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Die Versorgung von Neubauten soll möglichst weitgehend unabhängig von fossilen Energieträgern erfolgen. Erneuerbare Energien spielen dafür eine gewichtige Rolle. Eine gute Möglichkeit, erneuerbare Energien ohne viel zusätzlichen Aufwand nutzbar zu machen, ist, bereits vorhandenen Komponenten im Gebäude zusätzliche Funktionen zu geben. Hier kann bspw. die Fassade oder das Dach solarthermisch aktiviert oder durch Fotovoltaikmodule ergänzt werden. Auch Tiefgründungen können neben der statischen Funktion noch eine geothermische Funktion zur Aufnahme oder Abgabe von Wärme erhalten. Neben der Erzeugung bietet sich auch für die Verteilung der Wärme oder Kälte im Gebäude die Integration in Bauteile an. Hier kann bspw. der Boden durch eine Fußbodenheizung oder die Decke durch Deckenstrahlplatten aktiviert werden.
Im Rahmen der Veröffentlichung wird auf die thermische Aktivierung von Stahlkomponenten eingegangen. Es wird eine Lösung vorgestellt, die vorgehängte hinterlüftete Stahlfassade (VHF) solarthermisch zu aktivieren. Außerdem werden zwei Möglichkeiten zur geothermischen Aktivierung von Tiefgründungen mittels Stahlpfählen gezeigt. Zuletzt wird ein System zur thermischen Aktivierung von Stahltrapezprofilen an der Decke erläutert, welches Wärme zuführen oder bei Bedarf abführen kann.
Armiranobetonske (AB) zgrade sa zidanom ispunom
se izvode u mnogim zemljama širom sveta. Iako se
zidana ispuna posmatra kao nekonstruktivni element, ona
značajno utiče na promenu dinamičkih karakteristika AB
ramovskih konstrukcija u toku zemljotresnog dejstva.
Odskora, značajan napor je utrošen na istraživanje
izolovanih ispuna, koje su odvojene od okolnog rama
obično ostavljanjem prostora između rama i ispune. U
ovom slučaju deformacija rama ne aktivira ispunu i na taj
način ispuna ne utiče na ponašanje rama. Ovaj rad
predstavlja rezultate istraživanja ponašanja AB
ramovskih zgrada sa INODIS sistemom koji izoluje ispunu
u odnosu na okolni ram. Uticaj izolovane ispune je prvo
ispitan na jednospratnim i jednobrodnim ramovima. Ovo
je iskorišćeno kao osnova za parametarsku analizu na
višespratnim i višebrodnim ramovima, kao i na primeru
zgrade. Promena krutosti i dinamičkih karakteristika je
analizirano kao i odgovor pri zemljotresnom dejstvu.
Izvršeno je poređenje sa praznom ramovskom
konstrukcijom kao i ramovima ispunjenim ispunom na
tradicionalni način. Rezultati pokazuju da je ponašanje
ramova sa izolovanom ispunom slično ponašanju praznih
ramova, dok je ponašanje ramova sa tradicionalnom
ispunom daleko drugačije i zahteva kompleksne
numeričke modele. Ovo znači da ukoliko se primeni
adekvatna konstruktivna mera izolacije ispune, proračun
ramovskim zgrada sa zidanom ispunom se može
značajno pojednostaviti.
Interior transmission eigenvalue problems for the Helmholtz equation play an important role in inverse wave scattering. Some distribution properties of those eigenvalues in the complex plane are reviewed. Further, a new scattering model for the interior transmission eigenvalue problem with mixed boundary conditions is described and an efficient algorithm for computing the interior transmission eigenvalues is proposed. Finally, extensive numerical results for a variety of two-dimensional scatterers are presented to show the validity of the proposed scheme.
