Lüftungskonzepte für Schulen in Neubau-Projekten und Sanierungen: Erfassung des europäischen Wissensstands und Bearbeitung eines konkreten Fallbeispiels
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Titel
Lüftungskonzepte für Schulen in Neubau-Projekten und Sanierungen: Erfassung des europäischen Wissensstands und Bearbeitung eines konkreten Fallbeispiels
Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die gegenwärtige Situation und Entwicklung von Lüftungskonzepten an Europäischen Schulen. Hierbei erfolgt ein Vergleich, eine Analyse und Bewertung der aktuellen Normen und Richtlinien, insbesondere in der DACH-Region. Unterschiedliche Lüftungskonzeptionen bieten eine Vielfalt technischer Umsetzungsmöglichkeiten. Die steigende Relevanz nachhaltiger Lüftungskonzepte in Bildungseinrichtungen wird vor dem Hintergrund wachsender Herausforderungen im Bereich der Luftqualität und Energieeffizienz thematisiert. Die Raumluftqualität hat einen erheblichen Einfluss auf den Lernerfolg, weshalb ein angemessenes Lüftungskonzept als unerlässlich betrachtet wird. Obwohl die Forschung zur Lufthygiene bis ins 19. Jahrhundert zurückreicht, wird in den meisten europäischen Schulen nach wie vor konventionelle Fensterlüftung praktiziert. Um die aktuelle Situation verschiedener Lüftungskonzepte in Schulen zu erfassen, wurden Statistikämter der betreffenden Staaten befragt und Berichte von Institutionen für Lüftungstechnik analysiert.
Die COVID-19-Pandemie hat die Bedeutung eines effektiven Luftaustauschs betont und die Forschung zu Lüftungskonzepten wieder in den Fokus gerückt. Die Anwendung eines mechanischen Lüftungskonzepts wird aufgrund von Hygiene- und Energieeffizienzaspekten als nahezu unerlässlich betrachtet, obwohl dies mit höheren Investitionskosten und zunehmender Komplexität verbunden ist. Um die Wirtschaftlichkeit zu bewerten, wird eine Lebenszykluskostenanalyse für ein mechanisches Lüftungskonzept durchgeführt. Darüber hinaus erfolgt ein Vergleich und die Bewertung des Nutzens einer Wärmerückgewinnung in Neu- und Altbauten.
Trotz dieser Herausforderungen sollte die Schaffung eines gesunden Lernumfelds als Grundsatz betrachtet werden, der durch keine finanziellen Einschränkungen vernachlässigt werden darf. Ein wirksames Lüftungskonzept kann nicht nur zur Gesundheit beitragen, sondern auch langfristige Vorteile für die Lernleistung und das Wohlbefinden bieten. Die Bachelorarbeit strebt an, Impulse für die Anwendung und Optimierung von Lüftungsstrategien in Schulen, insbesondere in Altbauten und Sanierungskontexten, zu geben und somit einen aktuellen Beitrag zum europäischen Wissensstand in diesem Bereich zu liefern.
The present bachelor thesis examines the current situation and development of ventilation concepts in European schools. This involves comparing, analyzing, and evaluating current standards and guidelines, particularly in the DACH region. Various ventilation concepts offer a variety of technical implementation possibilities. The increasing importance of sustainable ventilation concepts in educational institutions is discussed in light of growing challenges in air quality and energy efficiency. Room air quality significantly influences student success, making an appropriate ventilation concept essential. Despite research on air hygiene dating back to the 19th century, conventional window ventilation is still commonly practiced in most European schools. To capture the current situation of different ventilation concepts in schools, statistics offices of the respective countries were consulted, and reports from ventilation technology institutions were analyzed.
The COVID-19 pandemic has emphasized the importance of effective air exchange, bringing research on ventilation concepts back into focus. The application of a mechanical ventilation concept is considered almost indispensable due to hygiene and energy efficiency considerations, although this comes with higher investment costs and increased complexity. To assess economic viability, a life cycle cost analysis is conducted for a mechanical ventilation concept. Additionally, a comparison and evaluation of the benefits of heat recovery in new and old buildings are carried out.
Despite these challenges, the creation of a healthy learning environment should be considered a fundamental principle that must not be neglected due to financial constraints. An effective ventilation concept can contribute not only to health but also offer long-term benefits for learning performance and well-being. The bachelor thesis aims to provide impulses for the application and optimization of ventilation strategies in schools, especially in old buildings and renovation contexts, thereby making a current contribution to the European state of knowledge in this field.
Lüftungskonzepte für Schulen in Neubau-Projekten und Sanierungen: Erfassung des europäischen Wissensstands und Bearbeitung eines konkreten Fallbeispiels
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Titel
Lüftungskonzepte für Schulen in Neubau-Projekten und Sanierungen: Erfassung des europäischen Wissensstands und Bearbeitung eines konkreten Fallbeispiels
Die vorliegende Bachelorarbeit untersucht die gegenwärtige Situation und Entwicklung von Lüftungskonzepten an Europäischen Schulen. Hierbei erfolgt ein Vergleich, eine Analyse und Bewertung der aktuellen Normen und Richtlinien, insbesondere in der DACH-Region. Unterschiedliche Lüftungskonzeptionen bieten eine Vielfalt technischer Umsetzungsmöglichkeiten. Die steigende Relevanz nachhaltiger Lüftungskonzepte in Bildungseinrichtungen wird vor dem Hintergrund wachsender Herausforderungen im Bereich der Luftqualität und Energieeffizienz thematisiert. Die Raumluftqualität hat einen erheblichen Einfluss auf den Lernerfolg, weshalb ein angemessenes Lüftungskonzept als unerlässlich betrachtet wird. Obwohl die Forschung zur Lufthygiene bis ins 19. Jahrhundert zurückreicht, wird in den meisten europäischen Schulen nach wie vor konventionelle Fensterlüftung praktiziert. Um die aktuelle Situation verschiedener Lüftungskonzepte in Schulen zu erfassen, wurden Statistikämter der betreffenden Staaten befragt und Berichte von Institutionen für Lüftungstechnik analysiert.
