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Wärme

weitere Buchkapitel

Kapitel 2. Herausforderungen und Handlungsfelder für die Krankenhausführung

Im Zuge der schrittweisen Entlassung in den Wettbewerb (2004–2017) haben sich die deutschen Krankenhäuser inzwischen von Kosten- zu Profitzentren gewandelt. Treibende Kraft war hier vor allem der Übergang von der Kostenerstattung nach tagesgleichen Pflegesätzen zur Vergütung nach Fallpauschalen (DRG). Trotz der langen Übergangszeit haben die deutschen Krankenhäuser den Systemwechsel unterschiedlich gut gemeistert: Einige haben Leistungsangebot und Effizienz deutlich gesteigert, während dies anderen nicht gelungen ist. Seit Jahren schon schreiben etwa 30 % der Häuser rote Zahlen, und die Covid-Pandemie hat die notwendige Weiterentwicklung vor allem der unwirtschaftlichen Krankenhäuser noch zusätzlich gebremst. Denn auf einmal wurde deren Leerstand von Betten bezahlt, obwohl dieser auch vor der Pandemie schon bestanden hatte! Spätestens jetzt müssen die Krankenhäuser ihre strukturellen Probleme lösen und einerseits die Betriebseffizienz laufend weiter verbessern, andererseits ihr Leistungsangebot bedarfsorientiert gestalten. Soll das gelingen, müssen sie sich den Herausforderungen auf insgesamt sieben Handlungsfeldern stellen: (1) Sicherung der Wirtschaftlichkeit, (2) Rekrutieren und Halten von Fachkräften, (3) Bestehen im Wettbewerb um Patienten, (4) Ausbau der Digitalisierung, (5) Neugestaltung der Schnittstellen zwischen stationärer und ambulanter Versorgung, (6) Erneuerung der KH-Infrastruktur, (7) Fokussierung auf „Qualität“ als Kernbereich ihrer Weiterentwicklung.

Benjamin I. Behar, Kerstin Eisenbeiß, Frank Löscher, Rainer Salfeld
Kapitel 4. Evaluierung einer tragbaren Ergonomieunterstützungslösung zur passiven Entlastung bei manuellen, intralogistischen Tätigkeiten

Im Rahmen des aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes NRW geförderten Projektes ADINA (Automatisierungstechnik und Ergonomieunterstützung für innovative Kommissionier- und Umschlagkonzepte der Logistik in NRW) werden die Anforderungen an den Einsatz von Automatisierungstechnik und Ergonomieunterstützungslösungen in den relevanten Lager- und Umschlagsbereichen der Logistik untersucht. Dieser Aufsatz beschreibt ein Verfahren sowie die Ergebnisse der Evaluation einer tragbaren Ergonomieunterstützungslösung im Echtzeiteinsatz. Untersucht wurden die Einsatzpotenziale und die Nutzerakzeptanz eines passiven und elastischen Exoskelettes in intralogistischen Prozessen der Kommissionierung und des Lagerwesens. Solche Prozesse sind bis dato geprägt von manuellen und körperlich belastenden Lastenhandhabungen. Im Rahmen eines zweiwöchigen Echtzeittests konnten Logistikmitarbeiterinnen und -mitarbeiter eine Ergonomieunterstützungslösung testen und im Anschluss hinsichtlich der subjektiv wahrgenommenen Entlastung und des Tragekomforts bewerten.

Andreas Hoene, Mandar Jawale
5. Kreation wertstiftender GeschäftsmodelleGeschäftsmodell in neuen Wertschöpfungsformen, Ökosystemen und Plattformen

Der Artikel widmet sich der Kreation wertstiftender Geschäftsmodelle durch mehrdimensionale Wertschöpfung sowie der Rolle von Ökosystemen und dem ökonomischen Nutzen von Plattformen. Die Digitalisierung, technologische Entwicklungen und externe Faktoren, wie der Klimawandel, treffen auf ein sich wandelndes Nutzerbedürfnis, das zur Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle beiträgt. Die resultierende radikale Neuordnung traditioneller Industriegrenzen und die vermehrte Wertschöpfung in Netzwerkstrukturen zwingen etablierte Anbieter, ihr eigenes Geschäftsmodell zu hinterfragen und sich in den verändernden Wertschöpfungsketten neu zu positionieren. Diesen Herausforderungen müssen sich auch die Stakeholder der Bau- und Immobilienwirtschaft stellen. Anhand konkreter Praxisbeispiele werden in diesem Kapitel zunächst der Wandel der eindimensionalen Wertschöpfung zur mehrdimensionalen Wertschöpfung erklärt und solche Ökosysteme definiert, die eine mehrdimensionale Wertschöpfung entscheidend unterstützen, zu neuen Organisationsformen führen und zu einer Vernetzung verschiedener Geschäftsmodelle beitragen. Anschließend befasst sich der Beitrag mit der Plattform als digitales System, das die Marktakteure miteinander verknüpft und die mehrdimensionale Wertschöpfung durch sogenannte Netzwerkeffekte realisiert. Welche spezifischen Opportunitäten und Herausforderungen plattformbasierte Geschäftsmodelle für die Bau- und Immobilienwirtschaft bürgen, wird abschließend erörtert. Die Analyse zeigt im Ergebnis, dass die neuen Wertschöpfungsformen, das Agieren und Konstituieren von Ökosystemen und die Schaffung von Plattformen für die Bau- und Immobilienbranche erhebliche Chancen bieten, die es für jeden individuellen Marktteilnehmer zu nutzen gilt.

Janna Zielinski
33. Zukunftsperspektiven der Wertschöpfung in der Bau- und Immobilienwirtschaft

Der nachhaltigen, digitalen und innovativen Erneuerung der Wertschöpfung von Gebäuden wird eine besondere Bedeutung zugeschrieben. Viele Teilnehmer der Ökosysteme in der Immobilien- und Bauwirtschaft sind aktiv damit beschäftigt, ihre Prozesse, Systeme und Mitarbeiter auf eine digitalisiertere Zukunft vorzubereiten. Geschäftsmodelle und Strategien werden neu gedacht und die damit zusammenhängenden Möglichkeiten und Anforderungen ausgelotet. In kleinen, aber beständigen Schritten werden mutige Entscheidungen getroffen. Nachhaltige Lösungen werden immer entscheidender, da Energie, Flächen, Roh- und Baustoffe knappe Ressourcen darstellen. Neben den Nachhaltigkeitszielen stehen die Optimierung von Prozessen, die Reduzierung der Herstellungs- und Betriebskosten, die Erhöhung der Gebäudequalität sowie die Einhaltung von Zeitplänen im Vordergrund. Eine große Verantwortung liegt bei allen politischen Akteuren, die aufgefordert sind, ihre, Planungs-, Bau- und Ausführungsanforderungen lokal und global deutlich zu vereinfachen, zu standardisieren und sogar überall da, wo es möglich ist, eine Egalisierung anzustreben.

Sara Kukovec, Christoph Jacob
24. Innovative Materialien, Verfahren und Technologien des Brandschutzes zur nachhaltigen Gebäudeeffizienzsteigerung

Wenn man über Brandschutz spricht, dann muss man den Unterschied zwischen Feuer und Brand verstehen. Das Feuer ist das Ergebnis eines brennenden Mediums, welches sich durch Lichterscheinungen und Wärmeerzeugungen bemerkbar macht. Erfolgt das Feuer gewollt und kontrolliert, dann spricht man von Nutzfeuer und positiven Assoziationen wie Lagerfeuerromantik. Mit Brand hingegen wird oft das unkontrollierte Brennen von Materialien verstanden, welches einen Brandschaden als Folge herbeiführt. Deshalb werden unter Brandschutz von Gebäuden das Brennen und deren Folgeerscheinungen in Verbindung gebracht. Jährlich sterben in Deutschland durchschnittlich ca. 400–600 Menschen an den Folgen eines Brandes und ca. 6000 Brandverletzen mit Langzeitschäden leiden unter den Folgen einer Brandes. Fast 70 % der Opfer werden nachts im Schlaf überrascht und der Schaden durch Brand beläuft sich bis auf mehrere Milliarden Euro. Die meisten Brandopfer sterben nicht an den Folgen von Verbrennungen sondern durch die Vergiftung an toxischen Rauchgasen. Deshalb ist der Brandschutz von Gebäuden sowohl in der Planung als auch in der Lebenszyklusphase des Gebäudes enorm wichtig.

Seref Diler
22. Plattformlösungen im Handwerk & Zusammenspiel Immobilienwirtschaft

Das Handwerk ist ein wesentlicher Teil im Zusammenspiel mit der Immobilienwirtschaft. In diesem Artikel wird darauf eingegangen, wie vielseitig das Handwerk ist, welche Bereiche das Handwerk im Bereich Immobilie abdeckt, wie digital der Handwerker von heute agiert und welcher Zusammenhang zu Plattformlösungen heute oder in der Zukunft besteht.

Martin Urbanek
7. Halbleiter für Bordnetzanwendungen

Halbleiterschalter gewinnen im KFZ-Bereich immer mehr an Bedeutung, sei es als geregelter Lichtschalter, Motorregler, Sicherung oder im Einsatz für Wechselrichter in Hybrid- und Elektrofahrzeugen.Im Spannungsbereich bis ca. 100 V werden MOSFETs eingesetzt, über 100 V IGBTs. Für Elektrofahrzeuge mit hoher Reichweite kommen zudem Halbleiter mit breitem Bandabstand, wie SiC, zum Einsatz.Es wird erläutert, wie die Verluste und der Wirkungsgrad eines Wechselrichters ermittelt werden und die Leistungselektronik für die Fahrzeuglebensdauer ausgelegt wird.

Gerhard Babiel, Markus Thoben
2. Welche Stakeholder und Interessen bestimmen die Zusammenhänge der traditionellen Wertschöpfung?

Im Rahmen der einzelnen Gebäudelebenszyklusphasen Entwickeln/Ankaufen, (Um-)/Planen, (Um-)/Realisieren, Betreiben und Veräußern/Abreißen arbeiten zahlreiche Beteiligte mit unterschiedlichen Geschäfts- und deren Wertschöpfungsmodellen zusammen. Der Bedarf des jeweiligen Kunden der einzelnen Stakeholder ist dabei der Auslöser für die einzelnen Wertstellungspräpositionen und deren Wertschöpfungsprozesse, um für diese Abnehmer das gewünschte Ergebnis zu erzeugen. Mit Unterstützung der Technologien gilt es jetzt zum einen nachhaltiger und effizienter zu werden und zum anderen neue Ökosysteme zu schaffen sowie bestehende Geschäftsmodelle noch effizienter zu gestalten. Zur Vereinfachung sind in deinem Buch die Beteiligten in die Gruppen Investor/Projektentwickler, Projektsteuerer, Architekten/Fachplaner, Ausführende/Generalunternehmer, Material- und Gerätelieferanten und Asset Management/Property Management/FM-Dienstleister usw. geclustert. Weitere Abstufungen wurden nicht gesondert vorgenommen. So sind beispielsweise Abbruchunternehmen den Ausführenden zuzuordnen. In Abhängigkeit der Vergabestrategien in den jeweiligen Projekten kann es sehr unterschiedliche Verbindungen zu Beteiligten, wie zum Beispiel zu Generalplanern oder Generalübernehmern/Totalunternehmer, geben. Die Behörden sind hier auch als eigenständige Gruppe zu betrachten. Gerade auch mit Blick auf Digitalisierungspotenziale, zum Beispiel der Baugenehmigungsverfahren und deren Beschleunigung ist die Genehmigungsbehörde ein wesentlicher Stakeholder zu Beginn des Lebenszyklus, um die Realisierung von Projektideen überhaupt erst zu ermöglichen.

Matthias Mosig, Sara Kukovec, Christoph Jacob
19. Digitales Qualitätsmanagement für die Gebäude der Zukunft

Die Anforderungen an Gebäude steigen: Bauherren und Nutzer erwarten Flexibilität und Nutzerkomfort, Verfügbarkeit und einfache Bedienung, Effizienz und Nachhaltigkeit. Die Branche hat darauf mit einer Vielzahl von innovativen Technologien und Ihrer Kombination in „integralen“ Konzepten reagiert. Leider zeigt sich in der Praxis, dass die Zusammenführung in komplexen Technikkonzepten auf der Baustelle oft nicht funktioniert und Gebäude nicht nur Ihre Ziele verfehlen, sondern sogar mehr Energie verbrauchen, als technisch einfache Gebäude.

Stefan Plesser
Kapitel 8. Unsere Wahrnehmung der Zeit

Es ist wichtig zu verstehen, dass unsere Wahrnehmung nichts damit zu tun hat, was das Wesen der Zeit ist, ebenso wenig wie unsere Wahrnehmung von Farbe etwas mit der Natur des Lichts oder die von Klang mit der Natur des Schalls. Wir lernen kennen, wie der Körper Rhythmen organisiert, was für Uhren die Zellen haben und wie und wo das Zeitempfinden im Gehirn stattfindet. Zum Schluss wird erläutert, warum viele Menschen im Alter die Zeit als immer schneller vergehend empfinden. Eine enge Verbindung zum Wesen der Zeit (siehe Kap. 7 ) wird deutlich.

Bernhard Weßling
3. Verbindungstechnik

Kap. 3 beinhaltet die Beschreibung der Verfahren für die Verbindungen zwischen Kabel und Leiter.Löten, Crimpen, Schweißen und Einpressen

Gerhard Babiel, Markus Thoben
5. Wärmeausbreitung

Bei der Entwicklung von neuen elektronischen Bauteilen und Systemen der Leistungselektronik ist es wünschenswert, vor dem Hardwaretest die Erwärmung von Bauteilen berechnen zu können. Sowohl die kurzfristige Bauteiltemperatur als auch die sich einstellende Temperatur bei Dauerbetrieb sind von Interesse, weil sie im direkten Zusammenhang mit der Lebensdauer der Bauteile stehen.Erwärmt sich z. B. ein konventioneller Siliziumtransistor kurzzeitig über 200 °C, führt dies zur sofortigen Zerstörung, weil sich die Bonddrähte vom Chip lösen.Wird der Transistor bei der maximalen Betriebstemperatur gefahren, erfüllt er seine Funktion zumindest über die garantierte Lebensdauer z. B. 10.000 Stunden bei 150 °C am Silizium.Will man das Bauteil innerhalb der spezifizierten Grenzen betreiben, muss man jedoch die Temperaturentwicklung in Abhängigkeit vom elektrischen Strom und der damit verbundenen Verlustleistung kennen.Für die Abschätzung der Lebensdauer kommt für den Entwickler oft erschwerend hinzu, dass viele Bauteile sich in einem Gehäuse befinden und der direkten Temperaturmessung verschlossen bleiben. Auch hier sind vorab Berechnungen sinnvoll.Bei der Lösung von wärmetechnischen Aufgaben stößt man im Allgemeinen auf eine komplizierte vierdimensionale Raum-Zeit-Differentialgleichung aus der Wärmelehre. Im Folgenden wird versucht, sich dort – wo es aus Symmetriegründen möglich ist – auf eine Dimension zu beschränken.Im Kap. 5 werden Wege aufgezeigt, wie man zu vereinfachten wärmetechnischen Ersatzschaltbildern (Thermal Modeling) gelangt.

Gerhard Babiel, Markus Thoben
9. Hochvolt-Bordnetze

Die altbekannten 12 V/24 V-Nennspannungen für PKW/LKW-Bordnetze stoßen bei modernen Fahrzeugen an ihre Grenzen. Höhere Leistungen erfordern immer größere Kabelquerschnitte. Um dem entgegen zu wirken, hat man für elektrische Maschinen und Verbraucher zwischen 0,5 kW und 5 kW Nennleistung die 48 V- Spannungsebene eingerichtet.

