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Teil: preCICE

Das Projekt "Teil: preCICE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Forschungs- und Lehreinheit Informatik V, Lehrstuhl für Informatik V: Wissenschaftliches Rechnen durchgeführt. Durch den Einsatz passiver Sicherheitssysteme bei Reaktoren der Generation 3+ können der Kühlkreislauf und das Containment nicht mehr getrennt voneinander betrachtet werden. So sind zum Beispiel bei Gebäudekondensatoren physikalische Effekte beider Systeme stark gekoppelt: Thermohydraulik in den Rohrleitungen, Wärmeleitung in komplizierten dreidimensionalen Strukturen (Kühlrippen) und eine konvektive Gas- oder Dampfströmung auf der Kondensatoraußenseite. Die Simulation des Gesamtsystems ist daher ein Multiphysikproblem, und damit ist eine Kopplung mehrerer Simulationsprogramme notwendig. Eine allgemeine Code-unabhängige Kopplung kann mittels der Open-Source Kopplungsbibliothek preCICE, die am Lehrstuhl für Wissenschaftliches Rechnen der Technischen Universität München und am Lehrstuhl für Simulation Großer Systeme an der Universität Stuttgart entwickelt wird, sehr effizient realisiert werden. Im Rahmen dieses Projektes wollen wir eine preCICE-Schnittstelle für AC2 entwickeln. Diese soll zuerst für das Modul ATHLET implementiert werden. Da schon eine große Anzahl verschiedenster Simulationsprogramme wie ANSYS Fluent, COMSOL, OpenFOAM, CalculiX, oder Code-Aster über eine preCICE-Schnittstelle verfügen, würden dadurch alle diese Programme unmittelbar für gekoppelte Analysen mit ATHLET nutzbar. Ein weiterer Vorteil dieser Schnittstelle ist, dass dadurch nicht nur die gleichzeitige Kopplung von zwei Rechenprogrammen, sondern drei oder auch mehr, möglich ist. Die detaillierte Simulation des genannten Beispiels des Gebäudekondensators wird hierdurch erst möglich. Da ähnliche multiphysikalische Probleme auch bei den modularen Reaktoren, die in vielen Ländern als die Zukunft der Nukleartechnik gesehen, auftreten, ist die angestrebte Implementierung einer preCICE-Schnittstelle in ATHLET ein notwendiger Schritt für die Zukunftsfähigkeit von ATHLET.

Teilvorhaben: Software AG

Das Projekt "Teilvorhaben: Software AG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Software AG durchgeführt. Problemstellung: Auch im 21. Jahrhundert stellt die Luftverschmutzung noch ein enormes Gesundheitsrisiko dar. Bei ihrer Bekämpfung stehen Städte und Regionalverbände aber vor einem großen Problem: Ihnen stehen derzeit nur punktuell erhobene Daten zur Verfügung, wodurch ihnen der für effektive Maßnahmen erforderliche Überblick in der Fläche fehlt. Diese Blindstelle soll durch die Daten des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus geschlossen werden. So erlauben es die jüngsten Satellitenmissionen, Luftschadstoffe tagesaktuell in hoher Auflösung vom Orbit aus zu erfassen. Projektziel: Ziel von SAUBER ist es, die Daten des Copernicus-Programms für eine nachhaltige Stadt- bzw. Regionalentwicklung zu erschließen. SAUBER wird dabei nicht nur einen flächendeckenden Überblick über die aktuelle, sondern dank des Einsatzes Künstlicher Intelligenz auch Prognosen und Simulationen der zukünftigen Luftqualität bieten. So können besonders belastete Gebiete im Vorhinein identifiziert und die drohende Luftverschmutzung durch proaktive Umplanungen reduziert ggf. sogar ganz vermieden werden. Durchführung: Um die Detailschärfe der Satellitendaten zu erhöhen, werden sie mit weiteren Daten angereichert - u.a. mit Verkehr- und Wetterdaten sowie den Ergebnissen der lokalen Messstationen. Die verschnittenen Daten werden mit analytischen Verfahren ausgewertet, so dass sich ein flächendeckendes, zugleich aber detailliertes Bild Luftqualität ergibt. Dieses Bild geht dabei einerseits in der räumlichen Abdeckung über die derzeit nur punktuellen Messungen der Luftqualität hinaus und übertrifft andererseits im Detailgrad die Auflösung der Satellitendaten.