Die COVID-19-Pandemie hat die Bedeutung eines effektiven Luftaustauschs betont und die Forschung zu Lüftungskonzepten wieder in den Fokus gerückt. Die Anwendung eines mechanischen Lüftungskonzepts wird aufgrund von Hygiene- und Energieeffizienzaspekten als nahezu unerlässlich betrachtet, obwohl dies mit höheren Investitionskosten und zunehmender Komplexität verbunden ist. Um die Wirtschaftlichkeit zu bewerten, wird eine Lebenszykluskostenanalyse für ein mechanisches Lüftungskonzept durchgeführt. Darüber hinaus erfolgt ein Vergleich und die Bewertung des Nutzens einer Wärmerückgewinnung in Neu- und Altbauten.
Trotz dieser Herausforderungen sollte die Schaffung eines gesunden Lernumfelds als Grundsatz betrachtet werden, der durch keine finanziellen Einschränkungen vernachlässigt werden darf. Ein wirksames Lüftungskonzept kann nicht nur zur Gesundheit beitragen, sondern auch langfristige Vorteile für die Lernleistung und das Wohlbefinden bieten. Die Bachelorarbeit strebt an, Impulse für die Anwendung und Optimierung von Lüftungsstrategien in Schulen, insbesondere in Altbauten und Sanierungskontexten, zu geben und somit einen aktuellen Beitrag zum europäischen Wissensstand in diesem Bereich zu liefern.
The present bachelor thesis examines the current situation and development of ventilation concepts in European schools. This involves comparing, analyzing, and evaluating current standards and guidelines, particularly in the DACH region. Various ventilation concepts offer a variety of technical implementation possibilities. The increasing importance of sustainable ventilation concepts in educational institutions is discussed in light of growing challenges in air quality and energy efficiency. Room air quality significantly influences student success, making an appropriate ventilation concept essential. Despite research on air hygiene dating back to the 19th century, conventional window ventilation is still commonly practiced in most European schools. To capture the current situation of different ventilation concepts in schools, statistics offices of the respective countries were consulted, and reports from ventilation technology institutions were analyzed.
The COVID-19 pandemic has emphasized the importance of effective air exchange, bringing research on ventilation concepts back into focus. The application of a mechanical ventilation concept is considered almost indispensable due to hygiene and energy efficiency considerations, although this comes with higher investment costs and increased complexity. To assess economic viability, a life cycle cost analysis is conducted for a mechanical ventilation concept. Additionally, a comparison and evaluation of the benefits of heat recovery in new and old buildings are carried out.
Despite these challenges, the creation of a healthy learning environment should be considered a fundamental principle that must not be neglected due to financial constraints. An effective ventilation concept can contribute not only to health but also offer long-term benefits for learning performance and well-being. The bachelor thesis aims to provide impulses for the application and optimization of ventilation strategies in schools, especially in old buildings and renovation contexts, thereby making a current contribution to the European state of knowledge in this field.
In dieser Thesis wird ein Konzept und eine Software zur Generierung von Linux Devicetrees für den
von Toradex hergestellten iMX8MP entwickelt. Die Relevanz dieses Projekts ergibt sich aus der
Notwendigkeit, mit konkurrierenden Unternehmen mit vergleichbaren Softwarelösungen Schritt zu
halten und den Arbeitsaufwand der Kunden zu minimieren. Die Forschungsgrundlagen des
Devicetrees wurden untersucht, um eine Konfiguration von I2C-, SPI- und PWM-Geräten mit dem
vorhandenen Pinout-Generator zu ermöglichen. Das Ziel besteht darin, einen kompilierbaren und
bootfähigen Devicetree mit den genannten Geräten zu erstellen. Dazu wurde zunächst ein
Grundgerüst des Devicetrees entwickelt, gefolgt von der Erstellung und Integration von Codeblöcken
für Nodes und Pincontrols. Der resultierende Devicetree wurde kompiliert und getestet, wobei die
erfolgreiche Konfiguration von PWM-Geräten erzielt wurde. Allerdings sind noch Fehler bei der
Generierung von I2C- und SPI-Geräten vorhanden. Die Schlussfolgerung des Projekts bietet eine
solide Grundlage für die Entwicklung eines universellen Toradex Devicetree Generators. Zukünftige
Arbeiten könnten sich darauf konzentrieren, Fehler bei der Generierung von I2C- und SPI-Peripherien
zu beheben und den Generator weiter zu verbessern.
This thesis contains a concept and software for generating Linux Devicetrees for the iMX8MP
manufactured by Toradex. The relevance of this project arises from the need to keep pace with
competing companies with comparable software solutions and reduce a customers effort. The
research foundations of the Devicetree were investigated to enable configuration of I2C, SPI and
PWM devices with the existing pinout generator. The aim is to create a compilable and bootable
Devicetree with the previously mentioned devices. To this end, a basic framework of the Devicetree
was first developed, followed by the creation and integration of code blocks for nodes and
pincontrols. The resulting Devicetree was compiled and tested, whereby the successful configuration
of PWM devices was achieved. However, there are still errors in the generation of I2C and SPI
devices. The conclusion of the project provides a solid foundation for the development of a universal
Toradex Devicetree Generator. Future work could focus on fixing bugs in the generation of I2C and
SPI peripherals and further improving the generator.
