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Um die Klimaschutzziele der Bundesregierung zu erreichen sind im Rahmen der Energiewende die CO2-Emissionen besonders in den Sektoren Strom und Wärme durch geeignete Maßnahmen zu reduzieren. Aus diesem Grund liegt der Fokus auf einer Steigerung des Anteils regenerativer, CO2-freier Erzeugungsanlagen an der Energieversorgung. Kann man im Stromsektor bereits auf ein beachtliches Wachstum des Anteils erneuerbarer Energien in der Erzeugung zurückblicken, so stagnieren die Werte im Wärmebereich, obwohl dieser ein hohes Einsparpotenzial aufweist.
Zur Aktivierung der Wärmewende ist eine Vielzahl an Maßnahmen von Nöten. Eine Möglichkeit, erneuerbare Wärme in die Wärmeversorgung dicht besiedelter Stadtgebiete zu integrieren, stellen Wärmenetze dar. Die verlustarme Verteilung über weite Strecken ermöglicht eine verbrauchsferne Erzeugung, wodurch auch Gebiete ohne verfügbare Flächen beispielsweise mit solarthermischer Wärme versorgt werden können. Des Weiteren vereinfachen Wärmenetze die Kopplung der Sektoren Strom und Wärme, da sie durch die Brennstoff- und Erzeugungstechnologieoffenheit verstärkt durch Wärme aus Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK) und Power-to-heat-Systeme gespeist werden können. Die fluktuierende, nichtregelbare Erzeugung und Einspeisung erneuerbarer Energien stellt die Netzbetreiber allerdings vor neue Herausforderungen zur Sicherstellung eines stabilen Netzbetriebes.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen der vermehrten Einspeisung erneuerbarer Wärme auf alle weiteren Komponenten eines Energiesystems, welches aus Erzeugungs-, Verteilungs- und Speicherungsinfrastruktur besteht. Erneuerbare Wärmeerzeuger, insbesondere Solarthermieanlagen, sind durch eine fluktuierende, dargebotsabhängige Erzeugung charakterisiert. Aus diesem Grund sind der konventionelle Betrieb sowie bei Neubauprojekten die Auslegung der regelbaren KWK-Anlagen dahingehend anzupassen, dass ein möglichst hoher Anteil erneuerbare Wärme in die Versorgung integriert werden kann, ohne dass es zu wirtschaftlichen Einbußen für den Versorger kommt. Ebenso ist ein effizienter und stabiler Netzbetrieb zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Versorgungssicherheit von höchster Priorität. Zu diesem Zweck erfolgt im Rahmen dieser Arbeit die Erarbeitung von zwei Simulationsprogrammen, mit denen zum einen Wärmenetze verschiedenster Größe und Topologie sowie zum anderen regelbare und regenerative Erzeugungsanlagen sowie alle weiteren Komponenten eines Energiesystems zur Betriebssimulation abgebildet werden können.
Die Auswahl von drei geeigneten Simulationsszenarien und aussagekräftigen technischen sowie ökonomischen und ökologischen Kennzahlen ermöglicht neben einer umfassenden Bewertung ebenso die Ableitung von Handlungsmaßnahmen, die eine verstärkte Einbindung der Wärmewende in die Energiewende ermöglichen.
The earth as we know it can only continue to exist if humanity finds a way to switch to a sustainable use of energy and resources. This work contributes to the research carried out to achieve this goal by improving the coating of adsorptive materials. These are used in heat transformation and drying processes that allow for efficient temperature and humidity control in buildings. A central component of these adsorptive coatings is the binder that acts as "glue" in the manufacturing of the coating. In this work the methods to evaluate binder performance regarding their thermal stability under the process conditions, their mechanical stability and their influence on the adsorptive properties of the coating were established. The coatings have to meet special requirements due to the thermal stresses and low pressure atmosphere they experience in these applications. A selection of silicone binders was then characterized with the established tests according to these requirements. Additionally a selection of inorganic binders was investigated because they allow for the use of high desorption temperatures and thus a high energy efficiency of the process. Out of these binders Silres® MP50E emerged as the most promising one due to very good adsorptive properties of the coating, its good temperature stability and ease of use. While some of the inorganic binders showed very good adsorptive properties and temperature stability the mechanical stability of all inorganic binders was not sufficient for their use in adsorption heat transformation technology. This is the first time that a broad selection of binders was evaluated with regards to adsorptive coatings and the results published in literature. With a suitable binder identified, the next step was to optimize the coating of the heat exchangers in order to work out how to manufacture the most efficient and powerful heat exchangers. Samples with different coating thicknesses were manufactured in small scale and full scale and their adsorption behavior was characterized. It could be shown for the first time that it is possible to increase energy efficiency by improving the mass ration of adsorber to coating and increase the delivered power at the same time. This was shown for small and full scale samples. It was shown that under the corresponding conditions the heat transfer from the coating layer to the adsorber metal substrate is the limiting step in the process. These results can now be used for the planning and construction of adsorbers. With knowledge of a suitable binder and how to coat efficient, powerful adsorbers, the coating process itself was improved to allow for industrial scale manufacturing. A central point here is the ability to control slurry rheology. Out of many rheology additives those that are suited for the application in adsorption heat transformation were identified and their influence on the slurry rheology thoroughly characterized. Additionally the process of slurry preparation could be simplified for several different adsorbents. Here it was shown that the supersonic deagglomeration step is not necessary to prepare a slurry. Extending the possible coating techniques and in addition to the dip coating process used so far, the spray coating of adsorptive coatings was established for the first time in literature. This process is widely used in the industry and allows for easier plugin into existing coating processes. For the coating of high resolution patterns a proof of concept of the screen printing process was carried out.