Teilvorhaben: geomer GmbH

Das Projekt "Teilvorhaben: geomer GmbH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von geomer GmbH durchgeführt. Problemstellung: Auch im 21. Jahrhundert stellt die Luftverschmutzung noch ein enormes Gesundheitsrisiko dar. Bei ihrer Bekämpfung stehen Städte und Regionalverbände aber vor einem großen Problem: Ihnen stehen derzeit nur punktuell erhobene Daten zur Verfügung, wodurch ihnen der für effektive Maßnahmen erforderliche Überblick in der Fläche fehlt. Diese Blindstelle soll durch die Daten des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus geschlossen werden. So erlauben es die jüngsten Satellitenmissionen, Luftschadstoffe tagesaktuell in hoher Auflösung vom Orbit aus zu erfassen. Projektziel: Ziel von SAUBER ist es, die Daten des Copernicus-Programms für eine nachhaltige Stadt- bzw. Regionalentwicklung zu erschließen. SAUBER wird dabei nicht nur einen flächendeckenden Überblick über die aktuelle, sondern dank des Einsatzes Künstlicher Intelligenz auch Prognosen und Simulationen der zukünftigen Luftqualität bieten. So können besonders belastete Gebiete im Vorhinein identifiziert und die drohende Luftverschmutzung durch proaktive Umplanungen reduziert ggf. sogar ganz vermieden werden. Durchführung: Um die Detailschärfe der Satellitendaten zu erhöhen, werden sie mit weiteren Daten angereichert - u.a. mit Verkehr- und Wetterdaten sowie den Ergebnissen der lokalen Messstationen. Die verschnittenen Daten werden mit analytischen Verfahren ausgewertet, so dass sich ein flächendeckendes, zugleich aber detailliertes Bild Luftqualität ergibt. Dieses Bild geht dabei einerseits in der räumlichen Abdeckung über die derzeit nur punktuellen Messungen der Luftqualität hinaus und übertrifft andererseits im Detailgrad die Auflösung der Satellitendaten.

Teilvorhaben: Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung e.V

Das Projekt "Teilvorhaben: Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung e.V" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung e.V. durchgeführt. Problemstellung: Auch im 21. Jahrhundert stellt die Luftverschmutzung noch ein enormes Gesundheitsrisiko dar. Bei ihrer Bekämpfung stehen Städte und Regionalverbände aber vor einem großen Problem: Ihnen stehen derzeit nur punktuell erhobene Daten zur Verfügung, wodurch ihnen der für effektive Maßnahmen erforderliche Überblick in der Fläche fehlt. Diese Blindstelle soll durch die Daten des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus geschlossen werden. So erlauben es die jüngsten Satellitenmissionen, Luftschadstoffe tagesaktuell in hoher Auflösung vom Orbit aus zu erfassen. Projektziel: Ziel von SAUBER ist es, die Daten des Copernicus-Programms für eine nachhaltige Stadt- bzw. Regionalentwicklung zu erschließen. SAUBER wird dabei nicht nur einen flächendeckenden Überblick über die aktuelle, sondern dank des Einsatzes Künstlicher Intelligenz auch Prognosen und Simulationen der zukünftigen Luftqualität bieten. So können besonders belastete Gebiete im Vorhinein identifiziert und die drohende Luftverschmutzung durch proaktive Umplanungen reduziert ggf. sogar ganz vermieden werden. Durchführung: Um die Detailschärfe der Satellitendaten zu erhöhen, werden sie mit weiteren Daten angereichert - u.a. mit Verkehr- und Wetterdaten sowie den Ergebnissen der lokalen Messstationen. Die verschnittenen Daten werden mit analytischen Verfahren ausgewertet, so dass sich ein flächendeckendes, zugleich aber detailliertes Bild Luftqualität ergibt. Dieses Bild geht dabei einerseits in der räumlichen Abdeckung über die derzeit nur punktuellen Messungen der Luftqualität hinaus und übertrifft andererseits im Detailgrad die Auflösung der Satellitendaten.

