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Towards a more sustainable utilization of the urban geological subsurface: Insights from 3D thermohydraulic models

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[Quelle: http://d-nb.info]

In this thesis I attempt to provide answers to the issues by relying on numerical modeling studies which are based on a detailed 3D reconstruction of the underground and on physical principles of heat-, fluid- and mass transport. I present models of increasing complexity and detail concerning all physical processes and boundary conditions at work, enabling detailed representations of the present state, and a reconstruction of the natural state of the system, that is, before any human intervention. Based on the understanding gained from these studies, I derive some conclusive asserts on sustainable utilization scenarios in the underground of Berlin, and based on similarities, of other large urban centers. An initial set of models investigated, for a first time, the effect of major surface water bodies (lakes and rivers) on the thermal and hydraulic configuration of the subsurface. The results of these models show that major surface water bodies significantly modify the shallow to intermediate geothermal and hydrogeological setting especially where connected to areas showing a certain degree of overprinting by human activities. The second set of models focused on reconstructing the natural state, that is, the state before pumping activities commenced. This step was deemed necessary in order to be able to quantify the modifications to the subsurface hydrothermal configuration as related to human activities. The reconstructed "natural" state shows a complete replenishment of the depression cones, resulting in a shift of recharge and discharge areas, where rivers and lakes display gaining conditions only. In a latter stage, the author carried out a quantitative study on the energetic potential of the underground, by conducting a systematic analysis of the geothermal potential stored at different levels beneath the city of Berlin. Two approaches were chosen to identify and quantify promising areas for geothermal utilization. All of these model results show most importantly that the subsurface thermal, hydraulic and mass distribution is highly sensitive to the parameters under study, which highlights the amount of caution that should be given to any planned change in the utilization of this space. This relates to any planned geothermal utilization of the different groundwater compartments which should be studied in depth using the models of the thesis as starting conditions.

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Forschungsberichte

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Catherina Thiele, Dirk Lorenz, Thomas Scherer, Stephan Birk, Sebastian Simon
Leitungsdurchführungen im Holzbau
Abschlussbericht LeitHolz.
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Das Forschungsprojekt "Leitholz" beschäftigte sich mit der Anwendung und Prüfung von Leitungsabschottungen im Holzbau. Bekannte, im Massiv- oder Trockenbau zugelassene, Abschottungssysteme sollten bezüglich ihrer Anwendbarkeit im Holzbau untersucht werden. Weiterhin sollte überprüft werden, ob die Prüfbedingungen für Abschottungen im Massivbau auf Abschottungen in Holzbauteilen übertragen werden können. Aktuell stellt zur Leitungsabschottung im Holzbau eine gewerkübergreifende Lösung die gängige Praxis dar. An der Stelle der Leitungsdurchführung wird der Werkstoff Holz durch ein massives Bauteil (Beton / Mörtel) substituiert. Die Leitungsabschottung erfolgt dann innerhalb des massiven Bauteils. Abschottungssysteme können unter nicht wesentlicher Abweichung von ihren Anwendbarkeitsnachweisen eingebaut werden. Im Forschungsprojekt wird eine neue Methode "Holz-in-Holz" erarbeitet. Ziel ist an der Stelle der Leitungsdurchführung nicht weiter einen anderen Werkstoff einzubringen. Die Abschottung soll in Holzmodulen stattfinden.

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Stefan Gerhard, Ulrich Bruch
VeroGAK - Entwicklung eines verallgemeinerten offenen Gebäudeautomationskonzeptes. Abschlussbericht
Bau- und Wohnforschung, Band F 2479
2006, 34 S., 7 Abb., 2 Tab.,
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Mit dem Münchner Energiemanagement System (MEMS) wurde in den neunziger Jahren ein firmenneutrales Energiemanagementsystem für die öffentlichen Verwaltungen entwickelt. Der Arbeitskreis Maschinen und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV) unterstützte diese aus Bundesforschungsmittel finanzierte Entwicklung. Mit Hilfe von MEMS konnten erstmals verschiedene Anlagen unterschiedlicher Hersteller auf eine gemeinsame Managementebene aufgeschaltet werden. Allerdings ist MEMS auf die Bedürfnisse großer Kommunen oder Verwaltungen mit entsprechendem Personalbedarf zugeschnitten. Mit der Forschungsarbeit VeroGAK wurde das Konzept von MEMS für den Einsatz bei der Wohnungswirtschaft und bei kleineren Kommunen weiterentwickelt. Der besondere Schwerpunkt der Weiterentwicklung lag auf der Umstellung des Datenbanksystems von Oracle zu einem Open-Source-Datenbanksystem. Nach einem Vergleich unterschiedlicher Datenbanksysteme wurde PostgreSQL als beste Alternative zu Oracle gefunden. Das Datenschema von MEMS wurde von Oracle auf PostgreSQL portiert und die Schnittstelle (Kommunikationsprozess) des Datenbanksystems zu den anderen Softwaremodulen von MEMS überarbeitet. Ein Prototyp aus dem Datenbanksystem PostgreSQL mit portiertem Datenschema und angepasster Schnittstelle wurde entwickelt und betriebsnah getestet. Das Datenbanksystem PostgreSQL zeigte im Test eine teilweise bessere Performance als Oracle. Einschränkungen oder Probleme durch den Einsatz von PostgreSQL konnten keine festgestellt werden. Der Prototyp kann kostenlos über das Institut für ZukunftsEnergieSysteme bezogen werden. Als Ergebnis der Forschungsarbeit liegt ein System zur kostengünstigen Datenerfassung und -verarbeitung für gebäudetechnische Anlagen und Verbrauchszähler zur Verfügung.

