Vorarlberg University of Applied Sciences
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Optimizing heat pump control in an NZEB via model predictive control and building simulation
Get PDFEU regulations get stricter from 2028 on by imposing net-zero energy building (NZEB) standards on new residential buildings including on-site renewable energy integration. Heat pumps (HP) using thermal building mass, and Model Predictive Control (MPC) provide a viable solution to this problem. However, the MPC potential in NZEBs considering the impact on indoor comfort have not yet been investigated comprehensively. Therefore, we present a co-simulative approach combining MPC optimization and IDA ICE building simulation. The demand response (DR) potential of a ground-source HP and the long-term indoor comfort in an NZEB located in Vorarlberg, Austria over a one year period are investigated. Optimization is performed using Mixed-Integer Linear Programming (MILP) based on a simplified RC model. The HP in the building simulation is controlled by power signals obtained from the optimization. The investigation shows reductions in electricity costs of up to 49% for the HP and up to 5% for the building, as well as increases in PV self-consumption and the self-sufficiency ratio by up to 4% pt., respectively, in two distinct optimization scenarios. Consequently, the grid consumption decreased by up to 5%. Moreover, compared to the reference PI controller, the MPC scenarios enhanced indoor comfort by reducing room temperature fluctuations and lowering the average percentage of people dissatisfied by 1% pt., resulting in more stable indoor conditions. Especially precooling strategies mitigated overheating risks in summer and ensured indoor comfort according to EN 16798-1 class II standards
Weiterentwicklung und Herstellung eines spezialisierten PMN-PT-Aktuators mittels fs-Lasermaterialbearbeitung
Get PDFAm Forschungszentrum Mikrotechnik der FHV werden mittels fs-Laserablation spezielle Aktuatoren aus dem piezoelektrischen Material PMN-PT in Zusammenarbeit mit führenden Instituten auf dem Gebiet der Quantenoptik entwickelt und gefertigt. Auf diesen Aktuatoren wird eine Halbleitermembran mit eingebetteten Quantenpunkten aufgebracht. Durch gezielte Verspannung dieser Membran kann die Emissionseigenschaft des Quantenpunkts beeinflusst werden. Für eine neue Generation von PMN-PT-Aktuatoren ist eine Weiterentwicklung des Designs und dessen Herstellungsprozess notwendig. Dabei soll ein möglichst kompaktes Design in einer Kavität realisiert werden. Ziel dieser Anordnung ist die Möglichkeit der individuellen Ansteuerung zweier nah beieinanderliegenden Quantenpunkte zur Umsetzung von 2-Photonen-Interferenz-Versuchen. Bisherige Arbeiten beschäftigten sich mit den Prozessschritten wie das Dünnen, Beschichten und Strukturieren. In dieser Arbeit werden durch eine Parameterstudie die Designs für den Schnitt in der Kavität getestet. Eine Simulation mit Parameter-Sweep ermöglicht es, die einzelnen Parameterkonstellationen zu beurteilen, um die besten Designparameter zu finden. Danach wird ein Prototyp erstellt und eine Prozesskette für die Produktion aufgestellt. Der Prototyp ist in fertiggestelltem Zustand auf seine Verarbeitungsqualität hin mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) zu überprüfen. Es zeigt sich, dass beim Schneidprozess mit fs-Laser ein Aluminiumoxidplättchen als Unterlage mit einem Loch im Bereich der Schnittgeometrie zu einer erheblichen Reduktion von Debris an den Schnittkanten führt. Auch der Strategiewechsel weg vom reinen Schneidprozess hin zu einer Kombination von flächigem Abtrag und anschließendem Schneiden trug entscheidend zur Verbesserung des Ergebnisses bei. Anhand der Simulation konnten geeignete Parameter für ein neues Design bestimmt werden. Für eine Verifizierung der Simulationsergebnisse muss der Aktuator auf einen Chipträger gebondet werden und eine Testreihe erfolgen.Special actuators made of the piezoelectric material PMN-PT are developed and manufactured at the Microtechnology Research Centre of the FHV using fs laser ablation in collaboration with leading institutes in the field of quantum optics. A semiconductor membrane with embedded quantum dots is applied to these actuators. The emission properties of the quantum dot can be