Teilvorhaben: FhG

Das Projekt "Teilvorhaben: FhG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut (HHI) durchgeführt. Problemstellung: Auch im 21. Jahrhundert stellt die Luftverschmutzung noch ein enormes Gesundheitsrisiko dar. Bei ihrer Bekämpfung stehen Städte und Regionalverbände aber vor einem großen Problem: Ihnen stehen derzeit nur punktuell erhobene Daten zur Verfügung, wodurch ihnen der für effektive Maßnahmen erforderliche Überblick in der Fläche fehlt. Diese Blindstelle soll durch die Daten des Erdbeobachtungsprogramms Copernicus geschlossen werden. So erlauben es die jüngsten Satellitenmissionen, Luftschadstoffe tagesaktuell in hoher Auflösung vom Orbit aus zu erfassen. Projektziel: Ziel von SAUBER ist es, die Daten des Copernicus-Programms für eine nachhaltige Stadt- bzw. Regionalentwicklung zu erschließen. SAUBER wird dabei nicht nur einen flächendeckenden Überblick über die aktuelle, sondern dank des Einsatzes Künstlicher Intelligenz auch Prognosen und Simulationen der zukünftigen Luftqualität bieten. So können besonders belastete Gebiete im Vorhinein identifiziert und die drohende Luftverschmutzung durch proaktive Umplanungen reduziert ggf. sogar ganz vermieden werden. Durchführung: Um die Detailschärfe der Satellitendaten zu erhöhen, werden sie mit weiteren Daten angereichert - u.a. mit Verkehr- und Wetterdaten sowie den Ergebnissen der lokalen Messstationen. Die verschnittenen Daten werden mit analytischen Verfahren ausgewertet, so dass sich ein flächendeckendes, zugleich aber detailliertes Bild Luftqualität ergibt. Dieses Bild geht dabei einerseits in der räumlichen Abdeckung über die derzeit nur punktuellen Messungen der Luftqualität hinaus und übertrifft andererseits im Detailgrad die Auflösung der Satellitendaten.

Teilvorhaben: wirtschaftliche Bewertung und Analyse der Systeme und des Gebäudebestandes und Mitarbeit im IEA-HPP Annex 'Heat Pumps in Multi-Family Buildings'

Das Projekt "Teilvorhaben: wirtschaftliche Bewertung und Analyse der Systeme und des Gebäudebestandes und Mitarbeit im IEA-HPP Annex 'Heat Pumps in Multi-Family Buildings'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Fachgebiet Strömungsmaschinen (FSM) durchgeführt. Wärmepumpen, die mit elektrischer Energie oder mit Brennstoffen angetrieben werden, haben ein erhebliches Potenzial zur Absenkung der spezifischen CO2-Emissionen für die Wärmebereitstellung im Bestand und in sanierten Gebäuden. Allerdings sind damit spezielle Anforderungen sowohl an die Raumübergabe bzw. Warmwasserbereitung (Wärmesenke) als auch die Nutzbarmachung von Umweltwärme (Wärmequelle) verbunden, insb. wenn der Exergiebedarf für die Wärmebereitstellung gering gehalten werden soll. Im Verbundvorhaben sollen LowEx (Niedrigexergie)-Systemkonzepte für Mehrfamilien-Bestandsgebäude umfassend analysiert und demonstriert werden. Im Analyse-Teil des Vorhabens soll die Zuordnung von Systemkonzepten zu MFH-Gebäudetypen und Typen von Sanierungsprozessen systematisch untersucht und bewertet werden unter Einbeziehung des erreichbaren Nutzerkomforts, wirtschaftlicher Aspekte und der erreichbaren Emissions-Senkung. Im Demonstrations-Teil des Vorhabens sollen im Rahmen eines größeren Projekt-Verbundes entwickelte Wärmepumpensysteme und Komponenten in beispielhaften Sanierungsvorhaben in Verbindung mit ausgewählten Wärmequellen, Speichern und Raumübergabesystemen als 'LowEx-Bestand-Konzepte' demonstriert werden. Über ein Monitoring der Demonstrationsobjekte sollen die Ergebnisse wissenschaftlich ausgewertet und mit Ergebnissen aus Simulationsrechnungen verglichen werden, um eine fundierte vergleichende Bewertung verschiedener Systemkonzepte zu ermöglichen. Die Arbeitspakete enthalten die Analyse des Mehrfamilienhausbestands und des Sanierungsprozesses, die Typisierung von LowEx-Systemkonzepten, die Modellierung und Simulation von Gesamtsystemen, die Demonstration neuartiger LowEx-Konzepte im MFH-Bestand und Markt- und ökonomische Analysen zur MFH-Bestandssanierung mit LowEx-Systemen.

