Leibniz University Hannover
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Energy efficiency of greenhouse LED lighting to compensate growth deficiencies in peatless substrates
Full text linkThis study investigates how supplemental LED lighting affects growth, morphology, and energy efficiency of greenhouse-grown basil (Ocimum basilicum L.) and Chinese cabbage (Brassica rapa subsp. pekinensis) and how it may compensate growth deficiencies caused by using different peat-free growing media. Light dose-response curves were used to assess how plant traits respond to different supplemental light intensities and spectra (blue, red, and white plus far-red) under varying seasonal light conditions, meaning different natural background light conditions. Plant traits responded strongly to changes in light quality and quantity, though some traits showed saturation at higher light doses. Red and white plus far-red light led to greater plant dry weight than blue light, with red light promoting a plant architecture more favorable for light capture and white plus far-red light enhancing light use efficiency and leaf mass per area. Seasonal differences affected the efficiency of all light treatments, with lower efficiencies in summer due to higher levels of natural sunlight. Furthermore, it was examined how supplemental lighting interacts with various peat-free growing media. Results revealed significant interactions between light intensity and substrate type. At low light levels, both peat-based and peat-free media performed similarly. However, under higher light intensities, peat-based substrates consistently supported better growth. Among the light treatments, red light best alleviated the negative effects of peat-free growing media. Another important finding was that using supplemental LED lighting to shorten the growth period, and thereby lowering heating costs, is a viable strategy. Under low light conditions, greenhouse heating costs were up to three times higher than the electricity costs for supplemental LED lighting to achieve the same plant dry weight. Overall, the integration of supplemental LED lighting improves plant growth, offsets the growth drawbacks of peat alternatives, and improves greenhouse cost-efficiency.Diese Studie untersucht, wie sich LED-Zusatzbeleuchtung auf das Wachstum, die Morphologie und die Energieeffizienz von im Gewächshaus angebautem Basilikum (Ocimum basilicum L.) und Chinakohl (Brassica rapa subsp. pekinensis) auswirkt und inwieweit sie Wachstumsdefizite ausgleichen kann, die durch die Verwendung verschiedener torffreier Substrate entstehen. Anhand von Lichtdosis-Wirkungs-Kurven wurde untersucht, wie Pflanzeneigenschaften auf verschiedene zusätzliche Lichtintensitäten und -spektren (blau, rot und weiß plus dunkelrot) unter unterschiedlichen jahreszeitlichen Lichtbedingungen reagieren, d. h. unter verschiedenen natürlichen Hintergrundlichtbedingungen. Die Pflanzeneigenschaften reagierten stark auf Veränderungen der Lichtqualität und -intensität, wenngleich einige Eigenschaften bei höheren Lichtdosen eine Sättigung zeigten. Rotes und weißes plus dunkelrotes Licht führten zu einem höheren Trockengewicht der Pflanzen als blaues Licht, wobei rotes Licht eine für die Lichtaufnahme günstigere Pflanzenarchitektur fördert und weißes plus dunkelrotes Licht die Lichtnutzungseffizienz und die Blattmasse pro Fläche erhöhte. Saisonale Unterschiede beeinflussten die Effizienz aller Lichtregime, wobei die Effizienz im Sommer aufgrund höherer natürlicher Strahlung geringer war. Darüber hinaus wurde untersucht, wie eine Zusatzbeleuchtung mit verschiedenen torffreien Substraten interagiert. Die Ergebnisse zeigten signifikante Wechselwirkungen zwischen Lichtintensität und Substrattyp. Bei niedrigen Lichtverhältnissen zeigten sowohl torfhaltige als auch torffreie Substrate eine ähnliche Leistung. Unter höheren Lichtintensitäten unterstützten torfbasierte Substrate jedoch durchgängig ein besseres Pflanzenwachstum. Rotes Licht kompensierte negative Effekte torffreier Substrate am besten. Eine weitere wichtige Erkenntnis war, dass die Verkürzung der Wachstumsdauer durch LED-Zusatzbeleuchtung und die daraus resultierende Senkung der Heizkosten eine praktikable Strategie darstellt. Unter Niedriglichtbedingungen waren die Heizkosten im Gewächshaus bis zu dreimal höher als die Stromkosten für die LED-Zusatzbeleuchtung zur Erreichung desselben Trockengewichts. Insgesamt verbessert die Integration einer LED-Zusatzbeleuchtung das Pflanzenwachstum, gleicht die Wachstumsnachteile von Torfalternativen aus und verbessert die Kosteneffizienz des Gewächshauses
Fjorde, Berge, endlose Sommernächte und kurze Wintertage – mein Auslandssemester in Trondheim (Norwegen)
Full text link[no abstract available
Mapping Order Processing in Circular Production: Development of a Systematic Literature Review-Based Morphological Box