Gerhard Babiel, Markus Thoben
23. Der Weg zur autarken Gebäudekonstruktion: Smarte Materialien, Baustoffe und Bauteile sowie deren Interaktion

Unser Planet stellt die Quelle aller Rohstoffe dar, die die Grundsubstanzen unserer bebauten Welt bilden. Rohstoffe unterscheiden sich zum einen in jene, die als Energieträger fungieren (Erdöl, Erdgas etc.) und zum anderen in jene, die als Nicht-Energieträger vorliegen, jedoch als Grundkomponenten zur Baustoffherstellung genutzt werden können (Holz, Natursteine, Metalle etc.). Darunter gibt es erneuerbare und nicht erneuerbare bzw. erschöpfbare Rohstoffe. Eine in der Gesellschaft vorherrschende Problematik ist, dass ein Großteil der Menschheit im Laufe eines Jahres deutlich über ihre Verhältnisse lebt. Seit Jahren wird regelmäßig das Budget an natürlichen Ressourcen deutlich schneller verbraucht, als dieses wiederhergestellt werden kann. Dazu kommt, das vornehmlich industrialisierte Länder (Nordamerika, Europa, Japan), welche ungefähr 20 % der Bevölkerung ausmachen, rund 80 % der weltweiten Ressourcen verbrauchen (Bundeszentrale für politische Bildung (2021)). Dabei ist der Ressourcen-Anspruch der Bauwirtschaft einer der intensivsten. Somit gehört der Bausektor mit ca. 18 % zu den Spitzenreitern in der Kategorie Ressourcenverbrauch (Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.V. (BUND) (2021)) (Umweltbundesamt (2018)).

Carina da Silva, Christoph Mankel, Sara Kukovec
8. Das Potenzial eines innovativen Entscheidungstreffprozesses in der Projektentwicklung

Unsere Hochbauten haben einen langfristigen Einfluss auf die soziale und ökologische Umgebung. Daher ist es besonders wichtig, in der Projektentwicklung und in den frühen Planungsphasen – im folgendem Early Stage Design (ESD) genannt – anhand ökologischer und ökonomischer Kriterien ein bestmögliches Gebäudekonzept zu entwickeln. Die Ausgangssituation einer Projektentwicklung ist mit der eines neuen Unternehmens vergleichbar – sie ist nämlich durch Individualität der Immobilienprojekte, facettenreiche Märkte und Geschäftsmodelle gekennzeichnet sowie durch unterschiedliche Exitstrategien der Projektentwickler. Bevor man größere Projektteams zusammenstellt, muss man sich bereits in der frühen Projektphase mit diversen Optimierungs-Herausforderungen auseinandersetzen. Oft müssen in dieser Phase teils widersprüchliche Leistungskriterien berücksichtigt werden, darunter vor allem Qualität und Preis, besonders was die technische Umsetzung betrifft. Zur frühzeitigen Beseitigung solcher Herausforderungen ist es wichtig, die verschiedenen Ziele zu berücksichtigen und entsprechende praktische Strategien zu entwickeln, um den bestmöglichen Kompromiss zwischen qualitativen und quantitativen Kriterien zu finden.

Natasha Catunda, Sara Kukovec
9. Wie die Versorgung mit Green Energy eine nachhaltige Verbindung zwischen Ökonomie und Ökologie schafft und die Immobilien-Wertschöpfung verbessert

Nahezu alle Sektoren und Branchen erleben bereits seit einigen Jahren Umbrüche, die in der jüngeren Vergangenheit noch deutlich an Fahrt aufgenommen haben, so auch der Immobiliensektor. Digitalisierung und Dekarbonisierung sind dabei starke Treiber von Innovationen und Wandel. Nachhaltige Green Energy Innovationen im Immobiliensektor stellen dabei nicht allein auf den technologischen Bereich ab. Ein großes Augenmerk muss hier auch auf innovativen Geschäftsmodellen liegen. Innovation und Geschäftsmodell gemeinsam bauen die Brücke zwischen Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit. Jedoch nur durch die konsequente Nutzung bereits marktfähiger Green Energy Innovationen und Geschäftsmodelle gelingt es, die ambitionierten Klimaschutzziele des Gebäudesektors in der knappen zur Verfügung stehenden Zeit zu realisieren. Denn der Klimawandel wartet nicht, wir müssen heute handeln. Anwendungsreife innovative und smarte Lösungen für den Gebäudesektor gibt es bereits heute. Damit befasst sich dieser Beitrag.

Thomas P. Wagner, Christian Faßelt
Kapitel 3. Kreativität ist Zufall im Gehirn

Zufall findet ständig auch in unserem Gehirn statt. Es gibt ernstzunehmende wissenschaftliche Erkenntnisse, die „Zufallsgeneratoren im Gehirn“ nahelegen. Vielen teilweise berühmten Menschen sind grundsätzliche Erkenntnisse, Entdeckungen und Erfindungen im Traum oder in Situationen gelungen, in denen sie nicht bewusst über das zu lösende Problem nachdachten. Dem Autor gelang die Auflösung eines rätselhaften und zuvor unbekannten Phänomens ebenfalls in einer Situation, in der systematisches logisches Denken nicht möglich war. Auch das Phänomen der Improvisation, vor allem bekannt aus der Jazzmusik, ist nachweislich nur möglich, wenn Kontrollmechanismen des Gehirns wie im Traum ausgeschaltet sind, so dass der Zufall freien Lauf hat.

Bernhard Weßling
Kapitel 4. „Gleichgewicht ist gut, Nicht-Gleichgewicht ist schlecht“ – stimmt das?

Die bisher weit verbreiteten Vorstellungen von Gleichgewicht werden diskutiert, auch der Begriff Fließgleichgewicht. Auf leicht verständliche Weise wird die Entropie erklärt und wieso trotz des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik („stetiger Anstieg der Entropie im Universum“) komplexe Strukturen entstehen können. Damit lernen wir die Grundzüge der Nicht-Gleichgewichts-Thermodynamik kennen. Wir verstehen, dass alles um uns herum und wir selbst Nicht-Gleichgewichts-Systeme mit dissipativen Strukturen sind. Sonst wäre auch Mayonnaise nicht steif. „Gleichgewicht bedeutet für Organismen Tod und Verfall.“ (Ludwig von Bertalanffy, Begründer des Begriffes Fließgleichgewicht).

Bernhard Weßling
Kapitel 5. Fast an der Wissenschaft verzweifelt

Erstaunlicherweise ist die Nicht-Gleichgewichts-Thermodynamik an Universitäten und im Studium kaum präsent, geschweige denn sonst in der Gesellschaft. Dies obwohl die Begründung für den Nobelpreis 1977 an Ilya Prigogine klar darlegt, wie wichtig diese Theorie für das grundlegende Verständnis unserer Welt ist. Den meisten revolutionär neuen Erkenntnissen der Wissenschaft erging es ähnlich. Ganz anders war die viel kompliziertere Relativitätstheorie schnell anerkannt und steht seither auf vielfältige Weise oft im Zentrum auch populärwissenschaftlicher Artikel und Bücher. Für die unterschiedliche Akzeptanz neuartiger Ideen hat Thomas Kuhn eine Erklärung in seinem Buch Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen vorgelegt: das Paradigma, auf dessen Basis die Wissenschaftler arbeiten.

Bernhard Weßling
Kapitel 7. Was fließt da, wenn die Zeit fließt, und wohin fließt sie?

Zuerst wird diskutiert, was verschiedene Physiker über die Zeit denken: Ist sie eine Illusion? Bedeutet die Zeitlosigkeit der Quanten, dass es die Zeit nicht gibt? Kann sich der Zeitpfeil umkehren? Leben wir in einem von vielen Universen? Wir denken dann darüber nach, was die Formulierung „die Zeit vergeht“ bedeuten könnte. Es wird erläutert, dass die Zeit nicht fließen und nicht vergehen kann. Schließlich wird eine neuartige Hypothese vorgestellt, die die Zeit als emergentes Phänomen durch den Fluss der Entropie beschreibt. Diese neue Hypothese ist experimentell überprüfbar.

Bernhard Weßling
Kapitel 6. Die Geburt des Zufalls in komplexen Systemen

Anhand charakteristischer Beispiele aus der Biologie (Biochemie, Evolution), dem Wetter, Klimageschehen, komplexen Netzwerken und der Kosmologie („Urknall“) wird die Dynamik und Nicht-Linearität von Nicht-Gleichgewichts-Systemen näher beleuchtet. Es wird klar, dass höhere Organisationsebenen der Materie ihre eigenen, im Vergleich zu niedrigeren Ebenen neue Gesetze entwickeln. Emergenz von Eigenschaften und Gesetzen ist ein wichtiger Aspekt. Das nicht-lineare Verhalten dieser komplexen Systeme ist die Ursache für das Auftreten des Zufalls. Abschließend erklärt uns das Phänomen der Dekohärenz, warum die Quanten (Elementarteilchen) mit ihrer Unbestimmtheit den Zufall in der makroskopischen Welt nicht bewirken können.

Bernhard Weßling
13. Vernetzte Multiphysik, Bauphysik von morgen

Die Bauphysik stellt ein sehr weites Feld in der Baubranche mit vielen unterschiedlichen Themen dar, wodurch viele Entscheidungen im Bauprozess stark beeinflusst, aber auch viele Vorgaben für Entscheidungen festgelegt werden. Die Heterogenität der Bauphysik resultiert aus den unterschiedlichen bauphysikalischen Leistungsfeldern, aus denen insbesondere öffentlich-rechtliche Nachweise vor Baubeginn generiert werden müssen: Wärmeschutz Feuchteschutz Schallschutz

M. Sc. Carina da Silva, Dr.-Ing. David Bewersdorff
1. Der traditionelle Weg der Bau- und Immobilienwirtschaft in die digitalisierte Welt

Unsere Lebensbereiche verändern sich zunehmend. Bis Anfang des Jahres 2020 glaubte man, die Weltwirtschaft sei beständig und widerstandsfähig. Ein jährliches Weltwirtschaftswachstum von circa 3,8 Prozent seit der Finanzkrise 2007 vermittelte Stabilität und Sicherheit. Die COVID Pandemie hat dazu geführt, dass die Notwendigkeit für Veränderungen klarer und die individuelle Bereitschaft, sich mit neuen Methoden und Technologien zu beschäftigen, größer geworden ist. Auch die Bau- und Immobilienwirtschaft, die traditionell im Verhältnis zu anderen Industrien und Wirtschaftszweigen etwas langsamer unterwegs war, stellt sich den Herausforderungen der Zukunft. Weltweit setzen sich mehr als 1000 Start-ups sowie zahlreiche, bedeutende konventionelle Unternehmen dafür ein, diese Branche aktiv in eine neue Epoche zu überführen.

Christoph Jacob
Kapitel 5. (Zivil-)gesellschaftliche Deutungsrahmen als Technologiebezug

Das vorliegende Kapitel beginnt mit der Beschreibung der Kapitelziele und -struktur, um so die Form der Ergebnisdarstellung zu erläutern. Zudem bietet der Abschnitt einerseits eine übergreifende Perspektive auf die Gemeinsamkeiten aller untersuchten Gesellschaftsakteure des Untersuchungsfalls, andererseits eröffnen die Unterkapitel (5.1–5.3) den Blick auf die Besonderheiten der Gruppierungen. Während Kapitel 3 die Form und Einordnung des Datenmaterials vorgestellt hat, steht hier der spezifische zeitgeschichtliche und ereignisbezogene Kontext im Vordergrund.

Annabarbara Friedrich
Entwicklung eines Entgeltsystems

Aus den Überlegungen zu Sinn und Zweckmässigkeit von Entgeltsystemen lässt sich ableiten, dass die klassischen Entgeltkomponenten quasi zeitlos sind. Sie bleiben unabhängig von gesellschaftlichen oder politischen Strömungen auf die Stellenanforderungen, auf die Erfahrung der Person, ihre Leistung, ihren Erfolg und auf den Erfolg der Organisation fixiert, in die sie eingebettet ist.

Gerd Ulmer
Kapitel 1. Einführung

Die Statik ist ursprünglich ein Teilgebiet der Mechanik. Mit dem Entwurf von immer komplexeren Tragsystemen hat sie sich jedoch unabhängig von der Mechanik weiterentwickelt. Heute ist die Baustatik als Folge der auch in Grenzbereichen der Tragfähigkeit geplanten modernen Konstruktionsweisen und mit den hierfür notwendigen weitentwickelten Berechnungsverfahren als eigenständiges Fachgebiet für das Bauwesen unentbehrlich.

Dieter Dinkler
Kapitel 6. Partielle Differentialgleichungen

Bisher haben wir Systeme behandelt, die lediglich von der Zeit abhängen. Insbesondere bei den Boxmodellen war dies nur möglich durch die vereinfachende Annahme der vollständigen Durchmischung. Zum Beispiel bei der Beschreibung der Konzentration von Phosphat in einem See nimmt man an, dass diese im ganzen See gleich groß ist. Von dieser Annahme, die in der Realität nur sehr näherungsweise zutrifft, wollen wir uns nun lösen. Der Grund ist, dass zahlreiche Phänomene sowohl von der Zeit als auch sehr ausgeprägt vom Ort abhängen.

Alexander Caspar, Norbert Hungerbühler
Kapitel 1. Modellbildung

Alle quantitativ arbeitenden Natur- und Ingenieurwissenschaften, und inzwischen auch Sozial- und Geisteswissenschaften, bedienen sich mathematischer Modelle. Die rasanten Fortschritte in fast allen Aspekten der menschlichen Gesellschaft, und insbesondere die Explosion der Technologie des 20. und des beginnenden 21. Jahrhunderts, sind eine Folge dieser Entwicklung. Wie ist das zu erklären?

Alexander Caspar, Norbert Hungerbühler
Kapitel 4. Riechen

Der gezielte Einsatz von Düften ist schon längst kein Ausnahmefall mehr. Diverse große und kleine Unternehmen setzen schon seit langem routinemäßig Umgebungsdüfte in ihren Verkaufs- und Serviceumgebungen ein. Hierbei verfolgen die Unternehmen vor allem zwei Ziele. Durch den Einsatz von Umgebungsdüften soll einerseits eine angenehme Atmosphäre geschaffen werden. Andererseits soll der Duft eine unverwechselbare und sympathische Markenidentität kommunizieren. Aber wie müssen Düfte gestaltet sein, damit sie solche wünschenswerten Effekte entfalten? Der ideale Umgebungsduft hängt nicht nur vom Typ ab, sondern von einer Vielzahl von Eigenschaften. Erschwerend kommt hinzu, dass Konsumenten Düfte sehr unterschiedlich wahrnehmen können, je nach Herkunft, Geschlecht oder sogar Situation. Diese Kapitel präsentiert aktuelle Forschungsergebnisse zur Wirkung von Umgebungsdüften und beschreibt, was Händler beim Einsatz von Umgebungsdüften konkret beachten müssen.

Marko Sarstedt, Monika Imschloss, Susanne Adler
Kapitel 2. Sehen

Menschen nehmen ihre Umgebung zu großen Teilen visuell wahr. Schon einzelne Reize wie die Beleuchtung des Raumes oder bestimmte Farben wecken Assoziationen, welche sich wiederum auf die Erwartungen an und die Bewertung von Produkten und Verkaufsumgebungen auswirken – mit entsprechenden Effekten auf Kaufentscheidungen. Neben einzelnen Gestaltungsaspekten ist auch das Zusammenspiel visueller Reize und der größere visuelle Kontext für Händler relevant. Zu diesem gehören neben Produktpositionierungen und räumliche Anordnungen auch die Präsenz anderer Menschen im Verkaufsraum sowie damit eingehende sozialen Interaktionen. In diesem Kapitel wird beschrieben, wie einzelne visuelle Reize wirken und das Kundenverhalten prägen. Hierbei wird auch auf das Potenzial von Augmented Reality-Anwendungen eingegangen. Auf Grundlage aktueller Forschungsergebnisse werden konkrete Handlungsempfehlungen für Händler abgeleitet.

Marko Sarstedt, Monika Imschloss, Susanne Adler
Kapitel 2. Gefährdete Globalisierung und Europas Selbstbehauptung (2010–2019)

In den Jahren zwischen 2010 und 2019 wird die Entwicklung zur Globalisierung vermehrt in Zweifel gezogen. Europa gerät unter ungeahnten Druck, weil es nicht länger Stabilität exportiert, sondern Instabilität importiert. Zugleich wird der Fortgang der europäischen Integration im Innern der Europäischen Union mehr als je zuvor angefochten.

