Cooperative optimization of compartment air flows using agent-based measuring-, operation- and control-techniques within a Computational Steering environment

Die Planung eines Bauwerks im konstruktiven Ingenieurbau erfordert zur Vermeidung von Konstruktionsfehlern eine enge Kooperation zwischen den beteiligten Fachplanern. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Ansatz verfolgt, durch eine kooperative und interaktive Simulation von Entwurfs- und Konstruktionsvarianten der einzelnen Fachmodelle mit gleichzeitiger Visualisierung ihrer Zielfunktionswerte über einen gemeinsamen virtuellen Entwurfsraum eine gegenseitige Verständigung zu verbessern. Durch die schrittweise Modifizierung der einzelnen Fachmodelle, welche in einem IFC Produktmodell vorgehalten werden, ist die interaktive Optimierung des Modells möglich. Der virtuelle Entwurfsraum wird als Softwarelösung realisiert und koppelt Module zur dreidimensionalen Modellierung, Simulation und Visualisierung, welche für einen interaktiven Prozessablauf über automatisierte Schnittstellen verknüpft sind. Ein CAD-System wird zur Modellierung eingesetzt, ein CFD-Kern ermöglicht die Optimierung von Raumluftströmungen unter Berücksichtigung des Klimakomforts. Eine Multi-User-Umgebung erlaubt den vernetzten Zugriff der Fachplaner. Interaktive Elemente des Entwurfsraums wurden durch die Verwendung des Computational Steering Ansatzes unter Einbezug einer Virtual Reality Umgebung sowie einer Großrechenanlage realisiert. Das als Datenbasis eingesetzte IFC Produktmodell wird über einen automatisierten Modelltransfer in ein für den Simulationskern ein interpretierbares Berechnungsmodell abgeleitet, welches auch für die Strömungssimulation notwendige Randbedingungen beinhaltet. Der Software-Prototyp ermöglicht die Konzeption von HVAC-Systemen. Hierbei werden mess-, steuer- und regeltechnische Prozesse einer Klimaanlageninstallation emuliert und mit dem Entwurfsraum gekoppelt. Durch sensorisch erfasste Größen wie Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit wird die einströmende Luft aus den Klimamodulen dynamisch angepasst. Dies erfolgt durch den Einsatz von Software-Agenten.Functional Design of complex CAE objects in civil engineering requires a close co-operation of specialists in various disciplines. An automated computer-assisted system serving as a framework for this process would presuppose a consistent theoretical description of all partial models as part of an object and process oriented generalized theory about the interactions of all building components and processes. This thesis describes a heuristic strategy: A group of engineers from different disciplines come together in an interactive and virtual design space and evaluate in close cooperation the mutual implications of their specific design variants. In the course of a step-by-step modification of the partial models which are condensed into a single IFC product model, the interactive optimization of this model is potential. The virtual design space is developed as a software-prototype and is based on several linked modules for three-dimensional modeling, simulation and visualization with automated interfaces to allow an interactive process flow. The basis for the modeler is a CAD-system. A CFD-kernel allows the optimization of the airflow within a room with respect to the human wellness index. The virtual design space may externally be modified by additional engineers by utilizing a multi-user-environment. Interactive elements of the design space are introduced by utilizing a computational steering system, a virtual reality environment and a pc-cluster as compute server. The IFC product model as a data basis is transformed into an interpretable calculation model for the CFD simulation within an automated model transfer. The dynamical behavior of HVAC installations depending on the climatic conditions inside a room which is controlled by measuring-, operation- and control- techniques can be emulated by interactive software-agents, which are bidirectionally coupled with the simulation kernel and wrap the HVAC objects of the modeler

Horizontale und vertikale Dichtezonierung in den Varisziden am Beispiel des Erzgebirges