influenced by selective tensioning of this membrane. For a new generation of PMN-PT actuators, further development of the design and its manufacturing process is necessary. The aim is to realise a design that is as compact as possible in a cavity. The aim of this arrangement is to enable the individual control of two closely spaced quantum dots for the realisation of two-photon interference experiments. Previous work has focused on process steps such as thinning, coating and structuring. In this work, the designs for the cut in the cavity are tested by means of a parameter study. A simulation with parameter sweep makes it possible to assess the individual parameter constellations in order to find the best design parameters. A prototype is then created, and a process chain is set up for production. Once completed, the prototype is checked for processing quality using a scanning electron microscope (SEM). It has been shown that in the cutting process with fs lasers, an aluminium oxide plate with a hole in the area of the cutting geometry leads to a considerable reduction in debris at the cutting edges. The change in strategy from a pure cutting process to a combination of planar ablation and subsequent cutting also made a decisive contribution to improving the result. The simulation was used to determine suitable parameters for a new design. To verify the simula-tion results, the actuator must be bonded to a chip carrier and a series of tests carried out
An interpretable and adaptable data-driven model for performance prediction in thermal plants
Get PDFTo safely operate complex industrial systems such as thermal power plants, establishing reliable monitoring tools is paramount for better understanding the underlying processes. Data-driven models are a useful aid for monitoring and control of thermal power plants, but they require an effective feature selection to allow for an accurate, computationally efficient, and interpretable model. In this study, we systematically compared three different modes of feature selection for predicting the live steam flow in a thermal plant: purely expert-based, purely data-driven, and a hybrid combining both. While a fully data-driven approach yields the highest accuracy, a hybrid approach, refined from more than 3000 features, achieves nearly equivalent precision (NMAE = 1.14%) while using only 44 physical sensor signals, significantly improving the computational efficiency and enabling interpretability. The model is dynamically retrained using a sliding window approach to effectively handle load variations and plant shutdowns, which allows for the real-time tracking of deviations from the expected performance. We further validated our approach on a second thermal plant, achieving an NMAE of 2.49% despite substantial operational differences. By balancing predictive accuracy, interpretability, and transferability across plants, this work provides a practical framework for robust, data-driven monitoring and decision support in complex industrial power systems
Karten der Ergehung
Get PDFIn dieser Masterarbeit wird eine promenadologisch orientierte Unterrichtsmethode entwickelt, die das Gehen, das Sammeln und die kartografische Erfahrungsdokumentation als zentrale Lernpraktiken verbindet. Das Ziel besteht darin, Lernräume zu gestalten, in denen Lernende ihre Umwelt erkunden und reflektieren können. Dabei wird das bewusste Gehen als erkenntnisfördernder Akt verstanden, der die Wahrnehmung schärft, Routinen durchbricht und den Körper als Teil des Lernprozesses aktiviert. Das Sammeln fordert zur Beobachtung und Auswahl auf und initiiert erste Bedeutungsbildungsprozesse. Die anschließende kartografische Darstellung dient nicht nur der Dokumentation, sondern auch der Reflexion. Durch das Sichtbarmachen individueller Eindrücke entstehen neue Deutungsräume und Perspektiven. Die Unterrichtsmethode basiert auf einem konstruktivistischen Bildungsverständnis, das Lernen als aktive und subjektive Praxis begreift. Sie wurde im Rahmen eines Unterrichtsprojekts an einer berufsbildenden höheren Schule erprobt und durch qualitative Rückmeldungen und einer Analyse der Ergebnisse evaluiert. Der am Ende entwickelte Methodenkoffer mit modular einsetzbaren Methodenkarten bietet Lehrkräften ein praxisnahes Werkzeug zur Umsetzung. Die Arbeit