Acht Milliarden Menschen bestreiten ihren Alltag auf der Erde. Jedes Individuum hat Grundbedürf-nisse, die gestillt werden müssen. Die ökologischen Fussabdrücke hinterlassen ihre Spuren. Klima-wandel, Ernährungssicherheit und städtische Dichte sind grosse Anliegen, welche bereits heute stark diskutiert werden. Leider ist keine Besserung in Sicht, denn die steigende Weltbevölkerung lässt eher auf eine Verschärfung der Situation schliessen. Hierzulande bietet das neuartige System «Vertical Farming» eine Entschärfung des Problems. Dadurch können lokal und wetterunabhängig fast alle Nutzpflanzen angebaut werden. Dieses Konzept verringert Transportwege und senkt somit die CO2-Emissionen.
Auf den ersten Blick erscheint dieses System simpel und gut umsetzbar. Allerdings ist es nicht so tri-vial zu planen, da die Raumkonditionen für Pflanzen gelten. Aufgrund dessen benötigt es viel techni-sches und biologisches Fachwissen.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer ausgeführten Anlage in Niederhasli. In erster Linie steht der Fokus in mögliche betriebliche sowie energetische Optimierungen rund um das Vertical Farming. An zweiter stelle sollen die Parameter für die Raumkonditionen definiert werden. Aufgrund dieser Parameter werden weitere Optimierungsmöglichkeiten eruiert.
Um eine vertiefte Analyse durchzuführen, wurden Systemgrenzen definiert. Sukzessive wurde der Analysebereich vom einzelnen Raum, zum Gebäude und auf die Umgebung erweitert. Um die Anlage und die Raumkonditionen zu verstehen, dient zuerst eine Analyse der Messwerte. Infolgedessen wird eine vereinfachte Energiebilanz erstellt, um einen Überblick der Energieflüsse zu erhalten. Anschlies-send wird eine Parameterstudie für eine detaillierte Jahresbilanz dienen. Dieses Vorgehen gilt für die beiden ersten Systemgrenzen. Die Umgebung wird nur konzeptionell behandelt. Es soll als Denkan-stoss für weiterführende Studien dienen.
Anhand der Methodik wurde die elektrische Endenergie berechnet. Daraus ergaben sich folgende Anteile: 87 % für die Beleuchtung, 10 % für den Kühlbedarf und 3 % für Hilfsenergie. Für den Wär-mebedarf ergab sich keine Endenergie, da die Abwärme der Kälterzeugung dafür diente. Aufgrund von optimierten Systemtemperaturen konnte der Kühlbedarf um 10 % gesenkt werden.
Das Vertical Farming ist eine Massanfertigung, welche in fast jedes Industriegebäude platziert werden kann. Für urbane Gebiete mit brachliegenden Gegenden ist es äusserst lukrativ. Die erarbeiteten Er-gebnisse können unter Umständen zu anderen Resultaten führen. Denn die Rahmenbedingungen für die Systemanalyse grenzte den Bearbeitungsprozess ein. Weitere Studien
über Photovoltaik-Anlagen, Fernwärmepotential und Korrelation mit Bürogebäuden können ebenfalls zu energetisch sinnvollen Konzepten führen.
Eight billion people live their daily lives on Earth. Everyone has basic needs that must be met. The ecological footprints leave their mark. Climate change, food security, and urban density are major concerns that are already intensely debated. Unfortunately, there is no improvement in sight, as the increasing world population suggests worsening the situation. In this country, the novel “Vertical Farming” system offers a mitigation of the problem. This means that all crops can be grown locally, regardless of the weather. This concept reduces transport distances and thus lowers CO2 emissions.
This system seems simple and easy to implement. However, it is not so simple to plan because of the space conditions for plants. Because of this, it requires a lot of technical and biological knowledge.
The present work deals with an implemented plant in Niederhasli. In the first place, the focus is on possible operational as well as energetic optimizations around vertical farming. Secondly, the parameters for the room conditions will be defined. Based on these parameters, further optimization possibilities will be elicited.
To perform an in-depth analysis, several system boundaries were defined. Gradually, the scope of analysis was extended from the individual room to the building and the surrounding area. An analysis of the measured values serves first to understand the system and the room conditions. As a result, a simplified energy balance is created to get an overview of the energy flows. Subsequently, a parameter study will serve as a detailed annual balance. This procedure applies to the first two system boundaries. The environment will only be treated conceptually. It shall serve as a thought-provoking impulse for further studies.
Based on the methodology, the final electrical energy was calculated. This resulted in the following shares: 87 % for lighting, 10 % for cooling demand, and 3 % for auxiliary energy. No final energy was calculated for the heat demand since the waste heat from the cold generation was used for this purpose. Due to optimized system temperatures, the cooling demand could be reduced by 10 %.
Vertical Farming is a custom-made system that can be placed in almost any industrial building. It is extremely lucrative for urban areas with fallow land. The results obtained may lead to other results. This is because the framework conditions for the system analysis limited the processing process. Further studies on photovoltaic systems, district heating potential, and correlation with office buildings can also lead to energetically reasonable concepts.