Ludger Kühnhardt
Kapitel 1. Europa und der global turn: Ohnmachtserfahrungen und Inspirationsquelle der Welt (2000–2009)

Im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts wird die Europäische Union immer wieder in aller Welt als Inspirationsquelle für Prozesse des region-building erwähnt. erwähnt. Zugleich erfährt sie Widerspruch und Ablehnung unter ihren Bürgern für eine gemeinsame Verfassung. Sie bleibt trotz weitreichender Erweiterung unklar über ihre eigenen Grenzen

Ludger Kühnhardt
8. Produktionsmanagement

In modernen Volkswirtschaften kommt nur ein kleiner Teil der Produkte, die der Befriedigung menschlicher Bedürfnisse dienen, direkt in der Natur vor. Für alle anderen Produkte gilt, dass diese zunächst produziert werden müssen. Ziel der Produktion ist daher die Transformation der Elementarfaktoren Arbeit, Material und Maschinen in nutzenstiftende Produkte. Die Transformation von Inputgütern in Outputgüter wird dabei als Produktion bezeichnet. Die Beschreibung, Erklärung und Gestaltung der Produktion in operativer und strategischer Hinsicht ist Aufgabe des Produktionsmanagements. Im Rahmen des operativen Produktionsmanagements wird vor allem die Relation von Input und Output behandelt. Als Grundlage hierzu dienen Produktionsfunktionen, die einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem im Rahmen der Produktion eingesetzten Input und Output angeben. Darüber hinaus erweitert das operative Produktionsmanagement die reine Mengenbetrachtung um eine monetäre Bewertung der Inputfaktoren. Nur so ist es dem Unternehmen möglich, die Kosten für die Produktion des Outputs zu ermitteln und das ökonomische Prinzip einzuhalten. Die Aufgaben des strategischen Produktionsmanagements liegen in der Schaffung und Erhaltung einer wettbewerbsfähigen Produktion. Dies umfasst unter anderem die Gestaltung der Produkte und Produktionsprogramme, die Wahl der Produktionsstandorte und -technologien, sowie die Festlegung von Produktionsabläufen.

Thomas Hutzschenreuter

Open Access

Zur Situation der Pflegekräfte in Deutschland – Herausforderungen und Lösungsansätze

Der Ausbau der professionellen Pflegeinfrastruktur mit dem steigenden Bedarf an Pflegekräften hat vor dem Hintergrund der schwierigen Arbeitsbedingungen in der Pflege zu einem ausgeprägten Mangel an Pflegefachkräften in Deutschland geführt. Die Politik hat daher verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der Arbeits-, und Ausbildungsbedingungen sowie der Rekrutierung ergriffen. In die Entwicklung und Umsetzung der Maßnahmen werden Bund, Bundesländer und Kommunen und weitere gesellschaftliche Akteure in einem Ansatz der Mehrebenengovernance einbezogen. Im Fokus des Beitrags steht die Analyse der Entwicklung und Umsetzung der Maßnahmen in dem System der Mehrebenengovernance insbesondere aus der Perspektive der Kommunen. In den Ergebnissen werden verschiedene Formen der Einbeziehung der Kommunen erkennbar, wobei den Kommunen in der lokalen Rekrutierung von Auszubildenden und Pflegepersonal und der lokalen Umsetzung der Pflegeberufereform eine besondere Bedeutung zukommt.

Hildegard Theobald
6. Klimawandel und Personenversicherung

Einen grundlegenden Aspekt des Klimawandels bildet die (mittlere) Erderwärmung, wobei häufig Klimawandel aus Gründen der Vereinfachung mit Erderwärmung sogar gleichgesetzt wird. Für die Personenversicherung, insbesondere für die Lebensversicherung, stellt sich hier die Frage, wie sich die Erderwärmung auf die SterblichkeitSterblichkeit in der Bevölkerung auswirkt.Dazu werden die bisherigen Erkenntnisse der Forschung vorgestellt und Rückschlüsse auf die Entwicklung der Sterblichkeit gezogen. Es soll beurteilt werden, inwiefern die Kalkulation von den Auswirkungen betroffen ist. Dabei wird überprüft, ob die Sterbetafel DAV 2008 T im Zuge der Auswirkungen auf die Sterblichkeit angepasst werden muss. Die Ergebnisse werden abschließend in einer Chancen- und Risikolandkarte zusammengefasst.

Lisa Mahnke, Jan-Philipp Schmidt
5. Nachhaltige Kapitalanlage

Die Kapitalanlage gehört zum Kerngeschäft eines jeden Versicherungsunternehmens. Darüber hinaus gehören die Versicherungsunternehmen in Deutschland zu den größten institutionellen Anlegern.Die Auswirkungen des Klimawandels und die Anforderungen an die Nachhaltigkeit können die Entwicklung der Kapitalanlagen massiv beeinflussen. Durch sog. Nachhaltigkeitsrisiken kann das Kapitalanlagenergebnis unter Druck geraten.Aber die Versicherungsbranche hat auch eine gesellschaftliche Verantwortung: Als institutionelle Kapitalanleger können sie durch ein koordiniertes Investment in nachhaltige Kapitalanlagen bewusst Nachhaltigkeitsziele positiv beeinflussen. So können sie dabei helfen, den Übergang zu einer klimafreundlichen und idealerweise CO2-neutralen Volkswirtschaft mitzufinanzieren.

Bastian Erk, Torsten Rohlfs, Christian Serries
1. Klimawandel als externer Effekt

Der Klimawandel schadet insbesondere der Wirtschaft, weil Naturkatastrophen und extreme Wetterereignisse erhebliche Kosten für viele Länder verursachen. Deswegen ist der Klimawandel ein zentraler ökonomischer Faktor, der den Zukunftserfolg vieler Länder und Unternehmen determinieren wird.Volkswirtschaftlich gesehen ist der Klimawandel ein klassisches Beispiel für einen (negativen) externen Effekt, der von außen herbeigeführt und von einem einzelnen Marktteilnehmer oder einer Gruppe von Marktteilnehmern nicht beeinflusst werden kann, wobei es hier theoretische Lösungsansätze gibt.

Marcel Berg, Kai Bosch, Maria Heep-Altiner, Yoana Zhupunova
Kapitel 1. Am Anfang ist der Korken: Physik des Flaschenöffnens

Bevor wir beginnen können – sowohl mit der Weinprobe als auch mit dem Experimentieren – steht vor uns eine verschlossene Weinflasche. In der Regel stellt das keine Herausforderung dar und ohne dem Vorgang viel Aufmerksamkeit zu schenken, wird der Korken herausgezogen. Aber allein schon dieser Beginn einer Weinprobe hat es physikalisch in sich.

Lutz Kasper, Patrik Vogt
Kapitel 7. Zaubertricks und Wundersames: Akrobatische Mechanik

Dieses Kapitel offeriert einen bunten Strauß von physikalischen Ideen am Partytisch. Allerdings starten wir in den ersten Experimenten zunächst mit antiken Erfindungen. Diese erwecken leicht den Eindruck eines erhobenen Zeigefingers und mahnen uns durchaus zum Maßhalten.

Lutz Kasper, Patrik Vogt
8. Messung elektrischer Größen

Zu den elektrischen physikalischen Größen, im Folgenden elektrische Größen genannt, werden Spannung, Stromstärke, elektrische Leistung und Arbeit, elektrischer Widerstand, Induktivität und Kapazität gezählt. Weiterhin sollen noch die Messung von Zeit und Frequenz behandelt werden, weil beide für die Bestimmung von Wechselgrößen notwendig sind. Ebenfalls erforderlich sind sie zur Ermittlung von Größen, die unmittelbar eine Funktion der Zeit darstellen, wie z. B. die Arbeit.Die Messung elektrischer Größen wiederum ist die Grundlage nichtelektrische Größen mit elektrischen Messmethoden erfassen zu können. Sie bieten damit die maßgebliche Voraussetzung zur Ausführung von Mess- und Regelprozessen in der automatisierten Fertigung bzw. zur Realisierung rechnergesteuerter Mess- und Prüfsysteme im Prüffeld einer Erzeugnisse produzierenden Firma.

Rainer Parthier
9. Messung nichtelektrischer physikalischer Größen

In diesem Kapitel soll auf der Basis von Messverfahren für elektrische Größen die Messung von nichtelektrischen Größen erläutert werden. Dazu werden die erforderlichen Elemente einer Messkette vorgestellt und der Einfluss ihrer Eigenschaften auf die Messung diskutiert. Den größten Teil dieses Kapitels nimmt die Sensorik ein. Anhand ausgewählter Sensorprinzipien wird die Messung nichtelektrischer Größen mit elektrischen Messverfahren vorgestellt. Dabei bilden die technische Umsetzung des Messprinzips und die mit den jeweiligen Sensoren erreichbare Genauigkeit den Schwerpunkt der Ausführungen.Die Mehrzahl der in der Umwelt, auch in Produktionsprozessen, auftretenden und damit auszuwertenden physikalischen Größen sind nichtelektrischer Natur. Folglich ist die messtechnische Bewertung dieser nichtelektrischen physikalischen Größen, bzw. der von diesen Größen abgeleiteten Signale eine grundlegende Voraussetzung zur Überwachung von Umwelt- bzw. Produktionsprozessen.Zur Nutzung der gewonnenen Messsignale in der Steuerungs- und Regelungstechnik sind vorrangig aber elektrische Signale erforderlich. Es muss somit eine Umsetzung des nichtelektrischen Signals aus der Umwelt, das die nichtelektrische physikalische Größe beschreibt, in ein elektrisches Signal erfolgen. Und zwar so, dass die interessierende Messinformation weitgehend unverfälscht erhalten bleibt.

Rainer Parthier
Kapitel 1. Berechnungshilfen

Berechnungshilfen

Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Diana Stricker
Kapitel 5. Bauakustik

Bauakustik

Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Diana Stricker
Kapitel 2. Wärmeschutz

Wärmeschutz

Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Diana Stricker
Kapitel 7. Brandschutz

Die Musterbauordnung MBO [55] formuliert die Anforderungen an den Brandschutz wie folgt: „Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung) vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löschmaßnahmen möglich sind.“

Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Diana Stricker
Kapitel 6. Raumakustik

Raumakustik

Wolfgang M. Willems, Kai Schild, Diana Stricker
Bochum: Ausblick auf messbare Indikatoren in der fortschreitenden Klimakatastrophe bis 2046

Mit diesem Kapitel wird ein detaillierter Einblick in messbare Indikatoren zur Transformation der Stadt Bochum gegeben. Im Fokus stehen hierbei die Potenziale der Erneuerbaren Energien, namentlich PV-Anlagen und der Individualverkehr. Mit aktuellen Wetterdaten werden vorläufige Schätzungen von Hitzetagen für die Stadt Bochum skizziert und die allgemeinen Auswirkungen der Klimasituation dargestellt. Indikatoren zur Messung der Biodiversität weisen bereits heute besorgniserregende Werte auf und haben sich durch die letzten Dürreperioden verschärft. Vor diesem Hintergrund beschreibt dieses Kapitel mögliche quantifizierte Prognosen. Abschließend werden Handlungsspielräume der Stadt Bochum skizziert und die quantifizierten Prognosen vor dem Hintergrund der vier Szenarien eingeordnet.

Helge Ehrhardt, Christian Linke, Steffen Schüttler
Szenariobeschreibung „Rotten Oasis – Let’s make things better“

In den frühen 2030er Jahren wurde der Klimaschutz stets in Kombination mit der wirtschaftlichen Verträglichkeit kombiniert. So konnten sich zunächst weite Teile der Wirtschaft an klimatische Veränderung anpassen, der Klimawandel selbst aber in seinem Ausmaß nur marginal gehemmt werden. Diese wirtschaftliche Anpassung beinhaltet eine Entkopplung von wirtschaftlichen Wachstum und Ressourcenverbrauch. So pendelt sich in „Rotten Oasis“ ein ausgeglichenes Verhältnis zwischen Lohnarbeit und ehrenamtlichen Tätigkeiten für die Allgemeinheit ein. Viele dieser Tätigkeiten adressieren die Auswirkungen des Klimawandels und entlasten die Kassen der Stadt. Die Stadt selbst sieht sich mit massiven Verantwortungen der Klimaanpassung konfrontiert und kann den verschiedenen Aufgaben nicht umfänglich gerecht werden. Dieses Szenario beschreibt ein ambivalentes Verhältnis zwischen Resignation ob der globalen und lokalen Klimafolgen sowie einem Tatendrang in der Bevölkerung, die erkennt, dass sich alle gegenseitig unterstützen müssen.

Michelle Alfers
Kommunales Management im 21. Jahrhundert

Beginnend mit der Finanzkrise über Migrationsbewegungen, Dürren, der anhaltenden Covid-19-Pandemie bis hin zum aktuellen Krieg in der Ukraine haben die letzten 15 Jahre unsere Gesellschaft vor massive Herausforderungen gestellt. Dieses Kapitel führt die Lesenden in das VUCA-Konzept ein, das einen Orientierungsrahmen für das Erfassen dieser Unbeständigkeit bietet, mit der auch kommunale Entscheidungsträger:innen verstärkt umgehen müssen. Dabei zeigen die Autoren auf, dass sich nicht nur die Art und Weise strategischer Planungsprozesse verändern muss, vielmehr gilt es eine kreative und zukunftsorientierte Denkweise zu entwickelt und diese in alltäglichen Arbeitsweisen zu integrieren. Die Stadt Bochum bietet sich hier als spannender Untersuchungsraum an. In der Vergangenheit durchlief die Stadt bereits einen Wandel von der Fokussierung auf industrielle Produktion hin zum Wissensstandort. Die in diesem Sammelband entwickelten Szenarien zeigen auf, vor welchen Herausforderungen die Stadt Bochum sowie viele weitere deutsche Städte und Kommunen in Zukunft stehen könnten. Der Band liefert Ideen, wie diesen Herausforderungen begegnet werden kann.

Michael Roos, Elias-Johannes Schmitt
Kapitel 7. Herstellung

Das Kapitel widmet sich der Herstellung von Luftfahrzeugen und deren Komponenten. Zunächst werden die Grundlagen der luftfahrttechnischen Herstellung dargestellt. Hierbei werden insbesondere die Voraussetzungen für die Genehmigung als DEMAR-Herstellungsbetrieb dargestellt (Abschn. 7.1). Im Anschluss widmet sich der Text dem Genehmigungsumfang militärischer Herstellungsbetriebe (Abschn. 7.2). Es folgt ein Abriss über das Qualitätssystem in der Herstellung, in welchem die grundlegenden Qualitätsanforderungen, die Genehmigungsvoraussetzungen sowie das Qualitätssystem an sich beschrieben werden (Abschn. 7.3).

Martin Hinsch, Andreas Klarner, Caroline Berlinger
Kapitel 4. Die Natur nachbauen – Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen

Die Entstehungshistorie manch erfolgreicher bionischer Produkte kann etwas planlos erscheinen. Rinder gehen nicht durch stachelige Dornenhecken, also bauen wir einen Zaun mit Stacheln. Dann wird etwas herumexperimentiert, welche Arten von Stacheln wirksam sind, wie und wo sie befestigt werden können, und schließlich, wie sich das Ganze leicht industriell herstellen lässt.

Welf Wawers
Kapitel 2. Bionik als Wissenschafts- und Arbeitsgebiet

Irgendwo zwischen der Biologie und der Technik liegt die Bionik, da sind sich grundsätzlich alle, die zu einer Verortung dieses Wissenschaftsgebietes befragt werden, einig. Bei der Frage, was die genauen Aufgaben und Inhalte der Bionik sind, differenzieren sich die Antworten bereits etwas. Einfacher, wenn nicht unbedingt richtiger fällt die Beantwortung, wenn auch nach Beispielen gefragt wird.

Welf Wawers
Kapitel 3. Biologische Basisinformationen

Ein Kapitel „Biologische Grundlagen“, wie es vielleicht erwartet werden würde, kann es im Rahmen dieses Buches nicht geben. Die Biologie ist ein viel zu großes und zu weit verzweigtes Gebiet, als das alle biologischen Grundlagen hier zusammengefasst werden könnten. Hinzu kommt, dass für das Verständnis vieler biologischer und insbesondere mikrobiologischer Abläufe, Prozesse und Systeme häufig auch fundierte Chemiekenntnisse benötigt werden.