Mit dem Ziel, die geodynamischen Modelle durch die Ermittlung der Dichteverteilung im tieferen Untergrund zu überprüfen und schließlich ein optimales Modell in Bezug auf die Herkunft der sächsischen Granulite vorzustellen, wird das Schwerefeld im Bereich Sachsens mit folgenden gravimetrischen Methoden analysiert und modelliert: • Numerische Analyse des Schwerefeldes mit Hilfe von Tiefenabschätzungen, Horizontalabieitungen der Schwere, Euler-Dekonvolution, Wellenlängenfilterungen sowie • zwei- und dreidimensionale Dichtemodellierungen. Die eingesetzten Verfahren zur Dichtemodellierung zeigen, daß direkte Verfahren zur Analyse des Schwerefeldes bei den komplizierten geologischen Strukturen den indirekten Auswerteverfahren mittels Dichtemodellierung unterlegen sind. Sie geben aber wichtige Hinweise für die dreidimensionale geometrische Modellierung. Die Resultate aus den unterschiedlichen numerischen Analyse des Schwerefeldes lassen folgende Interpretation zu. Die Erkenntnisse sind Grundlage für die gravimetrischen Vorwärtsmodellierung. • Das Schwerehoch im Bereich der Lausitzer Antiklinalzone wird von zwei Störkörpem verursacht. Ein Störkörper, der eine geringere Tiefe (ca. 2-4 km) hat, verursacht hauptsächlich das Schwerehoch im NW-Gebiet der Antiklinalzone. Ein anderer Störkörper, der von der Unterkruste bis zu einer Tiefe von ca. 8 km eingedrungen ist, verursacht die Hauptwirkung des Schwerehoches. Die Antiklinalzone wird durch rhenoherzynische Streichrichtungen (NW-Richtung) charakterisiert. • Die maximale Tiefe des Störkörpers für das Schwereminimum im Erzgebirge liegt zwischen 2 km und 10 km in der Oberkruste. • Im Bereich der NW-Grenze des Sächsischen Granulitgebirge zeigen sich die für das Moldanubikum typischen Streichrichtungen (SO-Richtung). • Durch Wellenlängen-Filterungen wurde die Wirkung der basischen Vulkanite im Eger-Rift separiert. Es wird gezeigt, daß diese Vulkanite von der Unterkruste bis in oberflächenahe Bereiche intrudiert sind. • Im Zwischengebirge und im SW-Gebiet des Eibenstock-Granitgebietes befindet sich Unterkrustmaterial in einer maximalen Tiefe von ca. 8 km. • Das Schwerehoch in der MGM wird von einem Störkörper verursacht, dessen maximale Tiefe auf ca. 6 km geschätzt wird. Die Verbindung und Interpretation aller verfügbaren Randbedingungen aus der Reflexions-, Refraktionsseismik, den geophysikalischen Untersuchungen und den magnetotelluri sehen Messungen sowie dem geothermischen Modell führt zum komplexen dreidimensionalen Dichtemodell Sachsens. Das Modell erfaßt die aus der Analyse abgeleiteten Störmassen in der Oberkruste durch die Verwendung der zur Verfügung stehenden Bouguer-Anomalie (Conrad, 1996) und berücksichtigt markante Strukturen, die aus den reflexionsseismischen Untersuchungen abgeleitet wurden. Zusammen mit den Informationen aus der oberflächenahen Geologie konnten alle wesentlichen, bekannten Strukturen zwischen der topographischen Oberfläche und der Moho in die Modellierung integriert werden. Die Ergebnisse der 3D-Modellierung lassen sich wie folgt zusammenfassen: • Das Sächsische Granulitgebirge (SGG) stellt die aus Pyroxen-Granuliten bestehende domartige Struktur dar, die, entsprechend der geothermischen Interpretation, mit der in 15 km Tiefe liegenden Schicht im Erzgebirge in Verbindung gebracht werden kann. Die vom SGG bis zum Erzgebirge durchgehende Granulit-Schicht zeigt, daß das SGG aus der SW-Gebiet (aus dem Tepla-Barrandium) transportiert sein könnte. • Die Oberkruste im Bereich des Erzgebirges ist charakterisiert durch eine Gneis-Schicht mit einer Mächtigkeit von 15 km, worin die Granite intrudiert wurden. Die durchschnittliche Mächtigkeit der Granite beträgt 5 km. • Nach dem Vergleich mit dem MT- Widerstandsmodell wurde eine zweigeteilte Unterkruste angenommen. Ein Teil wurde vom Rhenoherzynikum transportiert und taucht im Sächsischen Granulitgebirge ab. Die andere Unterkruste wurde vom Tepla-Barrandium her eingelagert und auf das Zwischengebirge aufgeschoben. Zur Berechnung der Schwerewirkungen der einzelnen Modellkörper wird eine Methode des “gravity striping” in dieser Arbeit verwendet. Das Ergebnis dieser Methode zeigt, daß die ins Erzgebirge intrudierten Granite das Schwereminimum im Erzgebirge verursachen. Der gemessene Schwerelauf wird durch die gemeinsame Schwerewirkung der Granite und der Pyroxen-Granulite in der Oberkruste erklärt. Die gravimetrischen Überprüfungen über alternative Modelle sprechen gegen ein tektonisches Aufdringen der Granulite aus großen Tiefen (Diapir-Uplift) und gegen die Herkunft der Granulite aus dem Rhenoherzynikum. Die Untersuchungsergebnisse dieser Arbeit erhärten das “Zahnpasta-Modell” (Granulitkomplex aus dem Tepla-Barrandium). Entsprechende Modellexperimente, unter zugrundelegen einer entsprechenden Geometrie, ergaben eine gute Modell-Schwere-Anpassung an das beobachtete Feld.I