Acht Milliarden Menschen bestreiten ihren Alltag auf der Erde. Jedes Individuum hat Grundbedürf-nisse, die gestillt werden müssen. Die ökologischen Fussabdrücke hinterlassen ihre Spuren. Klima-wandel, Ernährungssicherheit und städtische Dichte sind grosse Anliegen, welche bereits heute stark diskutiert werden. Leider ist keine Besserung in Sicht, denn die steigende Weltbevölkerung lässt eher auf eine Verschärfung der Situation schliessen. Hierzulande bietet das neuartige System «Vertical Farming» eine Entschärfung des Problems. Dadurch können lokal und wetterunabhängig fast alle Nutzpflanzen angebaut werden. Dieses Konzept verringert Transportwege und senkt somit die CO2-Emissionen.
Auf den ersten Blick erscheint dieses System simpel und gut umsetzbar. Allerdings ist es nicht so tri-vial zu planen, da die Raumkonditionen für Pflanzen gelten. Aufgrund dessen benötigt es viel techni-sches und biologisches Fachwissen.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer ausgeführten Anlage in Niederhasli. In erster Linie steht der Fokus in mögliche betriebliche sowie energetische Optimierungen rund um das Vertical Farming. An zweiter stelle sollen die Parameter für die Raumkonditionen definiert werden. Aufgrund dieser Parameter werden weitere Optimierungsmöglichkeiten eruiert.
Um eine vertiefte Analyse durchzuführen, wurden Systemgrenzen definiert. Sukzessive wurde der Analysebereich vom einzelnen Raum, zum Gebäude und auf die Umgebung erweitert. Um die Anlage und die Raumkonditionen zu verstehen, dient zuerst eine Analyse der Messwerte. Infolgedessen wird eine vereinfachte Energiebilanz erstellt, um einen Überblick der Energieflüsse zu erhalten. Anschlies-send wird eine Parameterstudie für eine detaillierte Jahresbilanz dienen. Dieses Vorgehen gilt für die beiden ersten Systemgrenzen. Die Umgebung wird nur konzeptionell behandelt. Es soll als Denkan-stoss für weiterführende Studien dienen.
Anhand der Methodik wurde die elektrische Endenergie berechnet. Daraus ergaben sich folgende Anteile: 87 % für die Beleuchtung, 10 % für den Kühlbedarf und 3 % für Hilfsenergie. Für den Wär-mebedarf ergab sich keine Endenergie, da die Abwärme der Kälterzeugung dafür diente. Aufgrund von optimierten Systemtemperaturen konnte der Kühlbedarf um 10 % gesenkt werden.
Das Vertical Farming ist eine Massanfertigung, welche in fast jedes Industriegebäude platziert werden kann. Für urbane Gebiete mit brachliegenden Gegenden ist es äusserst lukrativ. Die erarbeiteten Er-gebnisse können unter Umständen zu anderen Resultaten führen. Denn die Rahmenbedingungen für die Systemanalyse grenzte den Bearbeitungsprozess ein. Weitere Studien
über Photovoltaik-Anlagen, Fernwärmepotential und Korrelation mit Bürogebäuden können ebenfalls zu energetisch sinnvollen Konzepten führen.
Eight billion people live their daily lives on Earth. Everyone has basic needs that must be met. The ecological footprints leave their mark. Climate change, food security, and urban density are major concerns that are already intensely debated. Unfortunately, there is no improvement in sight, as the increasing world population suggests worsening the situation. In this country, the novel “Vertical Farming” system offers a mitigation of the problem. This means that all crops can be grown locally, regardless of the weather. This concept reduces transport distances and thus lowers CO2 emissions.
This system seems simple and easy to implement. However, it is not so simple to plan because of the space conditions for plants. Because of this, it requires a lot of technical and biological knowledge.
The present work deals with an implemented plant in Niederhasli. In the first place, the focus is on possible operational as well as energetic optimizations around vertical farming. Secondly, the parameters for the room conditions will be defined. Based on these parameters, further optimization possibilities will be elicited.
To perform an in-depth analysis, several system boundaries were defined. Gradually, the scope of analysis was extended from the individual room to the building and the surrounding area. An analysis of the measured values serves first to understand the system and the room conditions. As a result, a simplified energy balance is created to get an overview of the energy flows. Subsequently, a parameter study will serve as a detailed annual balance. This procedure applies to the first two system boundaries. The environment will only be treated conceptually. It shall serve as a thought-provoking impulse for further studies.
Based on the methodology, the final electrical energy was calculated. This resulted in the following shares: 87 % for lighting, 10 % for cooling demand, and 3 % for auxiliary energy. No final energy was calculated for the heat demand since the waste heat from the cold generation was used for this purpose. Due to optimized system temperatures, the cooling demand could be reduced by 10 %.