Full text linkIncreased resource scarcity and sustainability regulations urge manufacturing companies to shift from linear to circular value creation. Circular production facilitates the dissociation of resource consumption from the provision of high-value products. Circular production is implemented by R-strategies, representing various strategies to circulate a product's material. Introducing R-strategies implies changes for the configuration of companies order processing. This paper examines the constitutive features and their respective characteristics for order processing in circular production. Based on an extension of linear order processing to include sub-processes relevant to circular production, a systematic literature review (SLR) is carried out. The features and characteristics identified in the SLR are then clustered, refined and completed. The developed morphological box provides an overview of the main design decisions and options available to companies for designing order processing in circular production
Dynamic displacement measurement of a wind turbine tower using accelerometers: tilt error compensation and validation
Full text linkFor vibration-based structural health monitoring (SHM) of wind turbine support structures, accelerometers are often used. Besides the structural acceleration, the measured quantity also contains the acceleration component due to gravity, which is known as tilt error. This tilt error must be quantified and taken into account; otherwise it can lead to incorrect evaluations, especially in the fatigue estimation or the dynamic displacement estimation using accelerometers. The standard solution is to explicitly measure the tilt angle, which requires an additional sensor for each measurement point and is not applicable for already recorded measurements without tilt information. Therefore, a novel tilt error compensation method is presented by using the static bending line. As a result the influence of the tilt error can be estimated in advance, and no additional sensors for tilt measurement are needed. The compensation method is applied to accelerometer measurements of an onshore wind turbine tower and validated with contactless absolute distance measurements from a terrestrial laser scanning (TLS) system. The position and frequency-dependent tilt error of the investigated tower has a significant influence on the quasi-static motion below 0.2 Hz with a minimum amplitude error of 9 %, whereas the normalised bending mode shapes around 0.3 Hz are only slightly affected
Die Bedeutung von Lebenskompetenzen für die Integrationsprozesse von syrischen Migrant*innen : Eine Analyse aus der Perspektive der Kursleiter*innen, Lehrbücher und Teilnehmer*innen im Integrationskurs
Full text linkSeit 2011 ist die Zahl der syrischen Flüchtlinge in Deutschland aufgrund des Kriegs und politischer Verfolgung stark gestiegen, was zu erheblichen psychosozialen Belastungen führt. Integrationskurse spielen eine zentrale Rolle bei der Unterstützung des Spracherwerbs von Migrant\*innen. Allerdings gestaltet sich das Erlernen der Sprache besonders bei bestehenden psychosozialen Belastungen als schwierig.
Das Ziel der Studie besteht darin, die Bedeutung der Lebenskompetenzen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für den Integrationsprozess syrischer Migrant\*innen in Deutschland zu analysieren und die Lehrpläne sowie Materialien der Integrationskurse unter Berücksichtigung der Vermittlung von Lebenskompetenzen weiterzuentwickeln.
Mittels Perspektivverschränkung wurden drei Perspektiven der am Integrationskurs beteiligten Akteure qualitativ untersucht. Es wurden qualitative Expert\*inneninterviews mit Kursleiter\*innen durchgeführt. Im Anschluss erfolgte eine Analyse der Lehrbücher, die in den Integrationskursen zum Einsatz kommen. Zusätzlich wurden mündliche Interviews mit ehemaligen syrischen Teilnehmend\*innen geführt.
Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Kommunikationsfähigkeit eine zentrale Lebenskompetenz für die Integration von Migrant\*innen darstellt. Weitere entscheidende Kompetenzen umfassen Problemlösungsfähigkeiten, Entscheidung zu treffen, Stressbewältigung, kritisches Denken und Selbstwahrnehmung. Während die Lehrbücher einen starken Fokus auf Kommunikations- und Problemlösungsfähigkeiten legen, fehlen Gelegenheiten, um den Umgang mit Gefühlen und Stress zu thematisieren. Die Befragung der Teilnehmenden ergab, dass viele Migrant\*innen bereits über einige dieser Kompetenzen verfügen, jedoch weiterhin ein Bedarf an verbesserten Kommunikationsfähigkeiten, Selbstwahrnehmung und einer effektiveren Bewältigung von Gefühlen und Stress besteht. Die Perspektivverschränkung zeigt, dass viele Migrant\*innen trotz der Bedeutung von Kommunikationsfähigkeiten Schwierigkeiten haben, diese im Alltag anzuwenden. Die Studie identifiziert sechs zentrale Kriterien für eine gelungene Integration und legt einen besonderen Fokus auf das Empowerment der Frauen.
