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Wozu Interdisziplinarität?
(2012)
Wärmenetze
(1995)
Wärmenetze sind in das Bestreben, Energie- und Stoffwandlungskaskade optimal miteinander zu verknüpfen, einzuordnen. Sie sind in vielen Fällen die wirtschaftlichste Lösung auf dem Weg zu abprodukt- und abwärmefreien Technologien. Bei der Systemgestaltung muß dabei allerdings der Zusammenhang zwischen den Teilsysteme berücksichtigt werden. Das Entwurfsproblem im engeren Sinne besteht in einer kostenoptimalen Kopplung von abzukühlenden (warmen) und aufzuwärmenden (kalten) Strömen. Die Art der Zielfunktion führt dabei im allgemeinen zu einer maximalen regenerativen Wärmenutzung mit minimaler äußerer Wärmezu- und -abfuhr. Die Grundtendenz des optimalen Entwurfes ist durch die globale Realisierung des Gegenstromprinzipes geprägt. Der in vielen Wärmenetzen auftretende Engpaß durch die geforderten Temperaturen „pinch" begrenzt die regenerative Wärmenutzung und kann durch den Einsatz von Kreisprozessen oder gezielten Änderungen im Stoffwandlungssystem beeinflußt werden. Die Kopplung an das äußere System und dessen Gestaltung bedarf gleichfalls einer Optimierung. Die „grand composite curve" veranschaulicht die dabei anzustrebenden Verhältnisse. Einige Teilprobleme, wie Steuerbarkeit und Flexibilität von Wärmenetzen bedürfen weiterer Untersuchungen. Während für die Optimierung der Regeneration thermodynamische Methoden sehr anschaulich und leistungsfähig sind, scheint hier der Einsatz von wissensbasierten Algorithmen und Strukturparametermethoden aussichtsreich. In diesem Zusammenhang besteht ein Forschungs- und Entwicklungsbedarf besonders in Richtung der Anwendung auf Mehrproduktenanlagen und Batch-Prozesse.
Wärmerohre sind äußerst effiziente passive Wärmeübertragungselemente, die bei kleiner treibender Temperaturdifferenz große Wärmestromdichten transportieren können. Sie haben verschiedenartige Anwendungen gefunden, zum Temperaturausgleich und zum Forttransport der Wärmedissipation in Satelliten, zum Kühlen und Isothermalisieren elektronischer Bauteile und Schaltungen und von elektrischen Komponenten und Geräten, zur isothermen Beheizung oder Kühlung chemischer Reaktoren, zur Realisierung isothermer Hohlräume in der Ofentechnik oder für Strahlungsnormale, u.v.a.m. Neben der Elektronik-Kühlung ist das wichtigste Anwendungsgebiet der Einsatz von Wärmerohr-Wärmetauschern zur Wärmerückgewinnung aus stoffgebundenen Abwärme- Strömen, in erster Linie heißen Gasen, zum Zweck der Heizwärme- oder Prozeßwärmeerzeugung. Die Funktionsweise der wesentlichen Typen von Wärmerohren, Wärmerohr mit Kapillarstruktur und schwerkraftunterstütztes Wärmerohr ohne Kapillarstruktur, wird besprochen. Die Leistungsgrenzen schwerkraftunterstützter Wärmerohre werden dargestellt. Verschiedene technische Anwendungen werden diskutiert. Im Vordergrund steht dabei der Einsatz von Wärmerohren in Wärmerohr-Wärmetauschern zu Abfallenergienutzung.
Wärmetransformation
(1995)
Die Aufwertung von Abwärme durch Wärmetransformation kann sowohl mit Hilfe von Arbeit oder Antriebswärme als auch durch Nutzung eines Teils der Abwärme selbst erfolgen. Zu diesem Zwecke steht eine Vielzahl von industriell erprobten Kreisprozessen zur Verfügung. Mechanisch angetriebene Wärmetransformationsprozesse sind auf Grund des Wirkungsgrades der Elektroenergieerzeugung der Wärmeversorgung durch Wärme-Kraft-Kopplung und durch wärmeangetriebene Transformationsprozesse, meist bereits thermodynamisch unterlegen. Das gilt besonders für den Fall, daß durch den Wärmepumpeneinsatz zusätzlich thermodynamische Verluste bei der Wärmeversorgung vermieden werden können. Trotz dieser prinzipiellen Aspekte ist die Auswahl eines geeigneten Transformationsprozesses maßgeblich von den Betriebsbedingungen der abwärmeerzeugenden Anlage und von der Wärmeverund -entsorgungssituation im Umfeld der Anlage abhängig. Besonders günstige Einsatzbedingungen liegen dann vor, wenn neben der Abwärmenutzung weitere technologische oder umwelttechnische Zielstellungen erfüllt werden können. Wie untersuchte industrielle Beispiele zeigen, ergeben sich auch bei den gegenwärtigen Energiepreisen unter günstigen technologischen Randbedingungen selbst aus ausschließlich energetischen Gründen ökonomisch sinnvolle Einsatzmöglichkeiten für Wärmetransformationsprozesse, d.h. Rückflußdauern von 1-5 Jahren.
Mein Leben als Bluthochdruckpatientin begann in der Metro. Also nicht in der Bahn, sondern im Großmarkt. Ich war damals Ende dreißig und mein Blutdruck war mir bislang ziemlich egal. Aber in der Elektroabteilung waren gerade Blutdruckmessgeräte fürs Handgelenk im Angebot und aus purer Neugier habe ich mir eins umgeschnallt. Start, aufpumpen, warten und Ergebnis ablesen. WAS? WIE BITTE? 160/110? Klarer Fall, Gerät kaputt. Das sagte auch der inzwischen aufgetauchte Verkäufer und gab mir ein anderes. Neue Messung, die Aufregung über das Messergebnis tat das ihre dazu: 170/120. Ach Du Sch….
Der Fachkräftemangel in Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) erweist sich immer mehr als Hemmnis für den Hochtechnologiestandort Deutschland. Für eine nachhaltige Sicherung des Fachkräftebedarfs ist eine attraktive MINT-Bildung Voraussetzung. Zudem stellt sich in einer Gesellschaft, die von Natur- und Technikwissenschaften geprägt ist, die Notwendigkeit, allen Menschen ein entsprechendes Grundverständnis zu vermitteln. Wissenschaft und Politik sind gefordert, didaktisch wirksame und für junge Menschen attraktive Konzepte für eine MINT-Bildung zu entwickeln und umzusetzen. Einerseits, um begabte junge Menschen gezielt zu fördern, andererseits,um eine basale MINT-Allgemeinbildung im Schulsystem zu verankern. Der Sammelband fasst die Ergebnisse einer interdisziplinären Arbeitsgruppe der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften (BBAW) zusammen und analysiert die Ursachen für den mangelnden Erfolg von MINT-Initiativen in Deutschland und Europa, dokumentiert erfolgreiche Modellprojekte und zeigt Lösungswege für die Bildungs- und Wissenschaftspolitik auf. Ergänzt werden diese Beiträge mit den Erfahrungen engagierter Initiatoren von namhaften Modellprojekten.