Muscular activity in terms of surface electromyography (sEMG) is usually normalised to maximal voluntary isometric contractions (MVICs). This study aims to compare two different MVIC-modes in handcycling and examine the effect of moving average window-size. Twelve able-bodied male competitive triathletes performed ten MVICs against manual resistance and four sport-specific trials against fixed cranks. sEMG of ten muscles [M. trapezius (TD); M. pectoralis major (PM); M. deltoideus, Pars clavicularis (DA); M. deltoideus, Pars spinalis (DP); M. biceps brachii (BB); M. triceps brachii (TB); forearm flexors (FC); forearm extensors (EC); M. latissimus dorsi (LD) and M. rectus abdominis (RA)] was recorded and filtered using moving average window-sizes of 150, 200, 250 and 300 ms. Sport-specific MVICs were higher compared to manual resistance for TB, DA, DP and LD, whereas FC, TD, BB and RA demonstrated lower values. PM and EC demonstrated no significant difference between MVIC-modes. Moving average window-size had no effect on MVIC outcomes. MVIC-mode should be taken into account when normalised sEMG data are illustrated in handcycling. Sport-specific MVICs seem to be suitable for some muscles (TB, DA, DP and LD), but should be augmented by MVICs against manual/mechanical resistance for FC, TD, BB and RA.
We present new numerical results for shape optimization problems of interior Neumann eigenvalues. This field is not well understood from a theoretical standpoint. The existence of shape maximizers is not proven beyond the first two eigenvalues, so we study the problem numerically. We describe a method to compute the eigenvalues for a given shape that combines the boundary element method with an algorithm for nonlinear eigenvalues. As numerical optimization requires many such evaluations, we put a focus on the efficiency of the method and the implemented routine. The method is well suited for parallelization. Using the resulting fast routines and a specialized parametrization of the shapes, we found improved maxima for several eigenvalues.
Experience has shown that a priori created static resource allocation plans are vulnerable to runtime deviations and hence often become uneconomic or highly exceed a predefined soft deadline. The assumption of constant task execution times during allocation planning is even more unlikely in a cloud environment where virtualized resources vary in performance. Revising the initially created resource allocation plan at runtime allows the scheduler to react on deviations between planning and execution. Such an adaptive rescheduling of a many-task application workflow is only feasible, when the planning time can be handled efficiently at runtime. In this paper, we present the static low-complexity resource allocation planning algorithm (LCP) applicable to efficiently schedule many-task scientific application workflows on cloud resources of different capabilities. The benefits of the presented algorithm are benchmarked against alternative approaches. The benchmark results show that LCP is not only able to compete against higher complexity algorithms in terms of planned costs and planned makespan but also outperforms them significantly by magnitudes of 2 to 160 in terms of required planning time. Hence, LCP is superior in terms of practical usability where low planning time is essential such as in our targeted online rescheduling scenario.
Im Projekt Coolplan‐ AIR geht es um die Fortentwicklung und Feld‐ Validierung eines Berechnungs‐ und Auslegungstools zur energieeffizienten Kühlung von Gebäuden mit luftgestützten Systemen. Neben dem Aufbau und der Weiterentwicklung von Simulationsmodellen erfolgen Vermessungen der Gesamtsysteme anhand von Praxisanlagen im Feld. Eine der betrachteten Anlagen arbeitet mit indirekter Verdunstung. Diese Veröffentlichung zeigt den Entwicklungsprozess und den Aufbau des Simulationsmodells zur Verdunstungskühlung in der Simulationsumgebung Matlab‐ Simulink mit der CARNOT‐ Toolbox. Das besondere Augenmerk liegt dabei auf dem physikalischen Modell des Wärmeübertragers, in dem die Verdunstung implementiert ist. Dem neuen Modellansatz liegt die Annahme einer aus der Enthalpie‐ Betrachtung hergeleiteten effektiven Wärmekapazität zugrunde. Des Weiteren wird der Befeuchtungsgrad als konstant angesehen und eine standardisierte Zunahme der Wärmeübertragung des feuchten gegenüber dem trockenen Wärmeübertrager angenommen. Die Validierung des Modells erfolgte anhand von Literaturdaten. Für den trockenen Wärmetauscher ist der maximale absolute Fehler der berechneten Austrittstemperatur (Zuluft) kleiner als ±0.1 K und für den nassen Wärmetauscher (Kühlfall) unter der Annahme eines konstanten Verdunstungsgrades kleiner als ±0.4 K.