Enhancing cross-functional integration in new product development becomes increasingly important for industrial players to keep up with shorter product life cycles in technological innovation dynamics. Abundant research reflects the topic's significance, yet ambiguity in empirical results persists and industrial adoption of existing methods remains incremental. This thesis employs a qualitative approach to build a case study at the design-manufacturing interface of new product development of electrified cars. Cross-functional coopetition, as the joint occurrence of cooperation and competition, is adopted to generate an in-depth understanding of integration dynamics. Socio-organizational and contextual aspects are found to shape integration in a new product development context substantially. A model of interface dynamics is developed which provides for analysis and prediction of these aspects' impact on effective integration. A grounded theory approach to enhance integration is explored that introduces constraints as stimuli to consider manufacturability aspects in the design process. Constraint introduction is found to positively impact both cross-functional integration and creativity, with eight characteristics of constraint quality identified as moderating factors. A theoretical model is contributed which outlines cause-effect relationships of constraints' impact on antecedents of new product development success. It substantiates constraints' role in innovation contexts and encourages application for design-manufacturing integration as well as for other interfaces or purposes.
Der Umbau des Bahnhofsbereichs in Wuppertal und die damit verbundene dreijährige Vollsperrung der Hauptverkehrsstraße Bundesstraße 7 wird in dieser Dissertation als ein urbanes Mobilitätslabor genutzt. Darin wird untersucht, wie sich eine Verkehrssystemstörung auf die Resilienz des Systems Stadtverkehr auswirkt. Insgesamt analysiert diese Arbeit die Auswirkung dieser Sperrung auf ein Konglomerat von zusammenhängenden Systemelementen. Die Herangehensweise zur Ermittlung des Gesamtbildes geschieht mit einem Multi-Methoden-Mix. Zu den wichtigsten Ergebnissen zählt, dass die B7-Sperrung trotz anfangs gegenteiliger Befürchtungen zu keinem Verkehrszusammenbruch führte und die Resilienz des Systems Stadtverkehr dafür verantwortlich zu machen ist. Das Nicht-Eintreffen eines Verkehrszusammenbruchs ist bedingt durch die Anpassungs- und Lernfähigkeit, die Robustheit und die Gewöhnung des Systems Stadtverkehr. Die B7-Sperrung war ein Auslöser für die Re-Evaluation des eigenen Mobilitätsverhaltens. Die Auswirkung auf die Luftqualität wird an Hand von Stickstoffdioxid beurteilt. Die Zu- und Abnahmen der NO2-Werte kongruieren mit den Zu- und Abnahmen der Verkehrsstärken. Dies kann darauf hindeuten, dass sowohl die Sperrung als auch die Wiedereröffnung einen Effekt auf die Luftqualität haben könnten. Das Interesse der lokalen Medien ließ parallel zur Eingewöhnung nach. Die Forschungsarbeit zeigt einen in den Verkehrswissenschaften neuartigen Ansatz, Verhaltensbeobachtungen während eines widrigen Ereignisses durchzuführen und messbar zu machen. Mit dieser Arbeit lässt sich belegen, dass nachhaltige Transformationsprozesse im Verkehr im Hinblick auf die Autonutzung gestaltbar sind - eine wichtige Erkenntnis mit hoher Bedeutung für die Raum- und Verkehrsplanung.