AMBIENT INTELLIGENCE IN RAUM UND BAU INNOVATIVE TECHNIKASSISTENZ FÜR FACILITY MANAGEMENT UND ANWENDUNG

Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik in Kombination mit Informations- und Kommunikations-technik erlauben es mittlerweile, Rechenleistung und Kommunikationsfähigkeit in kleinsten Formaten, mit geringsten Energien und zu günstigen Preisen nutzbringend in unser privates und berufliches Umfeld einzubringen. Beispiele sind Notebook-PC, PDA, Handy und das Navigationßystem im Auto. Aber auch eingebettete Elektronik in Komponenten, Geräten und Systemen ist nunmehr zur Selbstverständlichkeit geworden. Bekannte Beispiele aus der Haustechnik sind Mikroprozeßoren in Heizungs- und Alarmanlagen und aber auch in Komponenten wie Brand- und Bewegungsmelder. Wir nähern uns dem vor einigen Jahren noch als Vision bezeichneten Zustand der überall vorhandenen elektronischen Rechenleistung (engl. ubiquitous computing) bzw. des von Informationsverarbeitung durchdrungenen täglichen Umfelds (engl. pervasive computing). Werden die TGA-Komponenten genau wie die größeren Computerkomponenten (z.B. PCs, Server) über Datenschnittstellen zu räumlich verteilten Netzwerken verknüpft (z.B. Internet, Intranet) und mit einer systemübergreifenden und adäquaten Intelligenz (Software) programmiert, so können neuartige Funktionalitäten im jeweiligen Anwendungsumfeld (engl. ambient intelligence, kurz AmI, [1]) entstehen. Hier liegt bei Gebäuden und Räumen speziell eine große Chance, die bislang einer ganzheitlichen Systemkonzeption unter Einschluß von Architektur, Gebäudephysik, technischer Gebäudeausrüstung (TGA) und Gebäudeautomation (GA) im Wege stehende Gewerketrennung zu überwinden. Es entstehen für div. Anwendungszwecke systemisch integrierte >smart areas< (nach Prof. Becker, FH Biberach). Im vorliegenden Beitrag erläuterte Beispiele für AmI-Lösungen im Immobilienbereich sind Raumsysteme zur automatischen und sicheren Erkennung von Notfällen, z.B. in Pflegeheimen; sich automatisch an die Nutzung und den Nutzer bzgl. Klima und Beleuchtung adaptierende Raumsysteme im Büro- oder Hotelbereich und die elektronische Aßistenz des Bau- und Betriebsprozeßes von Gebäuden. Im Duisburger inHaus-Innovationszentrum für Intelligente Raum- und Gebäudesysteme der Fraunhofer-Gesellschaft wurden in den letzten Jahren erste Lösungen mit diesem neuartigen Ansatz konzipiert, entwickelt und erprobt. Der Beitrag beschreibt nach einer kurzen Skizzierung des Ambient-Intelligence-Ansatzes an Beispielen Möglichkeiten für den Transfer dieser neuen Technologie in den Raum- und Gebäudebereich. Es folgt eine abschließende Zusammenfaßung und eine Einschätzung der Zukunftspotenziale der Ambient Intelligence in Raum und Bau