Neue Perspektiven für die Bahn in der Produktions- und Distributionslogistik durch Prozessautomation
(2020)
Die qualitative und quantitative Detektion von Zielsubstanzen innerhalb einer wässrigen Probe ist für viele Fragestellungen von Interesse, etwa bei der Detektion von Kontaminationen in Trinkwasser in Krisensituationen. Hierbei ist es nicht nur wichtig, dass Pathogene möglichst sensitiv detektiert werden können, sondern auch, dass die Analyse schnell erfolgt, um Betroffenen im Katastrophenfall zügig sicheres Trinkwasser zu Verfügung stellen zu können. Da bei einem solchen Szenario nicht von einer in der Nähe befindlichen funktionierenden Laborinfrastruktur ausgegangen werden kann, ist es wichtig, dass die Messung direkt vor Ort erfolgen kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob eine derartige Schnellanalytik mithilfe von superparamagnetischen Beads (MBs) und der magnetischen Frequenzmischtechnik möglich ist. Dabei werden die MBs mit Hilfe von primären Antikörpern an die Zielsubstanz gebunden und mit sekundären Antikörpern an die Poren-Oberfläche eines Polyethylen-Filters fixiert (Sandwich-Immunoassay). So kann die Quantifizierung der Zielsubstanz auf eine magnetische Messung der immobilisierten MB-Marker zurückgeführt werden. Die magnetische Frequenzmischtechnik basiert auf der Anregung der Probe mit Magnetfeldern zweier verschiedener Frequenzen. Die durch die nichtlineare Magnetisierungsform der superparamagnetischen MBs entstehenden Mischfrequenzen werden typischerweise mithilfe einer zweistufigen Lock-in-Detektion analysiert (analoge Demodulation), die in einem Magnetreader als Handheldgerät realisiert wurde. Zusätzlich zu dieser Technik wurde das Prinzip der direkten Digitalisierung des gesamten Antwortsignals mit anschließender Fourier-Analyse der erzeugten Mischfrequenzen experimentell umgesetzt, um die Amplituden und Phasen mehrerer Mischfrequenzen simultan zu erfassen. Eine Möglichkeit zur Sensitivitätssteigerung ist die magnetische Aufkonzentration, indem vor der magnetischen Analyse eine Separation der MBs aus einem größeren Probenvolumen mittels magnetischem Feldgradienten durchgeführt wird. Zur Charakterisierung verschiedener kommerzieller MBs hinsichtlich ihrer magnetischen Separierbarkeit wurde ein Aufbau zur Messung ihrer magnetophoretischen Beweglichkeiten realisiert und ihre Geschwindigkeiten im Gradientenfeld mikroskopisch gemessen.Da eine Probe oftmals nicht nur auf eine einzige Zielsubstanz, sondern simultan auf mehrere verschiedene Pathogene hin untersucht werden soll, wurden verschiedene Ansätze entwickelt und getestet, die einen solchen multiparametrischen magnetischen Immunoassay ermöglichen. Einerseits wurde eine räumliche Separation der Bindungsbereiche für verschiedene Zielsubstanzen realisiert, die sequentiell ausgewertet werden können. Andererseits wurde die Unterscheidung von verschiedenen Zielsubstanzen anhand der Charakteristika der an sie gebundenen, verschieden funktionalisierten MB-Typen untersucht. Für eine solche Unterscheidung wurde zum einen die Anregefrequenz der magnetischen Frequenzmischtechnik während einer Messung variiert. Damit konnte gezeigt werden, dass sich verschiedene MB-Sorten anhand der Phase ihrer Frequenzmischsignale voneinander unterscheiden lassen. Weiterhin wurde gezeigt, dass sich der Signalverlauf einer binären Mischung zweier verschiedener MB-Typen als gradueller Übergang der Verläufe der beiden reinen MB-Lösungen ergibt. Eine weitere Analysemethode für einen multiparametrischen Immunoassay besteht darin, ein zusätzliches einstellbares statisches magnetisches Offsetfeld zu verwenden. Hierfür wurden mehrere Aufbauten auf Basis von Permanent- und Elektromagneten simuliert, konstruiert und charakterisiert. Mithilfe von Simulationen konnte gezeigt werden, dass eine auf diesem Verfahren beruhende Unterscheidung für MBs mit unterschiedlichen magnetischen Partikelmomenten möglich ist. Als direkte Anwendung des hier entwickelten Magnetreaders in Zusammenspiel mit der digitalen Demodulation wurde ein magnetischer Assay gegen die B-Untereinheit des Choleratoxins in Trinkwasser mit einem niedrigen Detektionslimit von 0,2 ng/ml demonstriert.