Abschließend schlägt die Studie vor, die bestehenden Integrationskurse und -programme um Maßnahmen zur Förderung von Lebenskompetenzen zu ergänzen
Urban Design in the epoch of the Anthropocene: Learning about circular practices from Curitiba, Brazil
Full text linkThe ‘Anthropocene’ is a term and a concept to describe the new epoch of our planet, in which humans are the major cause of the Earth’s current transformation, exploiting the planet’s resources, disrupting the biosphere and causing climate change. Since 2020, the mass of human-made material objects has equalled the mass of all living things on our planet, as the outcome of a phenomenal increase in the human consumption of Earth’s resources often called ‘the Great Acceleration’, starting from 1950 and continuing today. This new global condition influences cities and is influenced by them. For cities to achieve a sustainable future, urgent action needs to be taken towards climate change mitigation and adaptation, circular use and an equitable distribution of resources, and community awareness and participation. If the aim is sustainability, the role of urban design and planning is to incorporate these goals into design practices, as pioneering cities around the world, such as Curitiba, have been doing. Four aspects of adapting urban design to the era of the Anthropocene are examined here: greenhouse gas emission reduction, quality public spaces, nature-based solutions for climate adaptation, and public participation and education
A stochastic multi-scale space-time hourly weather generator
No full textLong continuous time series of meteorological variables (i.e. rainfall, temperature) are required for applications such as derived flood frequency analyses for flood protection planning, agricultural studies and climate impact studies. Observed time series of these variables are however generally inadequate, being too short in length, too sparse in space, or incomplete, especially at sub-daily timesteps. Stochastic weather generators overcome these data availability issues by simulating time series of arbitrary length. Ungauged sites may even be modelled through the use of regionalisation techniques. The modelling of future climates is also possible via statistical downscaling techniques, providing climate simulations of higher temporal and spatial resolution and with lower bias compared to global or regional climate models.
This thesis presents a hybrid stochastic hourly weather generator, applicable to a wide range of spatial scales. The foundation of the weather generator is a newly revised space-time hourly stochastic rainfall model based on an alternating renewal process. The point rainfall model is extended into space by the resampling of simulated rainfall events via a novel and scalable non-sequential branched resampling approach. Observed spatial dependence as described by three bi-variate spatial rainfall criteria is enforced through a simulated annealing optimisation.
The rainfall model is extended to non-rainfall climate variables via coupling to a nonparametric k-NN resampling approach for conditioned simulation of daily catchment averaged climate variables with a subsequent deterministic disaggregation step to achieve an hourly output timestep.
The developed weather generator was validated on 400 catchments of varying size (50 - 20,000 km²) across Germany comprising a total of 696 sub-daily rainfall recording stations. For the point rainfall model, performance improvements over the previous model were shown, in particular regarding extreme rainfall. The rainfall model’s extension into space via resampling was shown to be effective even for the largest station networks (N>50), with no significant loss in the observed spatial dependence structure. Regarding non-rainfall climate variables, observed auto-correlation and cross correlation structures were very well preserved. In general the results indicate no major loss of model performance with increasing catchment size, and a generally good reproduction of observed climate and rainfall statistics.
Finally, an objective fuzzy-rule based CP classification approach is introduced, producing CPs of varied rainfall response. Conditioning the point rainfall model on CPs showed slight improvements regarding extreme rainfall and modelled rainfall intensity. However, its use within a statistical downscaling framework proved problematic and cannot be recommended for use without further modification.Lange kontinuierliche Zeitreihen meteorologischer Größen (z.B. Niederschlag, Temperatur) werden unter anderem für abgeleitete Hochwasserstatistik zur Hochwasserschutzplanung, für landwirtschaftliche Studien oder für die Klimafolgenforschung benötigt. Beobachtete Zeitreihen dieser Variablen sind jedoch, insbesondere für untertägige Zeitschritte, häufig zu kurz, nicht flächendeckend verfügbar oder unvollständig. Stochastische Wettergeneratoren überwinden diese Probleme der Datenverfügbarkeit durch die Simulation beliebig langer Zeitreihen. Unbeobachtete Standorte können durch Regionalisierungsmethoden modelliert werden. Statistische Downscaling-Techniken ermöglichen es, das zukünftige Klima mit höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung und geringerem systematischen Fehler im Vergleich zu globalen und regionalen Klimamodellen zu simulieren.