Teilvorhaben: Systemsimulationen, Demonstration und Monitoring und Operating Agent im IEA-HPP Annex 'Heat Pumps in Multi-Family Buildings'

Das Projekt "Teilvorhaben: Systemsimulationen, Demonstration und Monitoring und Operating Agent im IEA-HPP Annex 'Heat Pumps in Multi-Family Buildings'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Wärmepumpen, die mit elektrischer Energie oder mit Brennstoffen angetrieben werden, haben ein erhebliches Potenzial zur Absenkung der spezifischen CO2-Emissionen für die Wärmebereitstellung im Bestand und in sanierten Gebäuden. Allerdings sind damit spezielle Anforderungen sowohl an die Raumübergabe bzw. Warmwasserbereitung (Wärmesenke) als auch die Nutzbarmachung von Umweltwärme (Wärmequelle) verbunden, insb. wenn der Exergiebedarf für die Wärmebereitstellung gering gehalten werden soll. Im Verbundvorhaben sollen LowEx (Niedrigexergie)-Systemkonzepte für Mehrfamilien-Bestandsgebäude umfassend analysiert und demonstriert werden. Im Analyse-Teil des Vorhabens soll die Zuordnung von Systemkonzepten zu MFH-Gebäudetypen und Typen von Sanierungsprozessen systematisch untersucht und bewertet werden unter Einbeziehung des erreichbaren Nutzerkomforts, wirtschaftlicher Aspekte und der erreichbaren Emissions-Senkung. Im Demonstrations-Teil des Vorhabens sollen im Rahmen eines größeren Projekt-Verbundes entwickelte Wärmepumpensysteme und Komponenten in beispielhaften Sanierungsvorhaben in Verbindung mit ausgewählten Wärmequellen, Speichern und Raumübergabesystemen als 'LowEx-Bestand-Konzepte' demonstriert werden. Über ein Monitoring der Demonstrationsobjekte sollen die Ergebnisse wissenschaftlich ausgewertet und mit Ergebnissen aus Simulationsrechnungen verglichen werden, um eine fundierte vergleichende Bewertung verschiedener Systemkonzepte zu ermöglichen. Die Arbeitspakete enthalten die Analyse des Mehrfamilienhausbestands und des Sanierungsprozesses, die Typisierung von LowEx-Systemkonzepten, die Modellierung und Simulation von Gesamtsystemen, die Demonstration neuartiger LowEx-Konzepte im MFH-Bestand sowie Markt- und ökonomische Analysen zur MFH-Bestandssanierung mit LowEx-Systemen.

Teilvorhaben: Konzeption und Betrieb von Großanlagen zur Grundwassernutzung in der Wärme- und Kälteversorgung

Das Projekt "Teilvorhaben: Konzeption und Betrieb von Großanlagen zur Grundwassernutzung in der Wärme- und Kälteversorgung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MEDFACILITIES GmbH durchgeführt. Im Vorhaben soll der Einsatz von Geothermie über die Nutzung des Grundwassers zur Wärme- und Kälteversorgung einer großen Liegenschaft untersucht, dokumentiert und bewertet werden, um eine Verbesserung der Planungs- und Betriebssicherheit von oberflächennaher Geothermie zu erreichen. Die aus acht Brunnen bestehende Anlage des Uniklinikums Köln soll zukünftig fünf Gebäude mit Wärme und Kälte versorgen. Die in der Gebäudeleittechnik hinterlegten Regelstrategien stimmen den Betrieb der Einzelkomponenten aufeinander ab. Neben den Daten der Brunnenanlage sollen auch die gebäude- und betriebsseitigen Lastgänge ermittelt und ausgewertet werden. Die Zusammenfassung der gesamten Liegenschaft in einem Energiemanagement mit dem Ziel der Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs soll im Betrieb evaluiert und bewertet werden. Die Anlage soll in einem Simulationsmodell abgebildet werden. Über die Untersuchung last- und witterungsabhängiger Betriebsstrategien der Brunnenanlage soll deren Verfügbarkeit untersucht und bewertet werden. Die Effizienz des gesamten Systems mit der Brunnenanlage, dem Freikühlbetrieb, dem Umschaltbetrieb zum Kühlen und Heizen sowie der Einkopplung konventioneller Wärme- und Kälteversorgung soll ebenfalls durch Simulation untersucht und bewertet werden. So können längerfristige Konsequenzen von Änderungen der Regelparameter bewertet und Optimierungsmöglichkeiten erkannt werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen in die Betriebsoptimierung einfließen. Über das Monitoring der gesamten Anlage soll das Zusammenspiel mit der Regelung analysiert und dokumentiert werden. Auf Basis der Erkenntnisse aus dem Projekt sollen Empfehlungen für die Planung, Umsetzung und den Betrieb oberflächennaher Geothermie in komplexen Versorgungsstrukturen erarbeitet werden. Wesentliches Ziel des Projektes ist die Analyse und Betriebsoptimierung sowie die energetische und wirtschaftliche Bewertung der Integration oberflächennaher Geothermie zur Wärme- und Kälteversorgung.