Vertical Farming is a custom-made system that can be placed in almost any industrial building. It is extremely lucrative for urban areas with fallow land. The results obtained may lead to other results. This is because the framework conditions for the system analysis limited the processing process. Further studies on photovoltaic systems, district heating potential, and correlation with office buildings can also lead to energetically reasonable concepts.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Fragestellung, wie die Wärme- und Kälteversorgung des von SRF betriebenen Campus Leutschenbach nachhaltig ausgerichtet werden soll. Das grossflächige Areal ist im Jahr 2019 durch den Neubau des News- & Sportcenters mit eigener Wärme- und Kälteversorgung erweitert worden. Die Versorgung des Altbaus und des News- & Sportcenters erfolgt zurzeit getrennt voneinander. Für die Produktion von Radio- und Fernsehsendungen ist ein hoher Kältebedarf erforderlich. Die im Betrieb der Anlage anfallende Abwärme der Kältemaschinen wird zurzeit kaum genutzt. Stattdessen wird durch den Bezug von Fernwärme geheizt. In dieser Arbeit wird untersucht, ob die Abwärme der Kältemaschinen für die Beheizung des gesamten Areals genutzt werden kann. Dadurch wird angestrebt, den Bezug von Fernwärme zu reduzieren oder sogar vollständig darauf zu verzichten. Die gewählte Methodik beinhaltet die Analyse des Areals sowie die Entwicklung und Ausarbeitung von Varianten. Dazu werden Überlegungen zu Systemzusammenschlüssen, Betriebsstrategien und Möglichkeiten für den Temperaturhub miteinander verknüpft. Anhand von festgelegten Kriterien werden die Varianten beurteilt und verglichen. Ausserdem werden mit Hilfe einer Simulation verschiedene Sanierungsmassnahmen überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass ein alleiniger Zusammenschluss der Kälteversorgung, ohne auch die Wärmeversorgung zu verbinden, im Hinblick auf die Abwärmenutzung nicht zielführend ist. Durch den Verzicht auf das Freecooling muss der gesamte Kältebedarf von den Kältemaschinen gedeckt werden, wodurch der Stromverbrauch steigt und mehr Abwärme anfällt. Die Vergleiche zeigen auf, dass im Falle einer Abwärmenutzung eine Kälteerzeugung ohne Freecooling dennoch ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist. Die anfallende Abwärme reicht jedoch nicht aus, um den gesamten Wärmebedarf des Campus zu decken. Die empfohlene Variante berücksichtigt die gewonnenen Erkenntnisse und ermöglicht die Nutzung der Abwärme auf dem Areal. Diese Arbeit dient als Grundlage für weitere Entscheidungen des Industriepartners.
This bachelorthesis deals with the question of how the heating and cooling supply of the Campus Leutschenbach operated by SRF should be sustainably aligned. The large area has been expanded in 2019 with the new construction of the News & Sports Centre with its own heating and cooling supply. The old building and the News & Sport Centre are currently supplied separately. A high cooling demand is required to produce radio and television programs. The waste heat from the refrigeration machines that is generated during operation of the facility is hardly used at present. Instead, heating is provided by purchasing district heating. This document investigates whether the waste heat from the refrigeration machines can be used to heat the entire site. The aim is to reduce or even completely eliminate the use of district heating. The chosen methodology includes the analysis of the site as well as the development and elaboration of variants. For this purpose, considerations of system interconnections, operating strategies and options for the temperature rise are combined. The variants are assessed and compared based on defined criteria. In addition, various remediation measures are tested with the help of a simulation. The results show that a sole connection of the cooling supply without also connecting the heat supply is not expedient regarding waste heat utilization. By abandoning freecooling, the entire cooling demand must be covered by the chillers, which increases electricity consumption and generates more waste heat. The comparisons show that in the case of waste heat utilization, refrigeration without freecooling still makes ecological and economic sense. However, the waste heat generated is not sufficient to cover the entire heat demand of the campus. The recommended variant considers the findings and enables the use of waste heat on the campus. This work serves as a basis for further decisions by the industrial partner.
Diese Bachelorthesis befasst sich mit der Fragestellung, wie die Wärme- und Kälteversorgung des von SRF betriebenen Campus Leutschenbach nachhaltig ausgerichtet werden soll. Das grossflächige Areal ist im Jahr 2019 durch den Neubau des News- & Sportcenters mit eigener Wärme- und Kälteversorgung erweitert worden. Die Versorgung des Altbaus und des News- & Sportcenters erfolgt zurzeit getrennt voneinander. Für die Produktion von Radio- und Fernsehsendungen ist ein hoher Kältebedarf erforderlich. Die im Betrieb der Anlage anfallende Abwärme der Kältemaschinen wird zurzeit kaum genutzt. Stattdessen wird durch den Bezug von Fernwärme geheizt. In dieser Arbeit wird untersucht, ob die Abwärme der Kältemaschinen für die Beheizung des gesamten Areals genutzt werden kann. Dadurch wird angestrebt, den Bezug von Fernwärme zu reduzieren oder sogar vollständig darauf zu verzichten. Die gewählte Methodik beinhaltet die Analyse des Areals sowie die Entwicklung und Ausarbeitung von Varianten. Dazu werden Überlegungen zu Systemzusammenschlüssen, Betriebsstrategien und Möglichkeiten für den Temperaturhub miteinander verknüpft. Anhand von festgelegten Kriterien werden die Varianten beurteilt und verglichen. Ausserdem werden mit Hilfe einer Simulation verschiedene Sanierungsmassnahmen überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass ein alleiniger Zusammenschluss der Kälteversorgung, ohne auch die Wärmeversorgung zu verbinden, im Hinblick auf die Abwärmenutzung nicht zielführend ist. Durch den Verzicht auf das Freecooling muss der gesamte Kältebedarf von den Kältemaschinen gedeckt werden, wodurch der Stromverbrauch steigt und mehr Abwärme anfällt. Die Vergleiche zeigen auf, dass im Falle einer Abwärmenutzung eine Kälteerzeugung ohne Freecooling dennoch ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist. Die anfallende Abwärme reicht jedoch nicht aus, um den gesamten Wärmebedarf des Campus zu decken. Die empfohlene Variante berücksichtigt die gewonnenen Erkenntnisse und ermöglicht die Nutzung der Abwärme auf dem Areal. Diese Arbeit dient als Grundlage für weitere Entscheidungen des Industriepartners.