Welf Wawers
Kapitel 4. Intentionsbasierte Reziprozität und Nettigkeit

In diesem Kapitel wird Dufwenberg und Kirchsteiger’s (2004; 2019) Modell von intentionsbasierter Reziprozität und Nettigkeit auf die, in Kapitel 2 beschriebenen, Settings adaptiert. Berücksichtigt werden dabei (i) unvollständige Informationen des Anzuwerbenden durch den überraschenden Charakter des Geschenkes und (ii) Szenarien zu möglichen Intentionsurteilen. Die Modellvorhersagen verdeutlichen die entscheidende Rolle der Intentionsurteile für das Urteil des Geschenks als nette oder nicht-nette Handlung. An den theoretischen Teil anschließend folgt eine literaturbasierte Diskussion zur Nettigkeit der Organisation und des Anzuwerbenden.

Maximilian Alex Kuntze
Kapitel 4. Mensch-Umwelt-Beziehungen

Anders als noch vor etwa hundert Jahren, verbringen wir heute in der westlichen rund Welt 90% unserer Lebenszeit in Gebäuden. In der Raumarchitektur spricht man daher vielfach von Gebäuden als von der „dritten“ menschlichen Haut. Da es sich bei den Nutzern letztlich um eine sehr inhomogene Gruppe handelt, die sich in Lebensalter, Lebenslage, Einstellungen, Werten, Vorlieben, Interessen und der Art der Nutzung höchst differenziert darstellt, erschwert dies die Planung gebauter Umwelten. Antje Flade (2008) präferiert in diesem Zusammenhang eine Betrachtungsweise, die Umwelteinheiten im Kontext ihrer Funktion (Arbeiten/Lernen, Freizeit, Gesundung, …), bezüglich der speziellen Zielgruppen – Kinder, alte Menschen, Personen mit Beeinträchtigungen – oder hinsichtlich der Mensch-Umwelt-Beziehung und der damit verbundenen psychologischen Prozesse unterscheidet.

Bettina Purkarthofer, Barbara Friehs
Kapitel 5. Wohnbedürfnisse

Bedürfnisse sind nicht individueller, sondern allgemein menschlicher Natur. Sie sind prinzipiell allen Menschen zu eigen, weisen einen permanenten, immer wiederkehrenden Charakter auf und verlangen nach Erfüllung. Bedürfnisse können zwar teilweise unterdrückt werden, respektive unerfüllt bleiben, aber nie gänzlich ausgeschaltet werden (Maslow, 1987). Basierend auf der Bedürfnispyramide von Abraham Maslow werden auch die Wohnbedürfnisse in Grundund Wachstumsbedürfnisse gegliedert. Werden die allgemeinen Wohnbedürfnisse nicht erfüllt, zieht dies unterschiedliche emotionale Reaktionen bzw. psychologische Konsequenzen hinsichtlich Befinden, Verhalten und Gesundheit nach sich.

Bettina Purkarthofer, Univ.-Doz. Dr. Barbara Friehs
5. Welche Aufträge eignen sich zur Vertiefung des Wissens?

Wie lässt sich im Unterricht oder im Anschluss daran das Verständnis von Konzepten, Naturgesetzen oder Lösungswegen vertiefen? Eine Lernform, die sich in den letzten zwei Jahrzehnten in zahlreichen experimentellen Vergleichsstudien als besonders lernwirksam erwiesen hat, besteht darin, die Lernenden durch Erklärungsaufträge gezielt dazu anzuleiten, zentrale Lerninhalte noch einmal zu durchdenken (Berthold 2007; Berthold et al. 2009; Renkl et al. 1998; Schworm und Renkl, 2007; Siegler 2002; zur Übersicht siehe Fiorella und Mayer 2016 sowie Wylie und Chi 2014). Auf diese Weise müssen sich die Lernenden aktiv mit den Unterrichtsinhalten beschäftigen und ihr bestehendes Wissen entsprechend umstrukturieren. Die Schülerinnen und Schüler erhalten dabei den Auftrag, sich zu überlegen, wie sie beispielsweise sich selbst oder einem Mitschüler ein Konzept, ein Naturgesetz oder einen Lösungsweg erklären würden. Solche Erklärungen werden in der Lehr- und Lernforschung als „Selbsterklärungen“ („self-explanations“) bezeichnet (siehe auch das Video hinter ◘ Abb. 5.1).

Armin Barth, Roger Deuber, Tanja Frei, Brigitte Hänger, Juraj Lipscher, Herbert Rubin, Ralph Schumacher, Irene Schürmann, Lorenz Stäheli, Adrian Zwyssig
4. Geistige Werkzeuge unterstützen die Übertragung des Gelernten auf neue Situationen

Geistige Werkzeuge können das Verständnis theoretischer Zusammenhänge erleichtern, indem sie die Aufmerksamkeit auf abstrakte Merkmale lenken. Wer zum Beispiel gelernt hat, quantitative Zusammenhänge mittels Graphen linearer Funktionen darzustellen, dem wird es leichter fallen zu erkennen, dass sich Zusammenhänge in ganz unterschiedlichen Inhaltsgebieten mit der gleichen Funktion darstellen lassen, als jemandem, der im Umgang mit Graphen linearer Funktionen nicht geübt ist (◘ Abb. 4.2).

Armin Barth, Roger Deuber, Tanja Frei, Brigitte Hänger, Juraj Lipscher, Herbert Rubin, Ralph Schumacher, Irene Schürmann, Lorenz Stäheli, Adrian Zwyssig
2. Anregende Unterrichtseinstiege: Wie können wir Schülerinnen und Schüler besser auf das Lernen vorbereiten?

Unterstützt es das Lernen stets am besten, wenn man den Schülerinnen und Schülern die Lerninhalte gleich zu Beginn einer Lektion präsentiert und sie anschließend mit Aufgaben und Beispielen vertieft? Oder kann es in manchen Fällen wie bei anspruchsvollen Konzepten vorteilhafter sein, die Lernenden zunächst versuchen zu lassen, ein Problem selbständig zu lösen, und ihnen erst danach – nachdem ihnen dies selber nicht gelungen ist – die korrekte Lösung zu präsentieren? Diese Frage steht im Mittelpunkt einer Vergleichsstudie von Manu Kapur (2014) zur Einführung des mathematischen Konzepts der Standardabweichung durch „produktives Scheitern“.

Armin Barth, Roger Deuber, Tanja Frei, Brigitte Hänger, Juraj Lipscher, Herbert Rubin, Ralph Schumacher, Irene Schürmann, Lorenz Stäheli, Adrian Zwyssig
1. Vor dem Unterricht: Vorwissen erfassen

Um den Unterricht zu einem neuen Thema gut vorzubereiten, sollte man zuerst prüfen, ob die Schülerinnen und Schüler überhaupt die nötigen Voraussetzungen erfüllen, um von dem Unterrichtsangebot profitieren zu können. Ohne eine solche Prüfung wüsste man sonst nicht, woran es liegt, wenn sie in einer Lektion etwas nicht verstehen. Liegt es daran, dass in der betreffenden Lektion bestimmte Inhalte nicht verständlich vermittelt wurden, oder liegt die Ursache darin, dass bereits früher erforderliche Grundlagen nicht verstanden wurden? Solche Ungewissheiten lassen sich vermeiden, wenn man ihr Vorwissen mit inhaltlich gut abgestimmten Tests ermittelt.

Armin Barth, Roger Deuber, Tanja Frei, Brigitte Hänger, Juraj Lipscher, Herbert Rubin, Ralph Schumacher, Irene Schürmann, Lorenz Stäheli, Adrian Zwyssig
Kapitel 5. Antriebe des Handelns

Dieses Kapitel gibt Ihnen einen Überblick über die wichtigsten Antriebssysteme von Menschen: Was sind unsere Energiequellen? Was sind die Grundlagen unserer Motivation? Wofür brennen wir? Was ist uns wirklich wichtig? Wie können wir erkennen, ob wir gemäß unserer Persönlichkeit leben?

D. Georg Adlmaier-Herbst, Annette Mayer
Kapitel 7. Lösung der Übungsaufgaben

Dieses Kapitel enthält ausführliche Musterlösungen zu den Übungsaufgaben, die im Hauptteil des Buches gestellt werden.

Harald Klingbeil
Kapitel 2. Technoökonomische Grundlagen: Statische und dynamische Skaleneffekte

Durch Größensteigerungen und industrielle Massenproduktion können Güter kostengünstiger hergestellt und am Markt angeboten werden. Die hierbei zugrundeliegenden Effekte der Größendegression von Technologien bzw. Produktionsmitteln beruhen auf statischen und dynamischen Skaleneffekten.

Thomas Göllinger
Kapitel 1. Einleitung und Überblick

Die Einleitung legt das Konzept und das Ziel dieses Buches dar und informiert über die einzelnen Kapitel und Abschnitte.

Thomas Göllinger
Kapitel 6. Ausblick auf weitere Technologien und Fazit

Über die in diesem essential genauer dargestellten Energietechnologien hinaus, gibt es eine Reihe weiterer Technologien, die für die Energiewende eine mehr oder weniger große Rolle spielen. Allerdings stehen für diese Technologien weit weniger belastbare empirische Studien zur jeweiligen Kostensituation zur Verfügung als für die hier bereits beschriebenen. Bei einigen Technologien entwickelt sich die Situation auch sehr dynamisch, andere befinden sich erst noch in einer frühen Phase der Marktentwicklung, sodass umfassende Studien wohl erst in einigen Jahren zur Verfügung stehen werden.

Thomas Göllinger
Kapitel 3. Technoökonomie der brennstoffbasierten Stromerzeugung

Varianten der Kraft-Wärme-Kopplung auf der Basis von Verbrennungsmotoren unterliegen ausgeprägten Skaleneffekten. Aus physikalisch-technischen Gründen nimmt die energetische Effizienz solcher Aggregate mit der Größe ab. Dies hat direkte Auswirkungen auf die spezifischen Kosten der Aggregate unterschiedlicher Größenklassen und damit auf geeignete KWK- und brennstoffbasierte Stromerzeugungs-Strategien.

Thomas Göllinger
10. Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe werden in allen Bereichen der Technik – besonders im Leichtbau – eingesetzt. Gegenüber Einzelwerkstoffen können (zusätzliche) Eigenschaften – angepasst an die Anforderung des Bauteils – erzeugt werden. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die Herstellung, der Aufbau und die Zusammensetzung.

Eberhard Roos, Karl Maile, Michael Seidenfuß
8. Kunststoffe

Als Kunststoffe werden makromolekulare Werkstoffe bezeichnet, die teilweise oder völlig durch Synthese („künstlich“) hergestellt werden. Die der technischen Kunststoffsynthese zugrundeliegenden Polymerisationsreaktionen werden zu Beginn des Kapitels diskutiert. Wichtige Formgebungsverfahren werden erläutert. Die Kunststoffgruppen Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste werden anhand des molekularen Aufbaus und ihrer Eigenschaften voneinander abgegrenzt. Die Eigenschaften der Kunststoffe hängen in sehr viel stärkerem Maße von den Umgebungsbedingungen ab als die der metallischen Werkstoffe. Der Einfluss von Temperatur, Dehnrate und Feuchtigkeit auf das mechanische Verhalten der Kunststoffgruppen wird anhand von Beispielen erläutert.

Eberhard Roos, Karl Maile, Michael Seidenfuß
2. Atomarer Aufbau kristalliner Stoffe

Das Verständnis über die Eigenschaften eines Werkstoffs beruht auf der Kenntnis seines Aufbaus. Der atomare Aufbau von kristallinen Stoffen wird unter Berücksichtigung besonderer Stoffarten erläutert. Es wird auf die wirkenden Bindungskräfte zwischen den Atomen, ihre Anordnung in Form von Kristallsystemen und deren maßgebenden Eigenschaften eingegangen. Vom Aufbau eines idealen Festkörpers (Idealkristall) wird übergegangen zu den Gitterfehlern, welche die Eigenschaften eines realen Werkstoffs prägen. Die unterschiedlichen Gitterfehler, geordnet nach ihrer geometrischen Erscheinungsform, werden vorgestellt und charakterisiert.

Eberhard Roos, Karl Maile, Michael Seidenfuß
5. Mechanische Eigenschaften

Beschrieben werden die wichtigsten mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe wie Festigkeit und Verformbarkeit sowie die elastischen Konstanten wie E-Modul und Querkontraktionszahl. Die Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der kristallografischen Orientierung und der Legierungszusammensetzung wird dargestellt. Außerdem werden die Mechanismen zur Festigkeitssteigerung infolge mikrostruktureller und mechanischer Maßnahmen beschrieben. Die Verfahren zur Ermittlung der mechanisch-technologischen Werkstoffkennwerte werden detailliert erläutert. Hierzu zählen auch zeitabhängige Kennwerte der Schwing- und Kriechfestigkeit. Ergänzt wird das Kapitel durch eine Einführung in die Bruchmechanik. Eingegangen wird auf die Entstehung und den Abbau von Eigenspannungen. Erläutert werden die wesentlichen Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung, deren physikalischen Grundlagen, Anwendungsgebiete und Anwendungsgrenzen.

Eberhard Roos, Karl Maile, Michael Seidenfuß
6. Eisenwerkstoffe

Eisenwerkstoffe sind die wichtigsten und meist genutzten metallischen Strukturwerkstoffe der Menschheit. Sie zeigen vielfältige Eigenschaften, die über verschiedenste Techniken der Herstellung und Verarbeitung gezielt auf den besonderen technischen Einsatz angepasst werden können. Sie können in zwei Kategorien aufgeteilt werden: Stahl mit Kohlenstoffgehalten unter 2 % und Gusseisen mit Kohlenstoffgehalten >2 bis rd. 4,5 %.

Eberhard Roos, Karl Maile, Michael Seidenfuß
Kapitel 2. Strategien der Ethik im Umfeld der Künstlichen Intelligenz

Uns geht es in der ingenieurwissenschaftlichen Auseinandersetzung mit Ethik um das moralische Gesetz in uns und wir erarbeiten eine solide und nachhaltige Betrachtung der ethischen Probleme aus Sicht der Ingenieur*in. Ist also „Energy = Moral conditions2“? Strategien der Ethik schaffen ethische Perspektiven, Strategien haben zeitlosen und objektiven Charakter. Wir empfinden Strategien als klare Regieanweisungen. Mit strategischen Methoden sprechen wir die Verfahrensweise an, mit der wir Schritt für Schritt im Ingenieurwesen vorgehen, um zielstrebig zu Ergebnissen im Umfeld von Künstlicher Intelligenz und zum Ziel einer Arbeit und eines Projektes zu gelangen. Methoden sind transparent, weil sie intersubjektiv einsehbar und falsifizierbar sind. In der Philosophie haben wir einige Strategien zur Hand, um beim Forschen auf dem vernünftigen Weg zu bleiben. Objektivität ist in der ingenieurwissenschaftlichen Forschung wichtig, es gibt essenziellsubjektive Verfahren, acht Strategien zur Herstellung von moralischer Objektivität und eine Typologie, die sich mit dem Hören auseinander setzt. Wir wenden die Drei-Finger-Regel der Ethik an: Erwartung, Erkenntnis, Erfahrung. Wir definieren Pragmatismus, Korrespondenz, Kausalität und grenzen Freiheit, Würde und Emotion davon ab. KI bedeutet im Ingenieurwesen Künstliche Intelligenz, Kategorischer Imperativ und Kontraindikation.