In dieser Arbeit wird ein hybrider stochastischer stündlicher Wettergenerator vorgestellt, der für ein breites Spektrum räumlicher Skalen geeignet ist. Die Grundlage des Wettergenerators ist ein neu überarbeitetes stündliches stochastisches Raum-Zeit-Niederschlagsmodell, das auf einem punktuellen alternierenden Erneuerungsprozess (Alternating Renewal) basiert. Das punktuelle Niederschlags-modell wird räumlich erweitert, indem die simulierten Niederschlagsereignisse mit Hilfe eines neuartigen und skalierbaren nicht-sequenziellen verzweigten Shuffle-Ansatzes umverteilt werden. Die beobachtete räumliche Abhängigkeit, die durch drei bivariate räumliche Niederschlagskriterien beschrieben wird, wird durch einen Simulated Annealing-Optimierungsansatz erzwungen.
Das Niederschlagsmodell wird durch Kopplung mit einem nichtparametrischen k-NN-Resampling-Modell zur konditionierten Simulation täglicher, über das Einzugsgebiet gemittelter, nicht niederschlagsbezogener Klimavariablen erweitert. Die nicht niederschlagsbezogenen Klimavariablen werden schließlich auf stündliche Daten disaggregiert.
Der entwickelte Wettergenerator wurde an 400 Einzugsgebieten unterschiedlicher Größe (50 - 20.000 km²) in ganz Deutschland mit insgesamt 696 untertägigen Niederschlagsstationen validiert. Für das Punktniederschlagsmodell konnten Leistungsverbesserungen gegenüber dem Vorgängermodell nachgewiesen werden, insbesondere bei Extremniederschlägen. Die räumliche Erweiterung des Niederschlagsmodells durch Resampling erwies sich auch für die größten Stationsnetze (N>50) als effektiv, ohne signifikanten Verlust der beobachteten räumlichen Abhängigkeit. Bei den Klimavariablen ohne Niederschlag blieben die beobachteten Autokorrelations- und Kreuzkorrelationsstrukturen sehr gut erhalten. Im Allgemeinen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Modellleistung mit zunehmender Einzugsgebietsgröße nicht signifikant abnimmt und die beobachteten Klima- und Niederschlagsstatistiken gut wiedergegeben werden.
Abschließend wird ein objektiver, auf Fuzzy-Regeln basierender Ansatz zur Klassifizierung von Circulation Patterns (CPs) vorgestellt, der CPs mit unterschiedlichen Niederschlagsantworten erzeugt. Die Konditionierung des Punktniederschlagsmodells auf CPs zeigte leichte Verbesserungen hinsichtlich extremer Niederschläge und der modellierten Niederschlagsintensität. Ihre Verwendung im Rahmen eines statistischen Downscaling-Ansatzes erwies sich jedoch als problematisch und kann nicht ohne weitere Modifikationen empfohlen werden
Asymmetric structuring of ceramic composite via co-electrospun sodium cobaltite and calcium cobaltite nanoribbons
Full text linkAn asymmetrically structured sodium cobaltite–calcium cobaltite ceramic composite with enhanced texture was synthesized using co-electrospinning of nanoribbons and rapid thermal processing (RTP). Long-term stability tests revealed that embedding the unstable sodium cobaltite in the chemically more stable calcium cobaltite effectively shields it from degradation at high temperatures in air. The composite has overall impressive thermoelectric properties. Measured at 1073 K, the composite showed an electrical conductivity of 183 S cm−1, a Seebeck coefficient of 233 µV K−1, and heat conductivity of 2.2 W m−1 K−1. It features a high power factor of 9.9 µW cm−1 K−2 and a figure-of-merit of 0.49, significantly surpassing the thermoelectric performance of sodium cobaltite–calcium cobaltite ceramic composites from previous studies
A new numerical concept for the prediction of cyclic deformation accumulation of foundation structure in non-cohesive soil
Full text linkZur Bemessung einer flachgegründeten Windenergieanlage wird in der Regel gefordert, dass unter der quasi-ständigen Einwirkung bzw. dem Lastniveau D.3 sowie der Annahme der linearen Sohlspannungsverteilung keine klaffende Fuge auftreten darf. Diese Regelung ist in der Praxis oft maßgebend und führt zur möglichen Überdimensionierung des Fundaments. Diese Forderung stammt aus der alten DIN 1054 (1976) Norm und geht zurück auf die Befürchtung, dass es bei Stützmauern unter ständiger Erddruckbelastung zu großen Kriechverformungen kommen kann, und ist daher kaum relevant für flachgegründete Windenergieanlagen, welche hauptsächlich auf annähernd kriechfreien nichtbindigen Baugrund gebaut wird. Ein möglicher Vorteil dieser Forderung ist die indirekte Begrenzung der zyklischen Verformungen der Flachgründung, insbesondere der zyklischen Schiefstellung.