INTEGRIERTE SYSTEMBEDIENUNG IN GEBÄUDEN: KOMPLEXE TECHNIK EINFACHER HANDHABEN

Räume und Gebäude sind heute wegen der enormen Funktionalität der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) in Kombination mit der sonstigen Ausstattung und den diversen Anwendungsprozessen und Nutzergruppen ohne innovative Konzepte der integrierten Bedienung kaum noch beherrschbar bzw. optimal nutzbar. Dies gilt sowohl für Wohn- als auch für Zweckimmobilien. Die Gebäudeleittechnik (GLT) und die Gebäudeautomation (GA) können hier unter sinnvoller Integration der Möglichkeiten der Mikroelektronik, Multimedia-, Kommunikations- und Informationstechnik erheblich zu nutzbringenden Innovationen beitragen. Die Automobilindustrie hat in den letzten Jahren gezeigt, wie durch einen integralen Systemansatz und durch Einsatz von Elektronik, Kommunikations- und Informationstechnik eine sinnvolle technische Assistenz der Anwender machbar ist. Genannt sei hier das Konzept des Cockpits mit integrierter Funktionsbündelung und der Informationskonzentration am Armaturenbrett. Im Gegensatz zum Automobil ist der Bereich der technischen Gebäudeausstattung in Wohn- und Nutzimmobilien gekennzeichnet durch eine starke Fragmentierung in unterschiedlichste Gewerke unter Beteiligung vieler oft schlecht koordinierter Akteure. Durch das Duisburger inHaus-Innovationszentrum für Intelligente Raum- und Gebäudesysteme der Fraunhofer-Gesellschaft wurden in den letzten Jahren neuartige Konzepte der Systemintegration heterogener Technik auf der Basis von Middleware-Plattformen und Multimedia-Technologien und -Geräten entwickelt, getestet und in die Anwendung getragen. Einer der ersten Systemanwendungen dieses offenen Infrastrukturkonzepts ist die integrierte Systembedienung mit zum Teil völlig neuen Bedienkonzepten und einer starken Bedienungsvereinfachung auch komplexester Technikausrüstungen in Immobilien. Der Beitrag beschreibt nach einer Analyse der Ausgangslage die technologischen Grundzüge der integrierten Systembedienung. Es folgen einige Anwendungsbeispiele und eine zusammenfassende Bewertung mit einem Ausblick auf weiterführende Aktivitäten

Comparison of the Depth Accuracy of a Plenoptic Camera and a Stereo Camera System in Spatially Tracking Single Refuse-derived Fuel Particles in a Drop Shaft

With the development of depth cameras in the last decades, several cameras are able to acquire 3D information of the captured scenes, such as plenoptic camera and stereo camera system. Because of the differences in principle and construction of various depth cameras, different cameras own particular advantages and disadvantages. Therefore, a comprehensive and detailed comparison of different cameras is essential to select the right camera for the application. Our research compared the depth accuracy and stability of a stereo camera system and a plenoptic camera by monitoring the settling processes of various refuse-derived fuel particles in a drop shaft. The particles are detected at first using detection approaches, and the particle detections are subsequently associated in accordance with data association algorithms. The spatial particle trajectories are obtained by the tracking-by-detection approach, based on which the performances of the cameras are evaluated

A simulation study on spatial and time resolution for a cost-effective positron emission particle tracking system

This work is the second part of a simulation study investigating the processing of densely packed and moving granular assemblies by positron emission particle tracking (PEPT). Since medical PET scanners commonly used for PEPT are very expensive, a PET-like detector system based on cost-effective organic plastic scintillator bars is being developed and tested for its capabilities. In this context, the spatial resolution of a resting positron source, a source moving on a freely designed model path, and a particle motion given by a DEM (Discrete Element Method) simulation is studied using Monte Carlo simulations and the software toolkit Geant4. This not only extended the simulation and reconstruction to a moving source but also significantly improved the spatial resolution compared to previous work by adding oversampling and iteration to the reconstruction algorithm. Furthermore, in the case of a source following a trajectory developed from DEM simulations, a very good resolution of about 1 mm in all three directions and an average three-dimensional deviation between simulated and reconstructed events of 2.3 mm could be determined. Thus, the resolution for a realistic particle motion within the generic grate system (which is the test rig for further experimental studies) is well below the smallest particle size. The simulation of the dependence of the reconstruction accuracy on tracer particle location revealed a nearly constant efficiency within the entire detector system, which demonstrates that boundary effects can be neglected.Comment: Published in Particuology 88 (2024) 312-322. This manuscript version is made available under the CC-BY-NC-ND 4.0 licens

A Novel Plenoptic Camera-Based Measurement System for the Investigation into Flight and Combustion Behavior of Refuse-Derived Fuel Particles