Modeling and upscaling of a pilot bayonettube reactor for indirect solar mixed methane reforming
(2020)
A 16.77 kW thermal power bayonet-tube reactor for the mixed reforming of methane using solar energy has been designed and modeled. A test bench for the experimental tests has been installed at the Synlight facility in Juelich, Germany and has just been commissioned. This paper presents the solar-heated reactor design for a combined steam and dry reforming as well as a scaled-up process simulation of a solar reforming plant for methanol production. Solar power towers are capable of providing large amounts of heat to drive high-endothermic reactions, and their integration with thermochemical processes shows a promising future. In the designed bayonet-tube reactor, the conventional burner arrangement for the combustion of natural gas has been substituted by a continuous 930 °C hot air stream, provided by means of a solar heated air receiver, a ceramic thermal storage and an auxiliary firing system. Inside the solar-heated reactor, the heat is transferred by means of convective mechanism mainly; instead of radiation mechanism as typically prevailing in fossil-based industrial reforming processes. A scaled-up solar reforming plant of 50.5 MWth was designed and simulated in Dymola® and AspenPlus®. In comparison to a fossil-based industrial reforming process of the same thermal capacity, a solar reforming plant with thermal storage promises a reduction up to 57 % of annual natural gas consumption in regions with annual DNI-value of 2349 kWh/m2. The benchmark solar reforming plant contributes to a CO2 avoidance of approx. 79 kilotons per year. This facility can produce a nominal output of 734.4 t of synthesis gas and out of this 530 t of methanol a day.
Seismic behavior of an existing unreinforced masonry building built pre-modern code, located in the City of Ohrid, Republic of North Macedonia has been investigated in this paper. The analyzed school building is selected as an archetype in an ongoing project named “Seismic vulnerability assessment of existing masonry structures in Republic of North Macedonia (SeismoWall)”. Two independent segments were included in this research: Seismic hazard assessment by creating a cite specific response spectra and Seismic vulnerability definition by creating a region - specific series of vulnerability curves for the chosen building topology. A reliable Seismic Hazard Assessment for a selected region is a crucial point for performing a seismic risk analysis of a characteristic building class. In that manner, a scenario – based method that incorporates together the knowledge of tectonic style of the considered region, the active fault characterization, the earth crust model and the historical seismicity named Neo Deterministic approach is used for calculation of the response spectra for the location of the building. Variations of the rupturing process are taken into account in the nucleation point of the rupture, in the rupture velocity pattern and in the istribution of the slip on the fault. The results obtained from the multiple scenarios are obtained as an envelope of the response spectra computed for the cite using the procedure Maximum Credible Seismic Input (MCSI). Capacity of the selected building has been determined by using nonlinear static analysis. MINEA software (SDA Engineering) was used for verification of the structural safety of the chosen unreinforced masonry structure. In the process of optimization of the number of samples, computational cost required in a Monte Carlo simulation is significantly reduced since the simulation is performed on a polynomial response surface function for prediction of the structural response. Performance point, found as the intersection of the capacity of the building and the spectra used, is chosen as a response parameter. Five levels of damage limit states based on the capacity curve of the building are defined in dependency on the yield displacement and the maximum displacement. Maximum likelihood estimation procedure is utilized in the process of vulnerability curves determination. As a result, region specific series of vulnerability curves for the chosen type of masonry structures are defined. The obtained probabilities of exceedance a specific damage states as a result from vulnerability curves are compared with the observed damages happened after the earthquake in July 2017 in the City of Ohrid, North Macedonia.
Mechano-pharmacological testing of L-Type Ca²⁺ channel modulators via human vascular celldrum model
(2020)
Background/Aims: This study aimed to establish a precise and well-defined working model, assessing pharmaceutical effects on vascular smooth muscle cell monolayer in-vitro. It describes various analysis techniques to determine the most suitable to measure the biomechanical impact of vasoactive agents by using CellDrum technology. Methods: The so-called CellDrum technology was applied to analyse the biomechanical properties of confluent human aorta muscle cells (haSMC) in monolayer. The cell generated tensions deviations in the range of a few N/m² are evaluated by the CellDrum technology. This study focuses on the dilative and contractive effects of L-type Ca²⁺ channel agonists and antagonists, respectively. We analyzed the effects of Bay K8644, nifedipine and verapamil. Three different measurement modes were developed and applied to determine the most appropriate analysis technique for the study purpose. These three operation modes are called, particular time mode" (PTM), "long term mode" (LTM) and "real-time mode" (RTM). Results: It was possible to quantify the biomechanical response of haSMCs to the addition of vasoactive agents using CellDrum technology. Due to the supplementation of 100nM Bay K8644, the tension increased approximately 10.6% from initial tension maximum, whereas, the treatment with nifedipine and verapamil caused a significant decrease in cellular tension: 10nM nifedipine decreased the biomechanical stress around 6,5% and 50nM verapamil by 2,8%, compared to the initial tension maximum. Additionally, all tested measurement modes provide similar results while focusing on different analysis parameters. Conclusion: The CellDrum technology allows highly sensitive biomechanical stress measurements of cultured haSMC monolayers. The mechanical stress responses evoked by the application of vasoactive calcium channel modulators were quantified functionally (N/m²). All tested operation modes resulted in equal findings, whereas each mode features operation-related data analysis.