Monika Gatt
Kapitel 7. Die Einheit des Menschen, die Einheit des Denkens und die Einheit der Zahlen

Das Wort Einheit verweist auf die philosophische Einheit des Menschen und zugleich auf die Einheit in der Mathematik, im Ingenieurwesen bei Rechenoperationen. Jeder Mensch ist eine leiblich-seelische-geistige Einheit, dieser Gedanke ist zugleich Grundlage der Definition von Gesundheit der World Health Organisation. Menschen leben als Persönlichkeiten in sozialen Beziehungen zueinander und miteinander, biologischer Stillstand bedeutet Zelltot und Lebensende. Menschliches Leben stellt sich als Einheit dar, wir erleben Änderungen als lebenslange Prozesse. Eine Einheit bleibt das Leben, weil wir Leben zwischen Geburt und Tod verstehen. Offen bleibt, ob hinter menschlichem Leben eine Art Formprinzip liegt, welches die unterschiedlichen menschlichen Wesenszüge vereint. Möglich wäre, dass das menschliche Leben von Wechselzügen geprägt ist und diese sich in Einklang bringen lassen. Die Beziehung zwischen Materie und Geist, Leib und Seele ist nicht geklärt. Wir verstehen, was wir uns selbst vorgeben, alles Vernünftige ist vernünftig, auch das Chaos. Wenn wir Vernunft in Maschinen implementieren, kann dies nur ebenfalls vernunftbasiert sein. Viele Lösungsvorschläge, die Einheit des Menschen zu verwirklichen und zu bekräftigen, gibt es aus der Ethik, wie wir wissen. Die Glückseligkeit ist ein solcher philosophischer Begriff, der sich direkt auf das Ingenieurwesen bezieht, es geht darin um das Streben des Menschen nach voller Entfaltung seiner Gaben und Wünsche im Rahmen gegebener gesetzlicher Normen und Werte. Aspekte der Einheit sind folgende: die Einheit von Theorie und Praxis im Ingenieurwesen und die Einheit von Ursache und Wirkung. Menschen sind fähig, trotz Widersprüche ein ganzheitliches Weltbild zu entwickeln und darin glücklich zu leben. Wir beziehen uns im Ingenieurwesen und Philosophie auf Kommunikation, denken und forschen kreativ. Unser Verstand ist eine Einheit. Wir erleben im Handeln die Einheit von Ethik, Moral und Gewohnheit.

Monika Gatt
Kapitel 11. Spezialthemen und virtuelle Realität

Dieses Kapitel enthält ausgewählte Spezialthemen für computergrafische Anwendungen. Da Virtual-Reality (VR)-Anwendungen ein wichtiges Anwendungsgebiet der Computergrafik sind, sind Faktoren erläutert, die in solchen Anwendungen einen hohen Grad an Immersion erzeugen können, so dass sich ein Benutzer in einer virtuellen Umgebung wirklich präsent fühlt. Durch die Simulation von Nebel, die Nutzung von Partikelsystemen oder durch die Darstellung dynamischer Oberflächen lassen sich in computergrafischen Szenen realistische Effekte erzeugen. Für interaktive Computergrafiken ist die Auswahl von Objekten und die Erkennung und Behandlung von Kollisionen wichtig. Hierdurch lassen sich dreidimensionale virtuelle Welten durch Benutzer erkunden und manipulieren. Für diese Themen enthält dieses Kapitel die technischen Grundlagen. Für die meisten Themen sind darüber hinaus OpenGL-Beispiele dargestellt und erläutert. Da der Hörsinn einen großen Beitrag zur Immersion und damit zur Präsenz leistet, sind in diesem Kapitel einige wichtige Erkenntnisse und technische Grundlagen zur Auralisierung akustischer Szenen dargestellt. Der letzte Teil dieses Kapitels enthält eine Zusammenfassung wichtiger Faktoren für das Entstehen eines visuellen Tiefeneindrucks in einer Szene. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf dem Sehen mit beiden Augen (binokulares Sehen) und der technischen Reproduktion durch Stereoskopie-Ausgabetechniken. Diese Techniken kommen beim 3D-Fernsehen und in Virtual-Reality-Headsets zum Einsatz.

Karsten Lehn, Merijam Gotzes, Frank Klawonn
1. Das deutsche Stromsystem vor dem Hintergrund der Energiewende

Um den Stromspeicherbedarf im Zuge der Energiewende in Deutschland beurteilen zu können, sind Kenntnisse zum bestehenden Stromsystem erforderlich – insbesondere bezüglich des Ausbaus erneuerbarer Energien, der Stromnetze, hinsichtlich der Strommärkte und den hierbei vorherrschenden Preisbildungsmechanismen. Entsprechende Grundlagen werden in diesem Kapitel dargelegt. Durch eine vereinfachte Hochrechnung werden die zukünftigen Einspeiseleistungen der dargebotsabhängigen Stromerzeugung im Verhältnis zum historischen Strombedarfsprofil für verschiedene erneuerbare Ausbaugrad gezeigt. Des Weiteren wird das Lernkurven- bzw. Erfahrungskurven-Konzept beschrieben und anhand der Preisentwicklung von Stromerzeugungstechnologien verdeutlicht. Zudem wird die übliche Methodik zur Ermittlung der Stromgestehungskosten (engl.: der Levelized Cost of Electricity, LCOE) vorgestellt und auf deren Einschränkungen eingegangen.

Martin Zapf
2. Stromspeicher – Technologien, Kosten und Bedarf

In diesem Kapitel werden Stromspeichertechnologien anhand von Kennwerten und Kosten für verschiedene Einsatzmöglichkeiten dargelegt. In diesem Zusammenhang wird auch eine Methodik für die Berechnung von Stromspeicherungskosten (engl.: Levelized Cost of Storage, LCOS) präsentiert. Des Weiteren wird der Bestand an Stromspeichern in den 2010er-Jahren aufgezeigt. Im Zuge der Energiewende resultiert ein steigender Stromspeicherbedarf aufgrund des zunehmenden Anteils der dargebotsabhängigen Stromerzeugung. Dieser Bedarf ist von vielen Faktoren abhängig. Darüber hinaus spielen die rechtlichen Rahmenbedingungen für den wirtschaftlichen Einsatz von Stromspeichern eine entscheidende Rolle. Unter Berücksichtigung der verschiedenen Einflussfaktoren und eines Literaturreviews wird der Stromspeicherbedarf je nach erneuerbaren Ausbaugrad in Deutschland abgeschätzt.

Martin Zapf
3. Power-to-Gas – Technologien und Kosten

Für die Umsetzung des Power-to-Gas-Konzeptes standen bereits in den 2010er-Jahren marktreife Technologien zur Verfügung. In diesem Kapitel werden einzelne Technologien vorgestellt und rechtliche Rahmenbedingungen für Power-to-Gas betrachtet. Hierbei wird auch der Sonderfall einer Eigenversorgung beleuchtet. Zudem wird eine Methodik zur Berechnung von Gasgestehungskosten (engl.: Levelized Costs of Gas) dargelegt. Anhand dieser werden für unterschiedliche Möglichkeiten des Strombezugs die Gestehungskosten von Wasserstoff als auch von synthetischem Methan ermittelt. Abschließend werden weitere Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff vorgestellt.

Martin Zapf
33. Anforderungen an den Aufbau von Abfallwirtschaftssystemen

Für Investoren, Entsorgungsunternehmen und Institutionen, die ein längerfristiges Engagement in der Abfallwirtschaft in einem Land planen, ist es bei der Identifizierung von Maßnahmen und der Erschließung neuer Märkte von entscheidender Bedeutung, eine realistische Einschätzung zum Entwicklungsstand der Abfallwirtschaft, seinen Akteuren und den Umfeldbedingungen zu erhalten. Der angewandte technische Standard der Entsorgung allein liefert kein hinreichendes Bild für eine Beurteilung. Unabdingbar sind die Kenntnis der Elemente eines Abfallwirtschaftssystems und das Verständnis für deren Funktion und ZusammenwirkenDer Beitrag gibt Hilfestellung bei der Analyse und Bewertung der Rahmenbedingungen, um Fehleinschätzungen zu vermeiden, Risiken zu minimieren und den Unterstützungsbedarf zu identifizieren. Darüber hinaus werden Anregungen gegeben, auf welche Weise Investoren und Dienstleister ggf. zur Weiterentwicklung der Umfeldbedingungen beitragen können

Wolfgang Pfaff-Simoneit
19. Der Kreislaufwirtschaftsaktionsplan als wirtschaftliches Kernstück des Green Deal

Der Verkündung des Green Deal als umfassenden Strategie- und Fahrplan der Europäischen Union zur Klimaneutralität Europas im Dezember 2019 folgte schon bald (März 2020) die Veröffentlichung des Kreislaufwirtschaftsaktionsplans (Circular Economy Action Plan, CEAP) der EU-Kommission.

Nicolas Ballester, Jurek Zaroffe
37. Intelligente Konzepte für Sammelfahrzeuge

Wie haben sich die Anforderungen an Sicherheit, Gesundheitsschutz und Wirtschaftlichkeit für Abfallsammelfahrzeuge bis heute entwickelt? Seit einigen Jahren haben die gesetzlichen Auflagen stark zugenommen und damit auch den technologischen Fortschritt maßgeblich mitgestaltet.

Johannes F. Kirchhoff
38. Thermische Abfallbehandlung

Unter dem Begriff thermische Abfallbehandlung werden alle technischen Prozesse und Verfahren zusammengefasst, die mit Hilfe von technischen Einrichtungen und einem deutlich erhöhten Temperaturniveau thermisch induzierte Umsetzungsprozesse des kohlenstoffhaltigen Anteils der Abfälle zum Ziel haben. Als technische Ausführungen werden damit Verbrennungsanlagen, Pyrolyse- und Vergasungsanlagen sowie als besondere technische Ausprägung die Plasmapyrolyseanlagen erfasst. Je nach Oxidationsgrad und Temperaturniveau entstehen dabei unterschiedliche Reaktionsprodukte, die auch zur Charakterisierung und Abgrenzung der thermischen Verfahren untereinander genutzt werden können.

Markus Gleis
40. Verbrennungsrückstände

Gegenstand dieses Textes sind die Rückstände aus Müllverbrennungsanlagen (MVA) für Siedlungsabfälle, ihre Beschaffenheit sowie Optionen zur Behandlung und insbesondere Verwertung. Der Fokus liegt dabei auf den Rostaschen und den daraus abtrennbaren Metallen sowie der verbleibenden Mineralik, als massestärkster Fraktion. Aber auch die Flugaschen/-stäube sowie die Rauchgasreinigungsprodukte sind Rückstände des Verbrennungsverfahrens. Daher werden auch diese Stoffströme und hierbei besonders die Möglichkeiten zur Wertstoffrückgewinnung betrachtet.

Peter Quicker
22. Kunststoffe

Die Verarbeitung von Kunststoffen hat in den vergangenen 80 Jahren eine sehr erfolgreiche Entwicklung genommen. Kunststoffe sind in dieser Zeit zu einem Werkstoff avanciert, der uns heute in fast jeder Lebenssituation begegnet, vom Haushalt über den Beruf bis in Sport und Freizeit. Kunststoffe verfügen über herausragende Eigenschaften und große Belastbarkeit. Die Fähigkeit, heute für fast jede denkbare Anwendung einen Kunststoff als maßgeschneiderten Rohstoff zu finden, hat den Siegeszug sehr begünstigt.

Dirk Mellen, Tobias Becker
24. Bioabfälle

Seit mehr als 30 Jahren werden in Deutschland organische Abfälle aus Haushalten getrennt erfasst und verwertet. Die Mengen sind seit erstmaliger Einführung der Biotonne stetig angestiegen und haben heute deutlich über 10 Millionen Tonnen im Jahr erreicht, die nahezu vollständig in Kompostierungs- und Vergärungsanlagen verwertet werden. In der Fachwelt werden diese Abfälle häufig als Bio- und Grüngut bezeichnet, um deren Werthaltigkeit besser beschreiben zu können. Zum Bio- und Grüngut gehören im Wesentlichen die Inhalte der Biotonne, d. h. Nahrungs- und Küchenabfälle, sowie die Garten- und Parkabfälle. Seit dem 01.01.2015 gilt für diese überlassungspflichtigen Bioabfälle aus Haushalten die gesetzliche Pflicht, flächendeckend getrennt erfasst zu werden. Der Vollzug ist Ländersache und so wird die gesetzliche Vorgabe sehr unterschiedlich verfolgt und umgesetzt. Der Beitrag stellt die wesentlichen gesetzlichen Rahmenbedingungen vor, die bei der Verwertung organischer Abfälle aus Haushalten eine Rolle spielen und geht auf Herausforderungen ein, die von den öffentlich-rechtlichen Entsorgungsträgern (örE) genauso wie von den Anlagenbetreibern zu lösen sind. Ein Blick in die Anlagentechnik und die Absatzmärkte zeigt, was heutiger Stand der Technik ist und wohin sich die Bioabfallbranche in Zukunft entwickeln wird.

Annette Ochs, Aloys Oechtering
25. KlärschlammKlärschlamm

Mit dem Koalitionsvertrag zur 18. Legislaturperiode wurde beschlossen, „die Klärschlammausbringung zu Düngezwecken zu beenden und Phosphor sowie andere Nährstoffe aus dem Klärschlamm zurückzugewinnen“. Das hatte zur Folge, dass sich die rechtlichen Grundlagen, aber auch die Mengen der jeweiligen Entsorgungswege grundlegend ändern. Im Folgenden werden diese Auswirkungen auf Grundlage der Novellierung des Abfall- und Düngerechtes dargestellt, die neben dem Wandel der Klärschlammentsorgung auch praktische Änderungen der Schlammbehandlung bewirkten.

Matthias Staub, Christel Pfefferkorn
26. Altholz

Die Altholzbranche verwertet alle in Deutschland anfallenden Holzabfälle fast vollständig. Sie ist damit ein Vorreiter bei der nachhaltigen Nutzung von Abfällen aus Holz. Die Bezeichnung „Altholz“ umfasst sowohl Industrierestholz als auch Gebrauchtholz. Seit 2005 ist die Deponierung von Altholz in Deutschland untersagt und die Bundesrepublik spielt seither eine Vorreiterrolle bei der nachhaltigen Verwertung von Altholz. Dieser Artikel gibt einen Überblick über das Aufkommen an Altholz, dessen Kategorisierung, Aufbereitung und weitere stoffliche und energetische Verwertung.

Simon Obert
28. Lithiumbatterien – brandgefährliche Energiespeicher

Das Schlagwort „E-Mobilität“ sorgt für einen massiven Anstieg von Lithiumbatterien im täglichen Gebrauch. Fast schon Standard ist die Verwendung von Lithiumakkumulatoren in Laptops, Tablets, Smartphones, Bohrschraubern, Digitalkameras oder Handys. Die Mengenentwicklung wird aber noch beschleunigt durch die Elektrifizierung der Fortbewegung mit E-Bikes, Rollern aber auch im Fahrzeugbereich, denn moderne Technik ist mobil und benötigt immer leistungsfähigere Energiespeicher. Ein Grund dafür, warum Lithiumakkus mittlerweile den Markt für wieder aufladbare Batterien dominieren. Sie haben im Laufe der letzten Jahre konkurrierende elektrochemische Speicher wie Nickel-Cadmium oder Nickel-Metallhydrid verdrängt.

Sandra Giern
13. Anlagengenehmigungsrecht

Unter den Begriff der Entsorgungsanlagen werden Anlagentypen gefasst, die hinsichtlich ihrer technischen Beschaffenheit und betrieblichen Abläufe unterschiedlicher Natur sind. Der Betrieb von Entsorgungsanlagen bewirkt dabei die verschiedensten Umweltauswirkungen in unterschiedlicher Intensität. Diese sind abhängig von den Abfallarten und -mengen, die in der jeweiligen Entsorgungsanlage angenommen, (zwischen)gelagert und im weit verstandenen Sinne behandelt werden, von der dabei zum Einsatz kommenden Anlagentechnik und schließlich von dem Anlagenstandort und seiner näheren Umgebung. Entsprechend vielschichtig, komplex und teilweise unübersichtlich sind die rechtlichen Vorgaben, welche die Umweltauswirkungen des Betriebs von Entsorgungsanlagen regeln. Der Beitrag beleuchtet ausgewählte genehmigungsrechtliche Vorgaben für solche Entsorgungsanlagen, deren Errichtung und Betrieb einer Genehmigung nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) bedürfen.