In the past several decades, refuse-derived fuels (RDFs) have been widely applied in industrial combustion processes, for instance, in cement production. Since RDF is composed of various waste fractions with complex shapes, its flight and combustion behaviors can be relatively complicated. In this paper, we present a novel plenoptic camera-based spatial measurement system that uses image processing approaches to determine the dwell time, the space-sliced velocity in the depth direction, and the ignition time of various applied RDF fractions based on the obtained images. The image processing approach follows the concept of tracking-by-detection and includes a novel combined detection method, a 2.5D multiple particle tracking algorithm, and a postprocessing framework to tackle the issues in the initial tracking results. The thereby obtained complete spatial fuel trajectories enable the analysis of the flight behaviors elaborated in the paper. The acquired particles’ properties (duration, velocity, and ignition time) reversely prove the availability and applicability of the developed measurement system. The adequacy and accuracy of the proposed novel measurement system are validated by the experiments of detecting and tracking burning and nonburning fuel particles in a rotary kiln. This new measurement system and the provided experimental results can benefit a better understanding of the RDF’s combustion for future research

Oscillating Combustion - Primary Measure to Reduce Nitrogen Oxide in a Grate Furnace - Experiments and Simulations

The emission from industries and the mobility sector is under strong legal regulations in many countries worldwide. In Germany, the amendment to the 17th BlmSchV (Federal pollution control ordinance), which has been in force for waste incineration plants since 2013, has given rise to a new limit for nitrogen oxides of 150 mg/m3 as the daily mean level from 2019 on. A similar focus is on biomass-fired plants. According to the MCP (medium combustion plant) guideline of the EU, as a consequence, existing plants are required to either increase their consumption of ammonia water for nitrogen oxide reduction (SNCR process) or back fit SCR catalysts as secondary measures, which is a costly procedure. This paper presents a novel two-stage process in which an oscillating supply of secondary air allows nitrogen oxides to be reduced by approx. 50% at a good burnout level, which may obviate the need for secondary measures. Besides experimental investigations in a fixed bed reactor, CFD simulations confirm a high potential for reduction of nitrogen oxides. Together with the company POLZENITH, this process is under development for scale-up in a biomass incineration plant as a next step

Numerical modelling of the separation of complex shaped particles in an optical belt sorter using a DEM-CFD approach and comparison with experiments

In the growing field of bulk solids handling, automated optical sorting systems are of increasing importance. However, the initial sorter calibration is still very time consuming and the precise optical sorting of many materials still remains challenging. In order to investigate the impact of different operating parameters on the sorting quality, a numerical model of an existing modular optical belt sorter is presented in this study. The sorter and particle interaction is described with the Discrete Element Method (DEM) while the air nozzles required for deflecting undesired material fractions are modelled with Computation Fluid Dynamics (CFD). The correct representation of the resulting particle–fluid interaction is realized through a one–way coupling of the DEM with CFD. Complex shaped particle clusters are employed to model peppercorns also used in experimental investigations. To test the correct implementation of the utilized models, the particle mass flow within the sorter is compared between experiment and simulation. The particle separation results of the developed numerical model of the optical sorting system are compared with matching experimental investigations. The findings show that the numerical model is able to predict the sorting quality of the optical sorting system with reasonable accuracy

Improving optical sorting of bulk materials using sophisticated motion models

Visuelle Eigenschaften sind mächtige Merkmale zur Klassifikation von Schüttgütern, auf Basis derer man defekte oder unbrauchbare Teilchen erkennen kann. Die Verwendung optischer Bandsortieranlagen ist eine etablierte Technik zur Sortierung basierend auf diesen Merkmalen. Derartiger Sortierer leiden jedoch unter Verzögerungen zwischen der gleichzeitigen Klassifikation und Lokalisierung und der darauffolgenden Separation. Dadurch entsteht die Notwendigkeit für akkurate Modelle der Teilchenbewegung, mittels derer diese Lücke überbrücktwerden kann. In dieser Veröffentlichung stellen wir unser Konzept vor, mittels hochentwickelter Simulationen genaue Modelle herzuleiten und den Teilchenstrom durch Optimierungen im Design des Sortierers zu verbessern. Dies ermöglicht die Verbesserung der Sortiergüte und Kosteneffizienz. Abschließend präsentieren wir erste Ergebnisse