This bachelorthesis deals with the question of how the heating and cooling supply of the Campus Leutschenbach operated by SRF should be sustainably aligned. The large area has been expanded in 2019 with the new construction of the News & Sports Centre with its own heating and cooling supply. The old building and the News & Sport Centre are currently supplied separately. A high cooling demand is required to produce radio and television programs. The waste heat from the refrigeration machines that is generated during operation of the facility is hardly used at present. Instead, heating is provided by purchasing district heating. This document investigates whether the waste heat from the refrigeration machines can be used to heat the entire site. The aim is to reduce or even completely eliminate the use of district heating. The chosen methodology includes the analysis of the site as well as the development and elaboration of variants. For this purpose, considerations of system interconnections, operating strategies and options for the temperature rise are combined. The variants are assessed and compared based on defined criteria. In addition, various remediation measures are tested with the help of a simulation. The results show that a sole connection of the cooling supply without also connecting the heat supply is not expedient regarding waste heat utilization. By abandoning freecooling, the entire cooling demand must be covered by the chillers, which increases electricity consumption and generates more waste heat. The comparisons show that in the case of waste heat utilization, refrigeration without freecooling still makes ecological and economic sense. However, the waste heat generated is not sufficient to cover the entire heat demand of the campus. The recommended variant considers the findings and enables the use of waste heat on the campus. This work serves as a basis for further decisions by the industrial partner.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Prozess zur Überwindung von Kapazitätsengpässen
in thermischen Netzen aufzuzeigen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf den Themenbereichen
IoT-Analysetools und Engpassüberwindung unter Einsatz von Wärmepumpensystemen. Um
diese Themen veranschaulichen zu können, wurde eine theoretische Analyse zum Prozess der
Engpassüberwindung durchgeführt. Die Analyse greift das Analysieren, Identifizieren und
Überwinden von Engpässen auf. Eine Variantenstudie sowie die Produktentwicklung eines
IoT-Clamp-On-Messgerätes vertiefen diese Thematik.
Die Variantenstudie hat gezeigt, dass Wärmepumpenlösungen gut zum Überwinden von Engpässen
in thermischen Netzen geeignet sind. Jedoch ist im Fall der durchgeführten Variantenstudie
die Rentabilität bei allen Varianten nicht gegeben. Somit können die Varianten technisch
eingesetzt werden, sind jedoch unter Berücksichtigung der gegebenen Situation wirtschaftlich
nMit dem Clamp-On-Messgerät "ClamCon" konnte ein Grossteil der gesetzten Ziele erreicht
werden. Die einfache Handhabung sowie die sehr gute Funkübertragungssicherheit haben sich
in den durchgeführten Tests bestätigt. Im Gegensatz dazu stehen die Messgenauigkeit von +/-
15 %, sowie die Instabilität eines internen Ein-Kabel-Busses, welcher die Datenübertragung
der Tempersensoren sicherstellt. Das Produkt ist somit auch unter dem Gesichtspunkt der bestehenden
Problematiken einsatzfähig. Diese Aussage wird durch die akzeptablen Ergebnisse
der Feldmessung unterstützt.icht rentabel. Die Rentabilität kann durch Vergrössern der Wärmebezugsdicht verbessert werden.
The aim of this study is to present the process of overcoming capacity constraints in thermal
networks. The focus is on the topics of IoT analysis tools and bottleneck resolution using heat
pump systems. In order to illustrate these topics, a theoretical analysis of the bottleneck resolution
process was conducted, which involves analyzing, identifying, and overcoming constraints.
A variant study and the development of an IoT clamp-on measuring device further
delve into this subject.
The variant study has shown that heat pump solutions are well-suited for overcoming constraints
in thermal networks. However, in the case of the conducted variant study, profitability
is not achieved in either variant. Therefore, while the variants can be technically implemented,
they are not economically viable considering the given situation. Profitability can be improved
by increasing the heat supply density.
The "ClamCon" clamp-on measuring device has achieved a large part of the set goals. The ease
of use and excellent wireless transmission security have been confirmed in the conducted tests.
In contrast, the measurement accuracy of +/- 15% and the instability of an internal single-cable
bus, which ensures the data transmission of temperature sensors, pose challenges. Nevertheless,
the product is still functional considering the existing issues. This statement is supported
by the acceptable results of the field measurement.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den Prozess zur Überwindung von Kapazitätsengpässen
in thermischen Netzen aufzuzeigen. Dabei liegt der Schwerpunkt auf den Themenbereichen
IoT-Analysetools und Engpassüberwindung unter Einsatz von Wärmepumpensystemen. Um
diese Themen veranschaulichen zu können, wurde eine theoretische Analyse zum Prozess der
Engpassüberwindung durchgeführt. Die Analyse greift das Analysieren, Identifizieren und
Überwinden von Engpässen auf. Eine Variantenstudie sowie die Produktentwicklung eines
IoT-Clamp-On-Messgerätes vertiefen diese Thematik.
Die Variantenstudie hat gezeigt, dass Wärmepumpenlösungen gut zum Überwinden von Engpässen
in thermischen Netzen geeignet sind. Jedoch ist im Fall der durchgeführten Variantenstudie
die Rentabilität bei allen Varianten nicht gegeben. Somit können die Varianten technisch
eingesetzt werden, sind jedoch unter Berücksichtigung der gegebenen Situation wirtschaftlich
nMit dem Clamp-On-Messgerät "ClamCon" konnte ein Grossteil der gesetzten Ziele erreicht
werden. Die einfache Handhabung sowie die sehr gute Funkübertragungssicherheit haben sich
in den durchgeführten Tests bestätigt. Im Gegensatz dazu stehen die Messgenauigkeit von +/-
15 %, sowie die Instabilität eines internen Ein-Kabel-Busses, welcher die Datenübertragung
der Tempersensoren sicherstellt. Das Produkt ist somit auch unter dem Gesichtspunkt der bestehenden
Problematiken einsatzfähig. Diese Aussage wird durch die akzeptablen Ergebnisse
der Feldmessung unterstützt.icht rentabel. Die Rentabilität kann durch Vergrössern der Wärmebezugsdicht verbessert werden.