The SG1-mediated solution polymerization of methyl methacrylate (MMA) and oligo(ethylene glycol) methacrylate (OEGMA, Mₙ = 300 g mol⁻¹) in the presence of a small amount of functional/reactive styrenic comonomer is investigated. Moieties such as pentafluorophenyl ester, triphenylphosphine, azide, pentafluorophenyl, halide, and pyridine are considered. A comonomer fraction as low as 5 mol% typically results in a controlled/living behavior, at least up to 50% conversion. Chain extensions with styrene for both systems were successfully performed. Variation of physical properties such as refractive index (for MMA) and phase transition temperature (for OEGMA) were evaluated by comparing to 100% pure homopolymers. The introduction of an activated ester styrene derivative in the polymerization of OEGMA allows for the synthesis of reactive and hydrophilic polymer brushes with defined thickness. Finally, using the example of pentafluorostyrene as controlling comonomer, it is demonstrated that functional PMMA-b-PS are able to maintain a phase separation ability, as evidenced by the formation of nanostructured thin films.
Objective
In local SAR compression algorithms, the overestimation is generally not linearly dependent on actual local SAR. This can lead to large relative overestimation at low actual SAR values, unnecessarily constraining transmit array performance.
Method
Two strategies are proposed to reduce maximum relative overestimation for a given number of VOPs. The first strategy uses an overestimation matrix that roughly approximates actual local SAR; the second strategy uses a small set of pre-calculated VOPs as the overestimation term for the compression.
Result
Comparison with a previous method shows that for a given maximum relative overestimation the number of VOPs can be reduced by around 20% at the cost of a higher absolute overestimation at high actual local SAR values.
Conclusion
The proposed strategies outperform a previously published strategy and can improve the SAR compression where maximum relative overestimation constrains the performance of parallel transmission.
Die Durchführung einer systematischen Literaturrecherche ist eine zentrale Kompetenz wissenschaftlichen Arbeitens und bildet daher einen festen Ausbildungsbestandteil von Bachelor- und Masterstudiengängen. In entsprechenden Lehrveranstaltungen werden Studierende zwar mit den grundlegenden Hilfsmitteln zur Suche und Verwaltung von Literatur vertraut gemacht, allerdings werden die Potenziale textanalytischer Methoden und Anwendungssysteme (Text Mining, Text Analytics) dabei zumeist nicht abgedeckt. Folglich werden Datenkompetenzen, die zur systemgestützten Analyse und Erschließung von Literaturdaten erforderlich sind, nicht hinreichend ausgeprägt. Um diese Kompetenzlücke zu adressieren, ist an der Hochschule Osnabrück eine Lehrveranstaltung konzipiert und projektorientiert umgesetzt worden, die sich insbesondere an Studierende wirtschaftswissenschaftlicher Studiengänge richtet. Dieser Beitrag dokumentiert die fachliche sowie technische Ausgestaltung dieser Veranstaltung und zeigt Potenziale für die künftige Weiterentwicklung auf.
In this review article, we are going to present an overview on possible applications of light-addressable electrodes (LAE) as actuator/manipulation devices besides classical electrode structures. For LAEs, the electrode material consists of a semiconductor. Illumination with a light source with the appropiate wavelength leads to the generation of electron-hole pairs which can be utilized for further photoelectrochemical reaction. Due to recent progress in light-projection technologies, highly dynamic and flexible illumination patterns can be generated, opening new possibilities for light-addressable electrodes. A short introduction on semiconductor–electrolyte interfaces with light stimulation is given together with electrode-design approaches. Towards applications, the stimulation of cells with different electrode materials and fabrication designs is explained, followed by analyte-manipulation strategies and spatially resolved photoelectrochemical deposition of different material types.