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H. Trümper, Winfried Jansen
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Ziel der Arbeit ist die Untersuchung von Temperatur, Feuchte und Energieverbrauch in bewohnten Wohnungen bei verschiedenen Wohnungslüftungssystemen. In bewohnten Wohnungen gleicher Nutzung wurde sowohl eine mechanische Be- und Entlüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung, eine mechanische Entlüftung von innenliegenden Räumen und der Küche und eine natürliche Entlüftungsanlage "Berliner Lüftung" von nur den innenliegenden Räumen eingebaut. In den Räumen Wohnen, Eßplatz, Eltern und Kind wurde die Temperatur und die relative Feuchte gemessen und über einen längeren Zeitraum registriert, so daß sich aus dieser Datenmenge gesicherte Aussagen machen lassen. Ebenso wurde in einem Teil der Wohnungen der Heizenergie- und Stromverbrauch sowie die Außenwetterdaten gemessen. Es werden Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Außenwetterdaten, Heizenergie- und Stromverbrauch bei verschiedenen Lüftungssystemen für die Wohn- und Aufenthaltsbereiche im bewohnten Wohnungsbau graphisch dargestellt und ausgewertet. Folgende 3 Faktoren beeinflussen hauptsächlich das Wohngeschehen: a) Außenklima, b) Wohnverhalten, c) Lüftungssystem. Dabei nimmt der Einfluß der Faktoren in dieser Reihenfolge (a,b,c) zum Winter hin zu, d.h. die Wichtung ändert sich zwar, jedoch verschwindet der Einfluß der 3 Faktoren im einzelnen nicht. (-y-)

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Michael Cerveny
Neue Entwicklungen in der Deutschen Energiepolitik. Bericht über eine Studienreise in Sachen effiziente Energienutzung
Bauforschung, Band T 2308
1989, 104 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Der Report enthält die Ergebnisse zahlreicher Gespräche, die der Autor im Sommer 1988 in der BRD in Sachen effiziente Energienutzung geführt hat. Gesprächspartner waren Energiefachleute aus der Energiepolitik bzw. -administration, aus Energieversorgungsunternehmen, aus dem energiewirtschaftlich-universitären Bereich, aus der "Energiewende-Bewegung" und aus der Praxis. Der Schwerpunkt des Interesses galt den Energiesparpotentialen sowie den Möglichkeiten und Grenzen diese zu mobilisieren, aber auch der aktuellen und zukünftigen Entwicklung der Energiepolitik in der Bundesrepublik Deutschland. (-z-)

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Michael Zorzi
Entwurf für ein Verfahren zur Bewertung altlastenverdächtiger Altablagerungen und Altstandorte
Bauforschung, Band T 2271
1989, 99 S.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel dieses Verfahrens zur Abschätzung des von Altablagerungen und Altstandorten ausgehenden Risikos ist die Schaffung einer Dringlichkeitsreihung, in die die Einzelfälle nach der Höhe des festgestellten Risikos aufgenommen werden. Die Bewertung erfolgt im Kontext mit anderen gefährlichen oder weniger gefährlichen Standorten nach einheitlichen Bewertungskriterien, die durch Risikowerte quantifiziert werden. Dabei soll in der Vielzahl erhobener Verdachtsflächen eine Auslese jener Standorte stattfinden, die eine akute Gefahr für die Umwelt darstellen. Diese Standorte müssen in weiterer Folge einer sogenannten "individuellen" Bewertung zugeführt werden, deren Ziel die Beurteilung des Gefahrenpotentials durch Experten der einzelnen betroffenen Fachrichtungen entsprechend den standortspezifischen Gegebenheiten der Verdachtsfläche ist. Dieser Schritt kann mit dem vorgelegten Verfahren nicht durchgeführt werden. Der Bewertungsvorgang ist in die Detailbereiche Stoffinventar, Emissions- und Ausbreitungsverhalten und Nutzungssituation gegliedert. Eine weitere Aufgabe des vorliegenden Bewertungsverfahrens ist es, beizutragen, die Abschätzung der Gefährlichkeit nach einheitlichen Kriterien und Maßstäben durchzuführen, auch mit dem Aspekt, den Bewertungsvorgang jederzeit nachvollziehbar zu machen. (-y-)

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Zeitschriftenartikel

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Isenburg, Thomas
Hamburg: Hauptstadt für grünen Wasserstoff. Modellregion für die gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette
BWK Das Energie Fachmagazin, 2023

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Linke, Gerald
Wie kommen wir über den nahen Winter? Erläuterungen und Prognosen zu Speicherreichweiten und zur Versorgungssicherheit in Deutschland
gwf Gas + Energie, 2023

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Sommer, Hans; Stubinitzky, Alexander
Wasserstoffwirtschaft grün und global (kostenlos)
DBZ Deutsche Bauzeitschrift, 2023

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Raven, Christine von; Walther, Christoph
Energieoptimierte urbane Räume der Zukunft (kostenlos)
DBZ Deutsche Bauzeitschrift, 2023

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Jonas, Andrea
Energie, Produktion und Raum. Eine empirische Analyse zur regionalen Struktur des Energieverbrauchs in der Industrie
Informationen zur Raumentwicklung, 2022

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