Nachhaltiges Heizen und Kühlen mit solarer Diffusions-Absorptionstechnik in Verbindung mit Geothermie

Das Projekt "Nachhaltiges Heizen und Kühlen mit solarer Diffusions-Absorptionstechnik in Verbindung mit Geothermie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik Stuttgart, Zentrum für angewandte Forschung an Fachhochschulen, Nachhaltige Energietechnik - zafh.net durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines thermisch betriebenen Gebäudeheizungs- und Kühlsystems unter Nutzung von Solarenergie und Geothermie. Die Kombination dieser Technologien ermöglicht eine emissions- und geräuscharme Klimatisierung von Gebäuden mit geringen laufenden Kosten. Darüber hinausgehend ist im Vergleich zur konventionellen Kompressionswärmepumpe eine erhebliche Einsparung an Primärenergie und damit verbundenen CO2-Emissionen zu erwarten. Als energetisch vorteilhafte Lösung soll in diesem Vorhaben die gewöhnliche elektrische Wärmepumpe durch eine rein thermisch angetriebene Diffusions-Absorptions-wärmepumpe/Kältemaschine (DAKM) ersetzt werden. Die Antriebswärme kann im Sommer fast vollständig, im Winter teilweise durch thermische Solarkollektoren bereitgestellt werden. Die Erdsonden können äußerst vorteilhaft im Sommer entweder zur direkten Kühlung des Gebäudes oder aber zur Abfuhr von Kondensator/Absorberwärme bei niedrigem Temperaturniveau genutzt werden, was die Leistungszahl der thermischen Kältemaschine deutlich steigert. In den Wintermonaten kann diese Energie dem Boden wieder entzogen werden und zum Heizen des Gebäudes genutzt werden. Dabei ergibt sich eine optimale Systemkombination, wenn die DAKM als Wärmepumpe genutzt wird. Der angestrebte Leistungsbereich der Anlage in diesem Vorhaben liegt bei 3,5 kW Kälteleistung bei einer Leistungszahl (COP) von 0,5 und 7,5 KW Heizleistung (COP 1,5).

Teilprojekt 1: Stakeholder-Dialog, lokales (Praxis-) Wissen und Wissenstransfer

Das Projekt "Teilprojekt 1: Stakeholder-Dialog, lokales (Praxis-) Wissen und Wissenstransfer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für sozial-ökologische Forschung (ISOE) GmbH durchgeführt. Jordanien ist sehr anfällig für die Auswirkungen des Klimawandels und erlebte in den letzten Jahren wiederholt folgenreiche Sturzfluten aufgrund von Starkregenereignissen. Das Verbundprojekt 'CapTain Rain' hat zum Ziel, geeignete Klimadienste für die Bewertung und Vorhersage von Sturzfluten zu entwickeln und Maßnahmen für eine Anpassung an den Klimawandel und Minderung von Katastrophenschäden zu identifizieren. Hierzu zählen auch Maßnahmen für die Wassersammlung und -ableitung bei Starkregenereignissen. Forschungsinstitute, Universitäten, Ministerien, Verwaltungsbehörden und drei KMUs aus Deutschland und Jordanien vereinigen ihr Wissen und ihre Erfahrungen, um (i) sozial-ökologische Treiber von Sturzfluten in den Wadi-Systemen Jordaniens zu analysieren, für eine bessere Simulation und Prognose von Sturzflutereignissen; (ii) sozial-ökologische Risiken von Sturzfluten anhand einer integrierten Vulnerabilitätsanalyse unter Berücksichtigung der Gefahr von Sturzfluten, der räumlichen Exposition, der Sensitivität und der Anpassungskapazität zu bewerten; (iii) Klimadienste für die Entscheidungsfindung auf der Grundlage von Dialogen mit den unterschiedlichen Stakeholdern und partizipativen Ansätzen zu entwickeln; (iv) und um Maßnahmen zur Verbesserung der Anpassungskapazität der lokalen Bevölkerung zu ermitteln. Klimadienste wie Risikokarten, Instrumente zur Verbesserung der Vorhersage von Sturzfluten und Empfehlungen für Anpassungsstrategien und Frühwarnsysteme werden kollaborativ und partizipativ aufbereitet und verfügbar gemacht. Das ISOE leitet das Verbundprojekt und die Gesamtkoordination erfolgt zu gleichen Teilen vom ISOE und der Hochschule Koblenz. Die inhaltlichen Schwerpunkte umfassen den Stakeholder Dialog und die transdisziplinäre Integration, die Analyse des lokalen (Praxis-) Wissens im Zusammenhang mit Anpassungsstrategien und den Wissenstransfer in die Praxis.

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