Rainer Geesmann
7. Instabilitäten und turbulente Strömungen

Das Kapitel Instabilitäten und turbulente Strömungen ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Es werden ergänzend zu Prandtls Grundlagenkapitel der Dynamik zäher Flüssigkeiten das Einsetzen der Turbulenz mit der linearen Stabilitätsanalyse zwei- und dreidimensionaler Grenzschichten, der Übergangsbereich zur Turbulenz und der Bereich ausgebildeter Turbulenz mit der Klassifikation turbulenter Strömungen behandelt. Das Kapitel gibt einen Ausblick auf neue Entwicklungen und theoretische Ansätze der komplexen nicht linearen Wechselwirkungen von kleinen und großen Turbulenzstrukturen und gibt Hinweise auf mögliche Wege zur Entwicklung einer universellen Turbulenztheorie.

Katepalli R. Sreenivasan, Herbert Oertel Jr.
13. Bioströmungsmechanik

Das Kapitel Bioströmungsmechanik befasst sich im Gegensatz zu den vorangegangenen Kapiteln mit Strömungen die von flexiblen biologischen Oberflächen aufgeprägt werden und ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Von der Vielzahl der biologischen Strömungen werden in diesem Kapitel exemplarisch die Grundlagen des Fliegens und Schwimmens der Tiere sowie die pulsierende Strömung im menschlichen Herzen behandelt. Die Bioströmungsmechanik ist mathematisch dadurch gekennzeichnet, dass die Grundgleichungen der Strukturmechanik biologischer Materialien mit den Grundgleichungen der Strömungsmechanik verknüpft und Modelle der Strömung-Struktur Kopplung zur Strömungssimulation entwickelt werden.

Herbert Oertel Jr.
6. Grundgleichungen der Strömungsmechanik

Das Kapitel Grundgleichungen der Strömungsmechanik ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre und bildet die mathematische Grundlage für die folgenden Kapitel der einzelnen Teilgebiete der Strömungsmechanik. Es werden die kontinuumsmechanischen Erhaltungsgleichungen der Masse-, Impuls- und Energieerhaltung am Volumenelement abgeleitet und die Erhaltungsform der Grundgleichungen für reibungsfreie und reibungsbehaftete, inkompressible und kompressible, laminare und turbulente Strömungen sowie für Strömungen mit konvektiver Wärme- und Stoffübertragung, mehreren Phasen, chemischen Reaktionen und Mikroströmungen formuliert.

Herbert Oertel Jr.
1. Grundlagen der Strömungsmechanik

Das Kapitel Grundlagen der Strömungsmechanik führt in das Lehrbuch und Nachschlagewerk H. Oertel jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre ein. Zunächst werden anhand ausgewählter Einzelbeispiele die einzelnen Teilgebiete der Strömungsmechanik anschaulich vorgestellt, die in den folgenden Kapiteln dieses Standardwerkes der Strömungsmechanik behandelt werden. Es werden die Eigenschaften der Flüssigkeiten und Gase als Grundlage der Hydro- und Aerostatik sowie die Kinematik der Strömung ohne Betrachtung der Kräfte im Strömungsfeld eingeführt. Die Topologie einer Strömung gibt einen ersten Hinweis auf die Beschreibung und Auswertung dreidimensionaler Strömungsfelder.

Herbert Oertel Jr.
8. Konvektive Wärme- und Stoffübertragung

Das Kapitel Konvektive Wärme- und Stoffübertragung ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Es werden die Grundlagen der freien und erzwungenen Konvektionsströmungen bereitgestellt und die Instabilitäten der Rayleigh-Bénard Konvektion mit der linearen Stabilitätsanalyse, die freie Konvektionsströmung der beheizten vertikalen Platte und des waagrechten Zylinders sowie die erzwungene Konvektionsströmung der ausgebildeten Rohrströmung behandelt.Die Konvektionsströmung mit Stoffaustausch gibt einen Einblick in die Diffusions-Instabilitäten und deren Stabilitätsanalyse sowie dem Anwendungsbeispiel der erzwungenen Konvektionsströmung einer längs angeströmten Platte mit Stoffaustausch.Das Kap. 8, „Konvektive Wärme- und Stoffübertragung“ geht von Prandtls ursprünglichem Kapitel WärmeübergangWärmeübergang bei strömenden Flüssigkeiten aus. Es werden freie Konvektionsströmungenfreie Konvektionsströmungen behandelt, die durch Temperatur- bzw. Konzentrationsgradienten bedingte Dichteunterschiede im Fluid verursacht werden. Diese haben im Schwerefeld einen AuftriebAuftrieb zur Folge, der Konvektionsströmungen hervorruft. Beispiele freier KonvektionsströmungenKonvektionsströmungen an beheizten Zylindern und Platten wurden im einführenden Kap. 1, „Grundlagen der Strömungsmechanik“ , Abb. 1.6 gezeigt. Auch die Rayleigh-Bénard-KonvektionRayleigh-Bénard-Konvektion des Kap. 1, „Grundlagen der Strömungsmechanik“ , Abb. 1.5 und die Diffusions-KonvektionDiffusions-Konvektion sind Beispiele freier Konvektionsströmungen.Von erzwungenen Konvektionsströmungenerzwungenen Konvektionsströmungen spricht man, wenn der Strömung zusätzlich eine äußere Kraft, z. B. ein Druckgradient aufgeprägt wird. Ein Beispiel dafür sind beheizte oder gekühlte Rohrleitungen wie sie z. B. in Wärmetauschern benutzt werden.Wärme- und StoffaustauschvorgängeStoffaustauschvorgänge findet man z. B. im Ozean oder bei zahlreichen Prozessen der chemischen Verfahrenstechnik, wie AbsorptionAbsorption, AdsorptionAdsorption, ExtraktionExtraktion und DestillationDestillation. Verdunstet Wasser an der Oberfläche der Ozeane, so verbleibt eine hohe Salzkonzentration und es entsteht eine instabile Dichteschichtung, die zu einer Diffusions-InstabilitätDiffusions-Instabilität führt. Die Ausbreitung von Substanzen in Lösungsmitteln oder das Trennen von Substanzen in ZentrifugenZentrifugen sind weitere Beispiele. Beispiele für biologische Stoffaustauschvorgänge sind die Versorgung des Bluts mit Sauerstoff und die Nahrungsaufnahme im Körper.

Herbert Oertel Jr.
10. Strömungen mit chemischen Reaktionen

Das Kapitel Strömungen mit chemischen Reaktionen behandelt das typische Zusammenwirken von Strömung, Transportvorgängen und Wärmefreisetzung durch Reaktion in reaktiven Strömungen und ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Es gliedert sich in die Abschnitte reaktionskinetische Grundlagen, laminare und turbulente Strömungen. Zu diesen Klassen reaktiver Strömungen werden jeweils typische Anwendungen vorgestellt, wobei die Entwicklung von Modellvorstellungen, unterstützt durch experimentelle Beobachtungen, im Vordergrund steht. Spezifische Aspekte der Strömungsmechanik reaktiver Strömungen, wie zum Beispiel die Dichteänderung durch Reaktion und Wärmefreisetzung, stehen im Mittelpunkt. Sie werden ergänzt durch spezifische Problemstellungen der Reaktionskinetik, wie die Oxidation von Kohlenwasserstoffen oder die Analyse von Reaktionsmechanismen.

Uwe Riedel
9. Strömungen mit mehreren Phasen

Das Kapitel Strömungen mit mehreren Phasen ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Es werden die Grundlagen der Mehrphasenströmungen mit den unterschiedlichen Strömungsformen und Strömungskarten der horizontalen und vertikalen Rohrströmungen bereitgestellt sowie vereinfachte Strömungsmodelle der Zweiphasenströmung, wie das Zwei-Fluid-Modell, die Mischungsmodelle und das Driftströmungsmodell, behandelt.Das Kapitel gibt einen Einblick in Strömungen mit Blasen und Tropfen, Sprühströmungen, den Flüssig-Feststoff-Transport, Dichtewellen und Kavitation, sowie den Druckverlust in Hydraulikkomponenten, Instabilität von Zweiphasenströmungen und Turbulenz.

Günter Brenn, Ulrich Müller
4. Dynamik der Gase

Das Kapitel Dynamik der Gase behandelt die Grundgleichungen der kompressiblen und reibungsfreien Strömung des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel Jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Es werden die Grundgleichungen der eindimensionalen Stromfadentheorie abgeleitet und Anwendungsbeispiele der kompressiblen Strömung wie zum Beispiel der Fortpflanzung von Druckwellen, die Laval-Düsenströmung, Expansionswellen, Freistrahlen und der Verdichtungsstoß sowie die Profilumströmung behandelt. Ergänzend zur Masse- und Impulserhaltung der inkompressiblen Strömung wird in diesem Kapitel der Energiesatz eingeführt.

Herbert Oertel Jr.
12. Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean

Das Kapitel Strömungen in der Atmosphäre und im Ozean ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. (Hrsg.) Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Hierbei werden zunächst die Gemeinsamkeiten von Strömungsvorgängen in Atmosphäre und Ozean dargestellt. Anschließend werden spezielle Strömungsformen in der Atmosphäre wie thermische Windsysteme und atmosphärische Wirbelformen beschrieben. Als Auswahl ozeanischer Strömungsformen werden windgetriebene Meeresströmungen und Wasserwellen behandelt. Hinsichtlich praktischer Anwendungen der Gesetzmäßigkeiten von Strömungsvorgängen in der Atmosphäre und im Ozean finden sich Ausführungen zur Wetter- und Klimavorhersage sowie zum Problem des Ozonlochs.

Dieter Etling
11. Mikroströmungen

Das Kapitel Mikroströmungen behandelt Strömungen durch sehr kleine Kanäle und um sehr kleine Objekte und ist Teil des Lehrbuches und Nachschlagewerkes H. Oertel jr. Prandtl-Führer durch die Strömungslehre. Nach einigen exemplarischen Anwendungen der Mikroströmungen, werden für Gase und Flüssigkeiten separat die Grenzen der kontinuumsmechanischen Behandlung diskutiert. Molekulare und Kontinuums-Modelle werden zusammen mit den adäquaten Randbedingungen für Mikroströmungen erläutert.Weitergehend werden aus einer Ähnlichkeitsdiskussion die Konsequenzen der Verkleinerung abgeleitet und spezielle Effekte wie die Elektrokinetik, die (dynamische) Benetzung und dünne Filme abgehandelt. Schließlich wird der Stand der Literatur zum Druckverlust, zur laminar-turbulenten Transition und zum Wärmeübergang in Mikrorohren dargestellt.

Peter Ehrhard
Kapitel 9. Umweltschutz in der Seeschifffahrt

Das Thema „MeeresumweltschutzMeeresumweltschutz“ findet bereits seit etlichen Jahren international große Bedeutung. Umweltgefährliche Chemikalien im Schiffsanstrich, das Einschleppen von standortfremden Organismen mit dem Ballastwasser, das Einbringen von Abwasser und Abfällen ins Meer sowie die Schadstoffe aus Abgasen oder Ölverunreinigungen können den Zustand der Meeresumwelt nachhaltig beeinträchtigen.

Manfred Pfaff
Kapitel 1. Physikalische Grundlagen

Damit Schiffe unsere Weltmeere sicher befahren können, kommt einer funktionierenden Schiffsbetriebstechnik eine besondere Bedeutung zu. Diese zum Teil hochmodernen und komplexen Anlagen erfordern qualifiziertes Fachpersonal – die Schiffsbetriebstechniker.

Manfred Pfaff
Kapitel 10. Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung

Die WerkstoffkundeWerkstoffkunde ist ein Zweig der Technik, der sich mit unterschiedlichen Materialien auf Eigenschaften und Verwendbarkeit zur Herstellung von Werkstücken, Gebrauchsgegenständen und Bauwerken befasst. In diesem Zusammenhang kommt der WerkstoffprüfungWerkstoffprüfung eine große Bedeutung zu, nämlich der Ermittlung von Werkstoffeigenschaften wie Festigkeit, Sprödigkeit, Zähigkeit, Bruchverhalten, Elastizität, Dauerbelastbarkeit, Temperaturverhalten sowie der Feststellung von Materialfehlern wie Lunker, Schweißnahtrisse, Fremdeinschlüsse, chemische Zusammensetzung, Korrosionsverhalten, Alterung usw. mittels entsprechender Prüfverfahren [6, S. 1051]. In diesem Abschnitt werden die wesentlichen Aspekte der Werkstoffkunde angesprochen, soweit sie für die Schiffsbetriebstechnik von Bedeutung sind; für eine vertiefte Auseinandersetzung mit diesem Thema wird auf weiterführende Literatur verwiesen.

Manfred Pfaff
Kapitel 5. Antriebsanlagen

Bei seiner Fahrt durch das Wasser muss das Schiff gegen Wind und Wellen arbeiten. Das Wasser am Unterwasserschiff sowie die Luft am Überwasserschiff bewirken durch ihr Strömungsverhalten Reibungswiderstände am Schiffskörper, die letztlich durch die Antriebsanlage zu überbrücken sind. Die Dimensionierung und Auslegung dieser Anlage und insbesondere des LeistungserzeugersLeistungserzeuger (s. a. Abb. 5.1) ist vom Schiffswiderstand abhängig.

Manfred Pfaff
Kapitel 8. Arbeitsschutz und Schiffssicherheit, Brandschutz

Seit es die Schifffahrt gibt, passieren Unfälle auf See. Spektakuläre Schiffsunglücke wie die der TITANIC, PAMIR, Exxon VALDEZ, ESTONIA, PRESTIGE oder PALLAS haben viel Leid für Mensch und Umwelt ausgelöst, aber ohne sie hätte es die großen Fortschritte bei den Sicherheitsvorschriften nicht gegeben.

Manfred Pfaff
Kapitel 6. Schiffsbetriebsanlagen/Hilfssysteme

Das Bild eines Maschinenraums im Schiff wird außer dem/den Antriebsmotor(en), der/den Antriebswelle(n) und ggf. den Getrieben auch von Rohrleitungen, Ventilen, Pumpen und anderen Aggregaten bestimmt. Als wesentliche Manövriereinrichtung ist die Ruderanlage zu nennen. Ferner gehören weitere zum Teil spezielle auf den Schiffstyp und auf sein Aufgabenspektrum bezogene Einrichtungen und Anlagen zum Betrieb des Schiffes.

Manfred Pfaff
Kapitel 10. Numerische Lösung partieller Differentialgleichungen

Gleichungen, die partielle Ableitungen von Funktionen mehrerer Veränderlicher enthalten, nennt man partielle Differentialgleichungen. Als Beispiele seien die Schwingungs- oder Wellengleichung, die Wärmeleitungsgleichung, die Maxwell’schen Gleichungen oder die Schrödingergleichung genannt.

Günter Bärwolff, Caren Tischendorf
Kapitel 7. Beispiele

InLebensqualitätsindexBeispiele diesemBeispielLebensqualitätsindex Buch werden viele Gefährdungen und Risikoparameter vorgestellt. Allerdings folgt die Reihenfolge der Gefährdungen und der Risikoparameter der Systematik des Buches. In diesem Kapitel erfolgt die Wahl der Beispiele andersherum. Zuerst liegt das Objekt vor bzw. die Fragestellung und daran anschließend werden die notwendigen Werkzeuge gewählt und angewendet. Ganz frei machen kann sich dieses Kapitel natürlich nicht vom Aufbau des Buches. Da der Aufbau des Buches auch der Evolution der Risikoparameter folgt, macht es natürlich Sinn, in diesem Beispielkapitel die Anwendung der höchsten Risikoparameter zu zeigen, also der Lebensqualitätsparameter.

Dirk Proske
Kapitel 2. Risiken und Gefährdungen

ImRisikoEinführung Kap. 2 werdenGefahrEinführung verschiedeneGefährdungEinführung Risiken und Gefährdungen in Form von Beispielen und Zahlenangaben vorgestellt. Dabei werden länger andauernde Prozesse und kurzfristige Ereignisse gemischt. Teilweise überschneiden sich die Zuordnungen.

Dirk Proske
9. Sicherheit und Gesundheit

Sicherheit stellt ein elementares menschliches Bedürfnis dar und ist auch bei Mobilfunk und im Mobile Business von zentraler Bedeutung. Die Sicherheit wird unter anderem gefährdet durch aktive und passive Angriffe Dritter, wie beispielsweise das Abhören von Datenübertragungen oder die Manipulation vertraulicher Daten durch Infizierung eines Endgerätes mittels einer Schadsoftware. Aber auch ein unbewusster Umgang mit mobiler Kommunikation durch den Nutzer, z. B. bei Telefonaten im öffentlichen Raum, kann zu Risiken führen. Daneben findet sich oftmals eine öffentliche Diskussion zur Auswirkung der Mobilfunknutzung auf die menschliche Gesundheit.