The aim of this study is to present the process of overcoming capacity constraints in thermal
networks. The focus is on the topics of IoT analysis tools and bottleneck resolution using heat
pump systems. In order to illustrate these topics, a theoretical analysis of the bottleneck resolution
process was conducted, which involves analyzing, identifying, and overcoming constraints.
A variant study and the development of an IoT clamp-on measuring device further
delve into this subject.
The variant study has shown that heat pump solutions are well-suited for overcoming constraints
in thermal networks. However, in the case of the conducted variant study, profitability
is not achieved in either variant. Therefore, while the variants can be technically implemented,
they are not economically viable considering the given situation. Profitability can be improved
by increasing the heat supply density.
The "ClamCon" clamp-on measuring device has achieved a large part of the set goals. The ease
of use and excellent wireless transmission security have been confirmed in the conducted tests.
In contrast, the measurement accuracy of +/- 15% and the instability of an internal single-cable
bus, which ensures the data transmission of temperature sensors, pose challenges. Nevertheless,
the product is still functional considering the existing issues. This statement is supported
by the acceptable results of the field measurement.
Der Campus der Hochschule Luzern für Technik & Architektur in Horw ist überbucht und entspricht
nicht mehr den Anforderungen der heutigen Hochschulbildung. Die Pädagogische Hochschule Luzern ist
an acht Standorten in der Stadt Luzern verteilt und hat das Bedürfnis nach Zentralisierung. Diese
beiden Thematiken werden gemeinsam angegangen und der Hochschulcampus in Horw wird für beide
Schulen erneuert und erweitert.
Ziel dieser Thesis ist die Ermittlung des Photovoltaikpotenzials des neuen Campus in Horw sowie eine
Handlungsempfehlung auf Grundlage der Auswertung der Szenarien zuhanden der Bauherrschaft.
Ob die Photovoltaikanlagen auf dem Campus überschüssige Energie produzieren und der Campus somit
als Kraftwerk angesehen werden kann, bildete die Forschungsfrage. Um diese zu beantworten, wurden
alle belegbaren Flächen bestimmt und mit passenden Anlagen belegt. Eine Simulation der Anlagen
ergab daraus Leistungs- und Energiekennwerte der einzelnen Anlagen. In einem Variantenstudium
wurden die Resultate im Anschluss ausgewertet.
Das Variantenstudium zeigt, dass der Campus mehr elektrische Energie verbraucht (3.9 GWh/a) als er
mit Vollbelegung erzeugen kann (3.1 GWh/a). Er kann somit nicht als Kraftwerk bezeichnet werden.
Ergänzend zur Vollbelegung werden in der Arbeit zwei weitere Szenarien behandelt. Einerseits ist dies
das ökonomische Szenario, welches bei Vollbelegung der Dächer mit 20°-Süd-Anlagen eine Rendite von
4.59% pro Jahr abwirft. Als drittes Szenario wurden die Anlagen aufgezeigt, welche winterstromoptimiert
sind. Dieses Szenario überzeugt mit einem Eigenverbrauchsgrad von 61 % bei 2.64 GWh/a.
Die erste Abschätzung der Anlagen basiert auf dem Stand des Wettbewerbsprojekts. Der Bauherrschaft
wird das Szenario mit der maximalen jährlichen Produktion empfohlen. Eine genauere Abschätzung des
Potenzials in späteren Projektphasen ist jedoch noch nötig, da zum jetzigen Zeitpunkt noch einige
Grundlagen ungewiss sind.
The campus of the Lucerne University of applied Sciences and Arts in Horw is overbooked and no
longer meets the requirements of today's higher education. The Lucerne University of Teacher
Education is spread over eight locations in the city of Lucerne and has a need for centralisation. These
two issues are being addressed together in a renovation of the university campus in Horw and an
expansion for both schools.
The aim of this thesis is to determine the photovoltaic potential of the new campus in Horw and to
make a recommendation for the client based on the evaluation of the scenarios.
The research question was whether the photovoltaic systems on the campus produce surplus energy
and whether the campus can thus be regarded as a power plant. In order to answer this question, all
the areas that could be occupied were determined and filled with suitable systems. A simulation of the
systems resulted in power and energy parameters for each individual system. The results were then
evaluated in a variant study.
The study of variants shows that the campus consumes more electrical energy (3.9 GWh/a) than it can
generate with full occupancy (3.1 GWh/a). Therefore, it cannot be described as a power plant. In
addition to full occupancy, two other scenarios are discussed in the study. The second is the economic
scenario, which generates a return of 4.59% per year. This scenario only covers the roof areas with 20°-
south photovoltaic systems. The third scenario shows the plants that are optimised for winter
electricity. This scenario comes with a high degree of self-consumption of 61% at 2.64 GWh/a.
The initial assessment of the plants is based on the project status at time of the competition. The client
is recommended to use the scenario with the maximum annual production. However, a more precise
estimate of the potential in later project phases is necessary, as some fundamentals are still uncertain
at the present time.
Der Campus der Hochschule Luzern für Technik & Architektur in Horw ist überbucht und entspricht
nicht mehr den Anforderungen der heutigen Hochschulbildung. Die Pädagogische Hochschule Luzern ist
an acht Standorten in der Stadt Luzern verteilt und hat das Bedürfnis nach Zentralisierung. Diese
beiden Thematiken werden gemeinsam angegangen und der Hochschulcampus in Horw wird für beide
Schulen erneuert und erweitert.