versteht sich als Beitrag zu einer Bildung, die Erfahrungsräume schafft, Wahrnehmung vertieft und Lernende dazu befähigt, ihre Umwelt aktiv und sinnstiftend zu gestalten.This master's thesis develops a promenadological teaching method that combines walking, collecting, and cartographic documentation of experiences as central learning practices. The aim is to create learning spaces in which learners can explore and reflect on their environment. Conscious walking is understood as an act that promotes insight, sharpens perception, breaks routines, and activates the body as part of the learning process. Collecting encourages observation and selection, initiating early processes of meaning-making. The subsequent cartographic representation serves not only as documentation but also as a means of reflection. By making individual impressions visible, new spaces for interpretation and perspective emerge. The method is based on a constructivist understanding of education that views learning as an active and subjective process. It was tested as part of a teaching project at a vocational high school and evaluated through qualitative feedback and an analysis of the results. The resulting toolkit with modular instruction cards offers teachers a practical tool for implementation. The work is intended as a contribution to an education that creates spaces for experience, deepens perception, and empowers learners to actively and meaningfully shape their environment
Entwicklung eines Impulsmesssystems zur Analyse der Übertragungsfunktion induktiver Spannungswandler
Get PDFNichtlineare Lasten wie Schaltnetzteile, Frequenzumrichter und HVDC-Anlagen verursachen zunehmend harmonische Spannungsverzerrungen im Stromnetz. Die Erfassung solcher Störungen im Rahmen von Power-Quality-Messungen gewinnt daher an Bedeutung. Um vorhandene Betriebsmittel wie inductive Spannungswandler hierfür nutzen zu können, muss ihre Genauigkeit auch in Frequenzbereichen oberhalb der Netzfrequenz bekannt sein. Messungen mit Sweep Frequency Response Analysis (SFRA)-Geräten, die ursprünglich zur Erkennung struktureller Veränderungen an Leistungstransformatoren entwickelt wurden, haben gezeigt, dass sich damit auch die relative Anwendungsbandbreite (Application Bandwidth) von induktiven Spannungswandlern für Power-Quality-Messungen bestimmen lässt. Die impulsbasierte Frequenzganganalyse (IFRA) bietet hierfür eine potenziell zeiteffizientere Alternative, wurde in diesem Zusammenhang jedoch bislang nicht untersucht. In dieser Arbeit wird ein Messsystem vorgestellt, das mithilfe von Spannungsimpulsen die Übertragungsfunktion induktiver Mittelspannungswandler bis 20 kHz erfasst. Kernstück ist ein in 31 Spannungsstufen einstellbarer Impulsgenerator, der speziell auf die Anregung induktiver Mittelspannungswandler ausgelegt wurde. Die Auslegung basiert auf Messungen der Eingangsimpedanz realer Wandler, modelliert durch Circuit-Fitting und unterstützt durch SPICE-Simulationen. Der Generator beruht auf einer Kondensator-Entladeschaltung für standardisierte LI-Impulse, bei der die Kombination aus einem eigens entwickelten Step-Up-Impulstransformator und einer integrierten Chopping-Diode front-time-chopped LI-Impulse erzeugt. Diese erreichen bei Mittelspannungswandlern bis zu 1000 Vp und regen ein Frequenzspektrum von mindestens 20 kHz an. Der Impulsgenerator wurde mit einem handelsüblichen USB-Oszilloskop und einer Python-Auswertesoftware zu einem PC-steuerbaren Gesamtsystem kombiniert. Messungen zeigen, dass Impulsform und Einstellungen innerhalb der definierten Messtoleranzen liegen. Der Vergleich mit SFRA-Ergebnissen im Bereich von 200 Hz bis 20 kHz bestätigt die Eignung der Methode. Damit stellt die IFRA eine geeignete Alternative zur SFRA zur Bestimmung der relativen Application Bandwidth induktiver Mittelspannungswandler für Power-Quality-Messungen dar.Nonlinear loads such as switched-mode power supplies, frequency converters, and HVDC systems increasingly cause harmonic voltage distortions in power grids. The detection of such disturbances within the scope of power quality (PQ) measurements is therefore gaining importance. To enable the use of existing equipment such as inductive voltage transformers for this purpose, their accuracy must also be known in frequency ranges above the nominal grid