Kurt Behnke, Jürgen Karla, Wilhelm Mülder
19. Erfolgreiche Unternehmensführung in sich verändernder Zeit

Successful management in changing times

Ingrid Göpfert
Kapitel 13. Energiequellen im Überfluss? – Eigentlich ja, aber …

Zum Ende des 19. Jahrhunderts war die Menge verfügbarer Energie gegenüber vorindustriellen Zeiten bereits gewaltig gestiegen. Mehr als zwölf Millionen Pferdestärken standen allein mit den Dampfmaschinen bereit, was nach damaliger Einschätzung der Leistung von rund hundert Millionen Menschen entsprach. Aber verglichen mit der installierten Leistung von heute ist das nur ein verschwindend kleiner Prozentsatz. Aktuell liegt das Energieangebot vielhundertfach höher.

Gerhard Zweckbronner
Kapitel 6. Statik und Dynamik – Mechanische Gesetze für die technische Praxis

Das revolutionärStatik neue WeltbildDynamik desBalkenTragkraft 17. JahrhundertsBalkenTragkraft hatte zunächst kaum Auswirkungen auf den Lebens- und Arbeitsalltag. Es prägte primär das Denken in Kreisen der Wissenschaftler. Im engen Austausch untereinander entwickelten sie ihre Ideen und trieben die Forschung voran.

Gerhard Zweckbronner
Kapitel 8. Kräfte der Luft und des Feuers – Neue Antriebsmaschinen für die Industrialisierung

Bereits imIndustrialisierung 17. Jahrhundert begannAntriebsmaschine die Suche nachVakuum neuen Möglichkeiten, Kräfte der Natur zu nutzen. Wegweisend war hier Otto von GuerickeGuericke, O. von, Bürgermeister von Magdeburg und experimentierender Naturwissenschaftler. Zunächst griff er eine Frage auf, die seit der Antike Naturforscher und Philosophen umgetrieben hatte und die nun im mechanistischen Denken der Zeit erneut kontrovers diskutiert wurde: die Frage, ob es in der Natur einen leeren Raum, also ein Vakuum, geben könne oder ob alles mit Materie erfüllt sei wegen des sogenannten Horror vacui, einer Scheu der Natur vor dem Leeren.

Gerhard Zweckbronner
Kapitel 9. Elektrizität – Die „junge Riesin“

Wir alle kennen das KnisternBlitz und die kleinen Schläge, mit denen sich Reibungselektrizität entlädt. Sie ist die früheste, schon in vorchristlicher Zeit bekannte Form der ElektrizitätElektrizität. Ihre Anziehungswirkung hatte man an geriebenem BernsteinBernstein (griech. „elektron“) beobachten können.

Gerhard Zweckbronner
Auf dem Weg zur Klimaneutralität – soziale Innovationen als Erfolgsfaktor lokaler projektbezogener Transformationsvorhaben

Soziale Innovationen können eine wichtige Rolle spielen bei anstehenden Transformationsprozessen, die zu einer nachhaltigeren Gesellschaft führen sollen. Auf diese Hoffnung wird beispielsweise bei der langfristigen Transformation europäischer Städte für eine klimaneutrale Zukunft gesetzt. Am Beispiel des europäischen Forschungsprojekts „SPARCS“ (Sustainable energy Positive & zero cARbon CommunitieS) mit Ziel der nachhaltigen Herstellung von Klimaneutralität wird innerhalb eines experimentellen Erprobungsrahmen in ausgewählten europäischen Städten diese Transformation erforscht. Zur Zielerreichung werden veränderte soziale Praktiken eingesetzt, um urbane Transformationsprozesse anzuregen und zu lenken. In diesem Beitrag wird am Fallbeispiel untersucht, wie die lokale Adaption von sozialen Innovationen durch strategische Akteur*innen in den Beispielstädten gelingt und welche Faktoren bei der Anpassung und Durchsetzung sozialer Praktiken bedingen.

Jörg Kosinski, Annamaria Riemer
Kapitel 6. Der Einfluss der Digitalisierung, Globalisierung und Diversität

In diesem Kapitel zeige ich auf, inwiefern Führung und Personalmanagement in Start-ups von der Digitalisierung, Globalisierung, und steigender Diversität betroffen sind.

Sylvia Hubner-Benz
Kapitel 5. Beispielhafte Konzeptanwendung

Die beispielhafte Konzeptanwendung dient der Herbeiführung des konzeptionellen Beweises, sodass die Anwendbarkeit des Konzepts einer Positivfabrik (siehe Kapitel 4) nachgewiesen wird. Hierfür wird das entwickelte Konzept auf eine moderne Automobilfabrik übertragen, um einen Transformationsprozess zu einer netto-positiven Nachhaltigkeitswirkung zu beschreiben.

Malte Gebler
Kapitel 4. Konzept einer Positivfabrik

Die Entwicklung des Konzeptes für eine Positivfabrik basiert auf dem Forschungsbedarf, welcher bei der kritischen Analyse bestehender Ansätze identifiziert wurde. In diesem Kapitel wird ein quantifiziertes und methodenbasiertes Konzept für eine Positivfabrik präsentiert. Ziel des Kapitels ist es, Lösungsvorschläge für den identifizierten Forschungsbedarf darzustellen.

Malte Gebler
Die Einsamkeit der Verschwörungsgläubigen in Pandemie-Serien am Beispiel von Sløborn und Y – The Last Man

Nicht erst seit der Corona-Krise spielen Pandemien und die um sie herum kursierenden Verschwörungsideologien in aktuellen Fernsehserien eine zentrale Rolle. Dabei zeichnen die Serien die von solchem Verschwörungsglauben heimgesuchten Figuren als durch und durch einsame Gestalten, für die das Festhalten an verschwörerischem Denken eine scheinbare Chance auf Orientierung, Sinnstiftung und dadurch auf Gemeinschaft bedeutet. Anhand einer detaillierten Betrachtung der sozialen Konstellationen und Handlungsmotive der fiktiven Figuren in aktuellen Pandemie-Serien wie Sløborn und Y: The Last Man soll gezeigt werden, dass Verschwörungsideologien als Folgeerscheinung der vereinsamenden Tendenzen komplexer spätmoderner Lebensverhältnisse gedeutet werden können und mögliche realweltliche Interventionsstrategien vor diesem Hintergrund betrachtet werden sollten.

Denis Newiak
Kapitel 9. Besser reich als arm und unglücklich – Wachsender Individualismus, Geldgewinn und Moralkrise

Die wirtschaftliche Liberalisierung hat einen Tsunami von Entwicklungen mit weitreichenden sozialen Konsequenzen ausgelöst. Die chinesische Regierung greift nicht mehr konstant in das tägliche Leben ihrer Bürger ein; die Bürger würden das ohnehin nicht mehr widerspruchslos hinnehmen. Die gegenwärtige Konsumgesellschaft mit einer breiteren Angebotspalette und einer größeren Auswahl an Produkten, zunehmendem Tourismus und besserer Mobilität –ganz zu schweigen von den Möglichkeiten des Internets – hat den chinesischen Bürger internationaler und anspruchsvoller gemacht. Der große Individualismus ist die Antwort auf die Vereinheitlichung der Vergangenheit, der zügellose Materialismus die Gegenreaktion auf die frühere Knappheit. Und wo es Exzesse gibt, herrscht auch Korruption, eine Menge Korruption auf allen Regierungsebenen und in sämtlichen Bevölkerungsschichten. Diese Moralkrise ist fester Bestandteil des heutigen Chinas.

Sven Agten, Thomas König
6. Dienstleistungsmarketing

Dienstleistungsmarketing steht für die umfassende Konzeption der Planung und Umsetzung, bei der alle Aktivitäten des Dienstleistungsanbieters konsequent und strukturiert auf die aktuellen sowie zukünftigen Erfordernisse der relevanten Märkte ausgerichtet werden, in dem Bestreben, die Bedürfnisse der Kundinnen und Kunden zu befriedigen und gleichzeitig die unternehmerischen Ziele zu erreichen (Weis, 2015).

Sabine Haller, Christian Wissing
7. Mitarbeitende führen und motivieren

Im Dienstleistungsbereich stellen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter eines Unternehmens eine zentrale Ressource dar. Gerade im Bereich der persönlichen und wissensintensiven Services sind sie es, die das Produkt erschaffen, sind sie es, welche die auf dem Papier gestalteten Prozesse mit Leben füllen, und sind sie es, die der Kunde wahrnimmt und die für ihn die Unternehmung symbolisieren. Aufgrund der hohen Bedeutung, die ihrer Aufgabenerfüllung und der Interaktion mit dem Kunden zukommt, erscheint es mehr als verwunderlich, dass wir im täglichen Leben oft auf Dienstleister stoßen, zu denen diese Botschaft nicht ganz durchgedrungen zu sein scheint. Nach wie vor sind zu viele Servicemitarbeiter schlecht (oder gar nicht) qualifiziert und werden offensichtlich häufig weder motiviert noch dazu angehalten, kundenorientiert zu arbeiten. In vielen Servicebranchen werden die Mitarbeiter mit direktem Kundenkontakt als Aushilfskräfte beschäftigt und/oder nach niedrigsten Lohngruppen bezahlt. Der Slogan von der wichtigsten Ressource im Unternehmen stellt sich allzu oft als bloßes Lippenbekenntnis heraus. Die Folge ist eine mangelnde Kundenorientierung, gefolgt von einem Abgleiten ins Mittelmaß. Ein leistungsbereiter und -fähiger Personalstamm kann für einen Serviceanbieter einen erheblichen Wettbewerbsvorteil darstellen, wenn er zielgerichtet und kompetent aufgebaut und erhalten wird. Die Leistung wird dann vom Kunden positiv wahrgenommen und hilft ihm, sich gegenüber den Wettbewerbern abzugrenzen. Dass viele Dienste untrennbar mit den Mitarbeitern, die sie erbringen, verbunden sind, wird durch eine genauere Betrachtung ihrer Rolle beim Service Encounter deutlich.

Sabine Haller, Christian Wissing
17. Umsatzsteuerliches Risiko-Management

Bevor einige Arbeitshilfen behandelt werden soll ein Blick auf das umsatzsteuerrechtliche Risiko-Management geworfen werden. Wie in den vorangegangenen Kapiteln aufgezeigt, bietet das deutsche Umsatzsteuerrecht einige Risiken. Diese Risiken können schnell dazu führen, dass der Straftatbestand der Steuerhinterziehung im Raum steht. Um diesem Risiko gewappnet zu sein, werden in diesem Kapitel wichtige Punkte betrachtet.

Michael Horst
9. Entwicklung von Branchen, Berufen und Studiengängen

Branchen sind aus betrieblicher Sicht die Gesamtheit von Unternehmen mit ähnlichen Produkten und Prozessen zu ihrer Herstellung. Aus Sicht der Gesamtwirtschaft handelt es sich um diejenigen ihrer Teile, die von ebendiesen Merkmalen geprägt sind. Branchenvertreter sind potenzielle Wettbewerber auf der Anbieterseite am Gütermarkt. So, wie in einer Marktwirtschaft das Angebot in der Regel der Nachfrage folgt, wird die Branchenstruktur vornehmlich von Umfang und Struktur des Verbrauchs bestimmt. Inklusive des produktiven Konsums und der Außenwirtschaftsbeziehungen. Da Unternehmen einer Branche auch vergleichbare Kompetenzanforderungen an ihre Mitarbeiter stellen, folgen Berufs- und Studienprofile vorwiegend ebenfalls den Branchendefinitionen. Das erneuert und verstärkt sich im Zuge von technologischem Wandel und Digitalisierung. So, wie diese zu neuen Arbeitswelten führen, ergeben sich branchenspezifische Anforderungen an die Entwicklung von Berufen und Studiengängen. Basis dafür sind Wirtschaftsnähe und ein methodisch und fachlich hierfür qualifiziertes Lehrpersonal.

Andreas Forner
2. Wie eine zukunftsfähige Ressourcennutzung aussehen könnte

Dieses Kapitel formuliert die Bedingungen, wie der Stoffaustausch zwischen Gesellschaft und natürlicher Umwelt nachhaltig gestaltet werden kann. Die Kernstrategien werden mit konkreten Beispielen veranschaulicht: (1) ressourceneffiziente und kreislauforientierte Industrie, (2) balancierte Bioökonomie und Bionikomie, (3) solarisierte Infrastrukturen und (4) Bestandsgleichgewicht und nachhaltiges Bauen.

Stefan Bringezu
7. Bauabzugssteuer und Umkehr der Steuerschuldnerschaft

Was für Gebietskörperschaften auf dem ersten Blick abwegig erscheint, ist vieler Orts keines Falls so absurd. Die Bauabzugssteuer betrifft auch juristische Personen des öffentlichen Rechts, die unter anderem mehr als zwei Wohnungen vermieten. Was alles zu beachten ist, angefangen von der Freistellungsbescheinigung bis zum Fall der Besteuerung und der Fall der Vermietung werden in diesem Kapitel vorgestellt.Das Revere-Charge-Verfahren, oder die Umkehrung der Umsatzsteuerschuld spielt auch für viele juristische Personen des öffentlichen Rechts eine Rolle. Dabei werden in diesem Kapitel die Grundlegenden Umsätze, die Rechnungstellung und die Erklärungspflicht bei der Umsatzsteuer vorgestellt.

Michael Horst
6. Messen

In den Sozialwissenschaften werden die untersuchungsrelevanten Aspekte der sozialen Wirklichkeit nicht nur durch Sprache, sondern wesentlich auch durch Zahlen abgebildet. Es sind insbesondere die numerischen Formen der Repräsentation, die möglich machen, dass die Komplexität der sozialen Wirklichkeit sowie auch die schiere Anzahl von Beobachtungen in numerischer und grafischer Form dargestellt, verdichtet und modelliert werden können. Diese numerische Erfassung der sozialen Wirklichkeit anhand von Zahlen wird als Messen bezeichnet.

Rainer Diaz-Bone
8. Wasserverteilung

In diesem Kapitel werden zuerst die hydraulischen Grundlagen für die Verteilung von Wasser ausführlich erläutert. Anschließend erfolgt die Erläuterung der Rohrnetzarten und der Berechung von Rohrnetzen. Beispiele zeigen hierzu die Anwendung der Berechungsformeln und- wege auf. Im weiteren Verlauf werden detailliert und anhand von Beispielbildern die gängigen Rohrwerkstoffe, die Verbindungstechniken, die im Wassernetz vorhandenen Armaturen sowie Hinweise zum Verlegen und zur Inbetriebnahme von Wasserrohren dargelegt.

Frank Hoffmann, Stefan Grube
Kapitel 1. Steinzeit, Antike und Vorklassik

Am Anfang der ökonomischen Zeitreise steht die Steinzeit. Während die Jäger und Sammler der Steinzeit Selbstversorger waren, haben sich spätestens die Menschen der Jungsteinzeit zu sesshaften Hirten und Ackerbauern entwickelt. Mit der einsetzenden Arbeitsteilung spezialisierte sich jeder auf das, was er am besten konnte, und tauschte den Rest. Die Jäger erlegten Wild und tauschten gehäuteten Felle gegen die Lebensmittel der Ackerbauern ein. So gereichte die primitive Tauschwirtschaft allen Beteiligten zum Vorteil. In der Antike standen ethische Themen im Vordergrund ökonomischer Reflexionen, während im Mittelalter die christlichen Werte und Vorstellungen u. a. in die Überlegungen zum gerechten Preis („iustum pretium“), zu Tauschgerechtigkeit und gerechter Verteilung (Thomas von Aquin) mit einflossen. In der Vorklassik kamen aktuelle Überlegungen der frühen Neuzeit hinzu. Der Pragmatiker und französische Finanzminister Colbert wollte dem Staat im Zuge des Merkantilismus möglichst viel Geld sichern. Der französische Arzt Quesnay konzentrierte sich in seinen Überlegungen und seinem „tableau économique“ eher auf die Landwirtschaft.