Ziel dieser Thesis ist die Ermittlung des Photovoltaikpotenzials des neuen Campus in Horw sowie eine
Handlungsempfehlung auf Grundlage der Auswertung der Szenarien zuhanden der Bauherrschaft.
Ob die Photovoltaikanlagen auf dem Campus überschüssige Energie produzieren und der Campus somit
als Kraftwerk angesehen werden kann, bildete die Forschungsfrage. Um diese zu beantworten, wurden
alle belegbaren Flächen bestimmt und mit passenden Anlagen belegt. Eine Simulation der Anlagen
ergab daraus Leistungs- und Energiekennwerte der einzelnen Anlagen. In einem Variantenstudium
wurden die Resultate im Anschluss ausgewertet.
Das Variantenstudium zeigt, dass der Campus mehr elektrische Energie verbraucht (3.9 GWh/a) als er
mit Vollbelegung erzeugen kann (3.1 GWh/a). Er kann somit nicht als Kraftwerk bezeichnet werden.
Ergänzend zur Vollbelegung werden in der Arbeit zwei weitere Szenarien behandelt. Einerseits ist dies
das ökonomische Szenario, welches bei Vollbelegung der Dächer mit 20°-Süd-Anlagen eine Rendite von
4.59% pro Jahr abwirft. Als drittes Szenario wurden die Anlagen aufgezeigt, welche winterstromoptimiert
sind. Dieses Szenario überzeugt mit einem Eigenverbrauchsgrad von 61 % bei 2.64 GWh/a.
Die erste Abschätzung der Anlagen basiert auf dem Stand des Wettbewerbsprojekts. Der Bauherrschaft
wird das Szenario mit der maximalen jährlichen Produktion empfohlen. Eine genauere Abschätzung des
Potenzials in späteren Projektphasen ist jedoch noch nötig, da zum jetzigen Zeitpunkt noch einige
Grundlagen ungewiss sind.
The campus of the Lucerne University of applied Sciences and Arts in Horw is overbooked and no
longer meets the requirements of today's higher education. The Lucerne University of Teacher
Education is spread over eight locations in the city of Lucerne and has a need for centralisation. These
two issues are being addressed together in a renovation of the university campus in Horw and an
expansion for both schools.
The aim of this thesis is to determine the photovoltaic potential of the new campus in Horw and to
make a recommendation for the client based on the evaluation of the scenarios.
The research question was whether the photovoltaic systems on the campus produce surplus energy
and whether the campus can thus be regarded as a power plant. In order to answer this question, all
the areas that could be occupied were determined and filled with suitable systems. A simulation of the
systems resulted in power and energy parameters for each individual system. The results were then
evaluated in a variant study.
The study of variants shows that the campus consumes more electrical energy (3.9 GWh/a) than it can
generate with full occupancy (3.1 GWh/a). Therefore, it cannot be described as a power plant. In
addition to full occupancy, two other scenarios are discussed in the study. The second is the economic
scenario, which generates a return of 4.59% per year. This scenario only covers the roof areas with 20°-
south photovoltaic systems. The third scenario shows the plants that are optimised for winter
electricity. This scenario comes with a high degree of self-consumption of 61% at 2.64 GWh/a.
The initial assessment of the plants is based on the project status at time of the competition. The client
is recommended to use the scenario with the maximum annual production. However, a more precise
estimate of the potential in later project phases is necessary, as some fundamentals are still uncertain
at the present time.
A critical assessment of lifecycle emission estimation methods including the impact of circularity approaches :A case study analysis of beverage cup materials.
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Titel
A critical assessment of lifecycle emission estimation methods including the impact of circularity approaches :A case study analysis of beverage cup materials.
Die Ermittlung von Lebenszyklusemissionen hat in letzter Zeit deutlich an Bedeutung gewonnen. Die Ansätze zur Durchführung dieser Ökobilanzen müssen noch verbessert werden, um die Zuverlässigkeit und Vergleichbarkeit der erzielten Ergebnisse zu gewährleisten. Zusätzlich haben die Ansätze und Indikatoren für die Kreislaufwirtschaft an Relevanz gewonnen. Desshalb wird der derzeitige Ansatz kritisch bewertet, inklusive einer Fallstudie über Einweg-Plastikbecher, um die Praktikabilität und die Grenzen der bestehenden Methoden zu untersuchen. Es wurde festgestellt, dass die Bandbreite der Ergebnisse vor allem auf unterschiedliche Annahmen und Systemgrenzen zurückzuführen ist. Um dieses Problem zu lösen, wurde der Bedarf an standardisierten Frameworks festgestellt. Dies führte zur Formulierung von Best Practices für künftige Bewertungen von Einwegplastikbechern und die Anwendung von Indikatoren für zirkuläre Prozesse.
The assessment of life cycle emissions has recently gained significant importance. The approaches to conducting these life cycle assessments still need improvement to ensure the reliability and comparability of the obtained results. Additionally, the circularity approaches and metrics have gained increased attention. This thesis critically evaluates the current framework, including a case study on single-use plastic cups, to examine the practicality and limitation of the existing methodologies. The key issues that drive the range within the results were found to be differing assumptions and system boundaries within the same assessment framework. To address this issue, the need for standardised frameworks has been identified. It has led to the formulation of best practices for future assessments aimed at single-use plastic cups and the application of circular metrics. By integrating stricter rules and defined approaches, the reliability and comparability of future life cycle assessment results can be improved and contribute towards a more reliable and widespread use of sustainability practices within the industry.