frequency. Measurements with Sweep Frequency Response Analysis (SFRA) devices, originally developed for detecting structural changes in power transformers, have shown that they can also be used to determine the relative application bandwidth of voltage transformers for PQ measurements. Impulse Frequency Response Analysis (IFRA) offers a potentially more time-efficient alternative, but has not yet been investigated in this context. This work presents a measurement system that determines the transfer function of inductive medium-voltage transformers up to 20 kHz using voltage impulses. The core component is an impulse generator adjustable in 31 voltage steps, specifically designed to excite inductive medium-voltage transformers. Its design is based on measurements of the input impedance of real transformers, modeled through circuit fitting and supported by SPICE simulations. The generator employs a capacitor discharge circuit for standardized LI impulses, in which the combination of a specially developed step-up impulse transformer and an integrated chopping diode generates front-time-chopped LI impulses. These reach up to 1000 Vp at the transformer input and excite a frequency spectrum of at least 20 kHz . The impulse generator was combined with a standard USB oscilloscope and Python-based evaluation software into a PC-controlled measurement system. Measurements show that both the impulse waveform and its settings remain within the defined measurement tolerances. Comparison with SFRA results in the range of 200 Hz to 20 kHz confirms the suitability of the method. IFRA can therefore be considered a viable alternative to SFRA for determining the relative application bandwidth of inductive medium-voltage transformers for power quality measurements
Study of optical performance of 16-channel 100-GHz colourless AWG over a wide wavelength range
No full textWe present design and simulation of a 16-channel, 100-GHz colourless Arrayed Waveguide Grating (AWG) simulated within the 1.26 μm to 1.6 μm wavelength range. The AWG demultiplexer was designed for a central wavelength of 1.55 μm. The design parameters were calculated using the standalone "AWG-Parameters" tool, while the AWG waveguide structure was simulated with two commercial photonics tools: the PHASAR tool from Optiwave and APSS tool from Apollo Photonics. Simulations from both tools reveal that colourless AWG demultiplexer can perform effectively only within a limited wavelength range. Across a broader spectral range, the periodic nature of the optical response leads to overlapping transmitted signals at shorter wavelengths and missing channels at longer wavelengths
Study of regional GHG intensities across Austria
No full textUnderstanding the economic impact on sustainability aspects is essential to combat the climate crisis. European regulations require financial institutions to take a driving role in this respect. By integrating Environmental, Social and Governance (ESG) information of their corporate clients into existing risk management systems, they are expected to assist in quantifying ESG-related risks and thus incentivize the monitoring and targeted management of ESG factors in companies
TeleCareHub - Akzeptanz und Nutzen digitaler Services für die Pflege und Betreuung zu Hause
No full textIn Österreich werden rund 80 % der Menschen mit Demenz zu Hause von ihren Angehörigen betreut – eine große Herausforderung für viele Familien. Das österreichische Leitprojekt TeleCareHub entwickelt eine Online-Plattform, die pflegende Angehörige gezielt unterstützten soll.
Auf Basis umfassender Versorgungsforschung bietet das Portal praxisnahe Services wie kompakte Wissensvermittlung, Trainingsangebote, Video-Beratung, Belastungs-Checks und begleitete Selbsthilfegruppen. Im Rahmen einer Pilotstudie wird untersucht, wie diese digitalen Angebote die Pflegesituation erleichtern und den Zugang zu relevanten Informationen verbessern.
Erfahren Sie auf dem Pflegekongress aus erster Hand, welche Erkenntnisse aus der Studie gewonnen wurden, wie pflegende Angehörige die Plattform bewerten und welche Rolle digitale Unterstützung in der Zukunft der Pflege spielen kann.
Das Projekt TeleCareHub (https://telecarehub.at) wird im Rahmen des Programms „benefit“ vom Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (BMK) gefördert