analyse the gravity field in the region of Saxony with the aim of testing geodynamic models by determining the density distribution at deeper levels and presenting an optimal model relating to the origin of saxonian granulites. The data are are modelled with the following gravimetric methods: • Numerical analysis of the gravity field with the help of depth estimations, horizontal gradient of gravity field, Euler-Deconvolution, wavelength filtering, and • two- and three-dimensional density modelling The process of density modelling which was used shows that direct methods of numerical analysis (e.g. wavelength filtering) are not successful in resolving the complex geological structures, in contrast to indirect density modelling. But the results of direct methods do provide important information for three-dimensional geometrical modelling. The results of the different numerical analyses of the gravity field can be interpreted in different ways. This knowledge is the basis for density modelling. • The gravity high in the area of the Lausatian anticlinal zone is caused by two dense bodies. One body, at a shallow depth (approx. 2-4 km) is the main cause of the gravity high in the NW area of the anticlinal zone. Another body, which has penetrated from the lower crust to a depth of approx. 8 km, is the major contributor to the gravity high. The anticlinal zone is characterised by rhenohercynian gradient-directions (in a NW direction). • The maximum depth of the density body for the gravity low in the Erzgebirge lies at between 2 km and 10 km, in the upper crust. • In the area of the NW edge the Saxonian Granulitgebirge, gradient-directions (in a SE direction) are evident, which are typical for the Moldanubian. • The effect of the basic vulcanites in the Eger Rift is separated by wavelength filtering. It is demonstrated that these vulcanites have intruded from the lower crust into surface areas. • In the Zwischengebirge and in the SW region of the Eibenstock-Grannitgebiet, lower crustal material is present to a depth of approx. 8 km. • The gravity high in the Munchberg Gneiss Massif (MGM) is caused by a body, with an estimated maximum depth of approx. 6 km. The combination and logical interpretation of all available constraints from reflectionseismics, refractionseismics, geological investigations and magnetotelluric research as well as a geothermal model yields a complex three-dimensional density model for Saxony. The model includes the bodies in the upper crust derived from analysis using the available Bouguer Anomaly (Conrad, 1996) and takes into account distinctive structures derived from reflectionseismological investigations. Together with information from the geology near the surface all important known structures between the topographic surface and the moho could be integrated into the model. The results of the 3D-modelling can be summarised as follows: • The Saxonian Granulitgebirge (SGG) is a dome-like structure consisting of pyroxene granulites which, consistent with geothermal interpretation, can be connected with the layer in the Erzgebirge which is at a depth of 15 km. The granulite layer, stretching from the SGG to the Erzgebirge shows that the SGG could have been transported from the SW region (the Tepla-Barrandium). • The upper crust in the Erzgebirge region is characterised by a gneiss layer with a thickness of about 15 km in which the granites were intruded. The average thickness of the granites is 5 km. • After comparison with the MT-model, an lower crust divided into two parts was assumed. One part was transported by the Rhenohercynian and disappears in the Saxonian Granulitgebirge. The other lower crust was originated from the Tepla-Barrandian and propelled to the Zwischengebirge. To calculate the gravity effects of individual modelbodies, I used a method of gravity stripping. This method shows that the granites which intruded into the Erzgebirge are causing the gravity minimum in the Erzgebirge. The observed gravity is explained by the combined gravity effect of the granites and the pyroxene granulites in the upper crust. Gravimetric testing of other models contradicts a tectonic uplift of the granulites from great depth (Diapir Uplift) and granulites originating from the Rhenohercynian. The results of this investigation support the toothpaste model (granulites complex from the Tepla-Barrandium). Corresponding model experiment with a revelent geometry, resulted in a good model-gravity fitting of the observed field.thesisDFG, SUB Göttinge