Leistung im generatorischen Betrieb, niedrige Schaltfrequenz - und ein zweites gezielt auf die der Netzseite - hohe Leistung im Wechselrichterbetrieb, hohe Schaltfrequenz - optimiert wird. Durch die Kombination von Si- und SiC-Chiptechnologien in Kombination mit einer innovativen offen Kühlung wird ein optimales Verhältnis aus Leistung und Kosten angestrebt.

Tunnelgeothermieanlage Rosensteintunnel in Stuttgart + Messprogramm

Die Landeshauptstadt Stuttgart (Baden-Württemberg) plant, in der Nähe des Stuttgarter Zoos 'Wilhelma' eine Tunnelgeothermieanlage in den neu zu errichtenden Rosensteintunnel zu implementieren. Ziel des Vorhabens ist, die geothermische Wärme und die Abwärme des Straßenverkehrs zum Beheizen des benachbarten, neu zu errichtenden Gebäudes (z.B. Elefantenhaus), zur Wassertemperierung der Elefantenduschen und der Außenbecken im Zoo 'Wilhelma' zu nutzen sowie gleichzeitig die Tunnelbetriebstechnik zu kühlen. Übertragen wird die Wärme durch neuartige fluiddurchflossene Absorberleitungen, die in dem Teil des Tunnels zwischen dessen Innen- und der Außenschale verlegt werden. Die Wärmetauscherflüssigkeit nimmt die in der Erde und die in der Tunnelluft enthaltene Wärme auf und gibt diese über eine Wärmepumpe reguliert ab. Der jährliche Wärmebedarf für das Elefantenhaus wird mit 1.382 Megawattstunden und der jährliche Strombedarf für die Kühlung der Tunnelbetriebstechnik mit 219 Megawattstunden prognostiziert. Die zu erwartende CO2-Minderung durch die Versorgung des Elefantenhauses und die Eigenversorgung des Tunnels beträgt jährlich insgesamt 201 Tonnen CO2 bzw. 51 Prozent der Gesamtemissionen. Darüber hinaus werden weitere Luftschadstoffe, wie Staub, Kohlenmonoxid und flüchtige organische Kohlenwasserstoffe (VOC), vermieden.

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