Vor diesem Hintergrund liegt der Fokus auf der Prognose der zyklischen Schiefstellung. Diese Dissertation widmet sich der Entwicklung einer neuen numerischen Methode, der zyklischen Dehnungsakkumulationsmethode (CSAM). Diese Methode ist in der Lage, das zyklische Verhalten nicht nur von Flachgründungen, sondern auch von Monopiles numerisch nachzubilden. Die CSAM wird zunächst kalibriert durch den Vergleich mit der Stiffness Degradation Method (SDM) für zyklisch belastete Monopiles. Anschließend wird die CSAM modifiziert und auf die Flachgründung angewendet, welches die Nachrechnungen der zyklischen Versuche aus der Literatur und eigener mittelmaßstäblicher Versuche umfasst. Basierend auf den kalibrierten Modellparametern aus dem eigenen mittelmaßstäblichen Versuch, wird eine Parameterstudie für hochskalierte Flachgründungmodelle durchgeführt, um einerseits das Kenntnis der exzentrisch zyklisch belasteten Flachgründung zu vertiefen und andererseits eine praktische einfache empirische Gleichung zur Prognose der zyklischen Schiefstellung abzuleiten. Es hat sich gezeigt, dass die klaffende Fuge nicht unmittelbar zum von Hettler (1981) definierten „schrittweisen Versagen“ führt und unter der klaffenden Fuge die zyklische Schiefstellung prognostizierbar ist, entweder über die CSAM oder die abgeleitete empirische Gleichung.
Allgemein bieten die Untersuchungen dieser Dissertation mögliche theoretische Grundlagen zur Bemessung der Flachgründung unter exzentrischer zyklischer Last. Die entwickelte zyklische Dehnungsakkumulationsmethode (CSAM) ist eine vielversprechende numerische Methode, an der weiterhin geforscht und die für mehr Anwendungsfälle optimiert wird, um sie in der geotechnischen Praxis zu etablieren.In the design of wind turbine founded on shallow foundation, it is usually required that under the quasi-static or D.3 load case and the assumption of linear contact stress, no gapping shall occur between the foundation and subsoil. This criterion is often decisive in the practical design and leads to possible over-dimensioning of shallow foundation. This requirement, however, originated from the old DIN 1054 (1976) standard and comes from the caution, that considerable creep deformation could occur for the retaining walls, which are subjected to permanent earth pressure loads, and is therefore seldom relevant for the shallow foundation for wind turbine, which is mainly constructed on the non-creep non-cohesive subsoil. One possible favourable effect of limiting the gapping of shallow foundation is to limit cyclic deformation, especially the cyclic rotation indirectly.
Under these circumstances, the focus is on prediction of the cyclic rotation. This dissertation is dedicated to develop a new numerical method, the Cyclic Strain Accumulation Method (CSAM). This method is able to to describe the cyclic behaviour of not only shallow foundation but also the monopile numerically. The CSAM is firstly calibrated through the comparison with the Stiffness Degradation Method (SDM) for cyclically loaded monopile. Then the CSAM is modified and applied on the shallow foundation, which includes the back-analyses of cyclic tests from the literature and own medium-scale test. Based on the calibrated model parameters from own medium-scale test, a parametric study is performed to extend the understanding of the eccentrically cyclically loaded shallow foundation and to derive a practical simple empirical equation for predicting the cyclic rotation. It has been shown that the gapping does not directly lead to "incremental collapse'' defined by Hettler (1981) and with the gapping, the cyclic rotation can be predicted either via CSAM or the derived empirical equation.
In general, the investigations of this dissertation provide possible theoretical basis for the design of shallow foundation under eccentric cyclic load. The proposed Cyclic Strain Accumulation Method (CSAM) is a very promising numerical method that will be further researched and optimised for more applications in geotechnical practice
A Modular and Open-Source Remote Laboratory for Practical Education on Mechatronic Test Benches
Full text linkLaboratory experiments are a crucial and most practical part in university courses to apply and observe inner dependencies of theoretical concepts introduced in lectures, especially in engineering. The capacities for these are usually limited due to the high personnel support effort, which increases with the number of students. Therefore, remote laboratories (ReLabs) can provide a scalable, continuously available substitute or additional offer to the usual on-site laboratories. Upon a ReLab, developed in 2017, we propose a further development as well as the implementation in two additional courses. The ReLab is completely open-source on the software side and only requires off-the-shelf personal computers and webcams next to the custom test bench on the hardware side. To evaluate the benefits to students, we surveyed participants from three courses