Detlef Pietsch
Kapitel 3. Was passiert mit Plastik in der Umwelt?

Plastik in der Umwelt bleibt nicht an einem Ort, sondern wird transportiert, sammelt sich an gewissen Orten an und verändert sich dabei. Viele verschiedene Transportprozesse haben Einfluss auf die Verteilung von Plastik in der Umwelt und werden in diesem Kapitel genauer beschrieben. Sie führen dazu, dass sich Plastik an einigen Orten, wie am Meeresgrund oder in landwirtschaftlichen Böden, vermehrt ansammelt.

Elena Hengstmann, Matthias Tamminga
Kapitel 6. Wie kann Plastik in der Umwelt untersucht werden?

Forschung zum Thema Plastikverschmutzung in der Umwelt ist wichtig, um Probleme und Risiken rechtzeitig zu erkennen. Dafür wird anhand von Umwelt- oder Laborproben untersucht, wie viel Plastik an welchem Ort vorkommt und wie Lebewesen darauf reagieren. Wie die Proben in der Umwelt genommen und anschließend im Labor untersucht werden, hängt von dem untersuchten Material, zum Beispiel Wasser oder Sediment, ab.

Elena Hengstmann, Matthias Tamminga
Zweite Etappe – Standortbetrachtung

In diesem Kapitel erfahren Sie, was Wendepunkte auszeichnet, wie Entscheidungsprozesse ablaufen und warum Fehlentscheidungen wichtig sind. Sie werden verstehen, wie Sie Sicherheit trotz Veränderung schaffen. Sie erkennen die Schlüsselfaktoren am Wendepunkt und lernen, wie Motivation entsteht und warum Ihre Motive maßgeblich darüber entscheiden, wie glücklich Sie sind.

Melanie Cordini
Risikomanagement in Zeiten des Klimawandels – Chancen und Herausforderungen

Das Wort Nachhaltigkeit ist in aller Munde – und das zu Recht: Die Notwendigkeit, den Nachhaltigkeitsgedanken tiefer in der Gesellschaft zu verankern, wird immer offensichtlicher. Das zeigen nicht zuletzt die Wetterereignisse im Sommer letzten Jahres, als der Westen Deutschlands von starken Regenfällen und Überschwemmungen getroffen wurde. So notierten die Meteorologen in den vergangenen 20 Jahren allein 18 der heißesten Jahre seit Beginn der Wetteraufzeichnungen Mitte des 19. Jahrhunderts. Aus gutem Grund ist die Europäische Union (EU) deshalb im Rahmen des Pariser Klimaabkommens die Verpflichtung eingegangen, die CO2-Emissionen bis 2030 um 55 % gegenüber 1990 zu reduzieren.Der ökologischer Umbau der Wirtschaft erfordert aber bislang nicht gekannte Anstrengungen. Das Credo „From Committment to Action“ im Rahmen der Planungen rund um den Klimagipfel in Glasgow (COP26) geben einen Vorgeschmack darauf. Und man muss kein Prophet sein, um zu behaupten, dass der Klimawandel auch die Finanzindustrie – und damit auch den Bankensektor – massiv verändern wird. Wenn wir gar nichts oder nicht genug tun, werden die Auswirkungen noch viel dramatischer.Wie sich der Klimawandel konkret auf das Geschäftsmodell von Banken auswirkt und welche Rolle das Risikomanagement in diesem Zusammenhang spielt, ist Gegenstand des folgenden Beitrags.

Katarin Wagner
CO2e-Ausgleichsprojekte

CO2e-Ausgleichprojekte schaffen die Möglichkeit, die nicht vermeidbaren Klimagase der betrieblichen Tätigkeit auszugleichen. Bei der Auswahl geeigneter Projekte sind normierte Kriterien vertrauensbildend. Dieser Ansatz ist unabhängig davon, ob das Ziel CO2-Neutralität, Net-Zero-Emissionen oder Klimaneutralität ist. Zentraler Standard ist die DIN EN ISO 14064-2, die eine transparente und glaubwürdige Herleitung und Testierung der geschöpften CO2e-Menge erlaubt. Mit diesem Ansatz lassen sich sowohl nationale als auch internationale Projekte einordnen. Die Kosten der Tonne CO2e sind durch Anwendung einer Checkliste vor dem Hintergrund der Bedürfnisse der Stakeholder zu begründen. Der Ankauf von freiwilligen Zertifikaten aus Projekten ist immer eine einzelbetriebliche Entscheidung. Im Einzelfall gibt es günstige Rahmenbedingungen für Eigenkompensationsprojekte durch Einbeziehung von Lieferanten.

Georg Nuoffer-Wagner
Die Überprüfung des Managementsystems: Auditierung, Validierung, Zertifizierung

Um sicherzustellen, dass ein eingeführtes Umwelt- bzw. Nachhaltigkeitsmanagementsystem wirksam ist und die gesetzten Anforderungen erfüllt, ist es sinnvoll, regelmäßig eine Überprüfung vorzunehmen. Diese Überprüfung ist in den entsprechenden Normen bzw. Gesetzen ausführlich beschrieben und geregelt.Bei der Überprüfung eines Managementsystems wird unterschieden nach interner und externer Überprüfung (Audit). Das interne Audit ist ein Audit, in dem die betreffende Organisation selbst überprüft, ob ihr Managementsystem funktioniert, das externe Audit wird durch eine entsprechende Überwachungsgesellschaft durchgeführt und mündet meist in einer Zertifizierung (ISO-Normen) bzw. Validierung (EMAS). Interne Audits sind dementsprechend weniger stringent geregelt als externe Audits; sie sind jedoch Bestandteil der Begutachtung (Verifizierung) bei externen Audits.In der ISO-Welt werden eher Rahmenbedingungen vorgegeben, bei EMAS gibt es detailliertere Regelungen. Dies ist unter anderem der Tatsache geschuldet, dass es sich bei EMAS um ein unionsrechtlich verankertes Managementsystem handelt, bei den ISO-Normen um privatrechtliche Instrumente.Eine besondere Herausforderung stellt die Einrichtung und der Betrieb eines Managementsystems für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) dar; darauf wird in den entsprechenden Regelungen jedoch Rücksicht genommen. Im Fall von EMAS gibt es Hilfestellungen, wie ein KMU ein Managementsystem einrichten kann.

Marianne Schönnenbeck
Im Spa

Der Besuch im Spa dient den Gästen zur Regeneration und Erholung. Die Wellness-Hotellerie bietet ein enormes Angebot an Einrichtungen und Anwendungen und die Ansprüche und Erwartungen der Gäste sind hoch. Die Spa-Etikette muss den Gästen sowohl schriftlich als auch mündlich vermittelt werden, um für einen angenehmen und sicheren Aufenthalt zu sorgen. Die Mitarbeiter:innen kennen auch die unterschiedlichen Gewohnheiten in der Sauna-Kultur ihrer internationalen Gäste und weisen darauf hin, wenn die Qualitätsstandards nicht eingehalten werden.Ein professionelles Zeitmanagement ermöglicht die Terminwünsche der Gäste zu berücksichtigen und den Verkauf von Anwendungen im Sinne des Hotels zu ermöglichen. Der betriebswirtschaftliche Aspekt steht dabei ebenso im Fokus wie höchste Hygienestandards.

Maria Th. Radinger, Lis Droste
2. BGB – Allgemeiner Teil

Inhalt dieses zweiten Kapitels sind die wesentlichen Vorschriften des Allgemeinen Teils des BGB. Nach der Bestimmung wichtiger Rechtsbegriffe, wie etwa Rechtssubjekt und Rechtsobjekt, geht es schwerpunktmäßig um die Grundlagen der Rechtsgeschäftslehre, in erster Linie also um die Willenserklärung und den Vertrag. Hieran schließen sich Ausführungen zu Nichtigkeits- beziehungsweise Unwirksamkeitsgründen, u. a. zu den Willensmängeln, zur Stellvertretung und zur Verjährung an. Der abschließende Teil enthält wichtige Prüfungsschemata für eine Fallbearbeitung.

Thomas Zerres
Kapitel 3. Mechanisch-elektrische Energiewandlung durch Generatoren

Für Untersuchungen zur Wirkungsweise und zum Verhalten von Windenergieanlagen kommt dem Generator als widerstandsmomentbildendem Teil entsprechend seiner Lage und Verknüpfungen (s. Abb. 1.31) zentrale Bedeutung zu.

Siegfried Heier
Kapitel 6. Nutzung der Windenergie

Die Anwendung der Windenergie zur Elektrizitätsversorgung bringt eine Verbreiterung der Energiebasis und vermindert die Umweltbelastung.

Siegfried Heier
Kapitel 4. Elektrische Energieübergabe an Versorgungsnetze

Im Hinblick auf die Energieübergabe an elektrische Versorgungsnetze sind Unterschiede zu beachten zwischen.

Siegfried Heier
12. Statische Berechnung

Die statische Berechnung ist ein Nachweis für Standsicherheit und Gebrauchsfähigkeit der tragenden Konstruktion. Durch sie wird die Tragfähigkeit und Standsicherheit sämtlicher statisch beanspruchter Bauteile eines zu erstellenden Bauwerkes rechnerisch nachgewiesen.

Stefan Baar
1. Sicherheitskonzept und Beanspruchungen

Die Sicherheit hat oberste Priorität bei der Erstellung von Gebäuden, Brücken, Tunneln und sonstigen Bauwerken. In Deutschland wird das gewünschte Sicherheitsniveau im öffentlichen Baurecht mit Hilfe der jeweiligen Bauordnungen der Bundesländer festgelegt. Umgesetzt wird das Sicherheitskonzept mit Hilfe von Normen, Richtlinien und sonstigen Regelwerken.

Stefan Baar
Ex-ante-Impact-Assessment der ökonomischen und sozialen Wirkungen von Nachhaltigkeitsstrategien: Methodischer Stand, Entwicklungsperspektiven und Implikationen für den politischen Diskurs

Die zukünftige weltweite Entwicklung erfordert grundlegende Innovationen und Transformationen, um die langfristigen Herausforderungen einer ökologisch tragfähigen nachhaltigen Entwicklung angehen zu können. Mit derartigen Transformationen sind aber zugleich ökonomische und soziale Wirkungen verbunden. Die frühzeitige und nüchterne Antizipation dieser Wirkungen in einem Ex-ante-Impact-Assessment und ihre transparente Kommunikation und frühzeitige Berücksichtigung im Politikprozess sind zentrale Voraussetzungen für die Entscheidungs- und Handlungsfähigkeit in diesen Wandlungsprozessen.An drei Fallbeispielen mit Bezug zur Energiewende zeigen sich ganz erhebliche Unterschiede in der Intensität und der Vorgehensweise, mit der Ex-ante-Impact-Assessments eingesetzt werden. Erforderlich ist jeweils eine fallspezifische Kontextualisierung, bei der die Methodik auf die Fragestellung und das betrachtete System, aber auch die zur Verfügung stehenden empirischen Grundlagen angepasst werden müssen. Eine sorgfältige Abgrenzung des betrachteten Systems und die Einbettung des Impact-Assessments in die Systemzusammenhänge führen zu zusätzlichen Anforderungen hinsichtlich selbstkritischer Methodenreflexion, verstärkter Durchdringung von sektorspezifischem Wissen und Expertise in der Innovationsforschung sowie Erweiterung des Methodenmix um systemdynamische Methoden. Gleichzeitig wird auch eine enge Beziehung des Impact-Assessments mit dem Framing von politischen Diskursen deutlich. Der Staat als Organisator und Moderator entsprechender Politikdiskurse braucht selbst genügend Kompetenz, um die erforderlichen Impact-Assessments frühzeitig und umfassend initiieren zu können. Die zunehmende Bedeutung von Impact-Assessments von Transformationsprozessen macht daher nicht nur eine Erweiterung der fachlichen und methodischen Erfordernisse der beteiligten Wissenschaftler:innen, sondern auch des Staats und der Zivilgesellschaft erforderlich.Dabei darf die Aussagekraft eines Impact-Assessments nicht überschätzt werden: Einem Ex-ante-Impact-Assessment kommt die Funktion einer strategischen Intelligenz für die politischen Diskurse und die Steuerung von Transformationsprozessen zu – es kann aber nicht die Unsicherheiten eines Transformationsprozesses als solche beseitigen oder die Bewertung der Trade-offs zwischen unterschiedlichen Impact-Kategorien vornehmen.

Rainer Walz
Kapitel 4. Wo spielt Thermodynamik noch eine Rolle?

Thermodynamik ist nicht nur wichtig, um Maschinen zur Gewinnung von mechanischer Arbeit aus Wärme zu verstehen und zu verbessern. Darüber hinaus erklärt die Thermodynamik eine Unzahl an Phänomenen aus Natur und Technik. In diesem Kapitel wird eine kleine Auswahl davon exemplarisch kurz vorgestellt.

Karsten Müller
Kapitel 6. Anhang: Wer doch Formeln sehen will

Dieses Buch heißt zwar Thermodynamik ohne Formeln. Trotzdem sollen einige wichtige Gleichungen, die die Thermodynamik beschreiben, hier zum Schluss noch einmal angegeben und kurz erklärt werden. Hier wird noch einmal die Bilanzierung über 1. und 2. Hauptsatz beschrieben und die quantitative Definition der Entropie geliefert, sowie der Wirkungsgrad verschiedener Prozesse berechnet und die Grundgleichungen für Dämpfe und ihre Mischungen aufgelistet.

Karsten Müller
Kapitel 2. Der 2. Hauptsatz

Der 1. Hauptsatz wird im Physikunterricht oft gar nicht als Teil der Thermodynamik gelehrt, sondern in der Mechanik. Dort wird korrekt gelehrt, dass Energie nicht verloren geht, sondern nur eine Energieform in eine andere umgewandelt werden kann. Fällt ein Gegenstand herunter, dann wird potenzielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Wird ein Gegenstand nach oben geworfen, dann wird kinetische Energie zu potenzieller Energie. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich dann jedoch immer, dass diese Gleichsetzung nicht richtig aufzugehen scheint. Ein Gummiball, der auf den Boden fällt, springt anschließend wieder in die Höhe. Allerdings nicht ganz so hoch wie seine urtümliche Fallhöhe. An dieser Stelle könnte der irrige Eindruck entstehen, dass der 1. Hauptsatz der Thermodynamik nicht streng gelten würde. Die kinetische Energie hat sich aber lediglich infolge von Luftreibung in thermische Energie (der Volksmund würde sagen: Wärme) umgewandelt.Genau hier setzt der 2. Hauptsatz der Thermodynamik an. Die Energie ist durch die Umwandlung von mechanischer in thermische Energie zwar nicht weniger geworden. Sie ist aber weniger nutzbar.

Karsten Müller
Kapitel 3. Kreisprozesse

In der Thermodynamik geht es sehr oft um die Umwandlung von Energieformen. Diese lassen sich am besten durch Prozesse beschreiben, bei denen der Zustand eines Mediums in mehreren Schritten geändert wird bevor sich das Medium wieder in seinen Ausgangszustand zurückbegibt. Man spricht deshalb von sogenannten Kreisprozessen. Anhand des Carnot-Prozesses wird zunächst erklärt wie viel elektrische Energie überhaupt aus Wärme gewonnen werden könnte. Anschließend werden die wichtigsten Prozesse für Kraftwerke und Motoren kurz vorgestellt.

Karsten Müller
Kapitel 1. Der 1. Hauptsatz

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist das Gesetz von der Erhaltung der Energie. Er besagt, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Dadurch bleibt der Energieinhalt eines abgeschlossenen Systems konstant. Wie alle Hauptsätze, so lässt sich auch der erste Hauptsatz auf verschiedene, letztlich gleichbedeutende Arten formulieren. Eine alternative Formulierung ist, dass ein Perpetuum mobile 1. Art unmöglich ist. Solche Perpetua mobilia sind hypothetische Maschinen, die nicht nur von selbst laufen, sondern dies ohne jede äußere Antriebsleistung immer schneller tun. Sie würden quasi Energie aus dem Nichts erschaffen. Der Umstand, dass es zwar unzählige Leute schon versucht haben, ein solches Perpetuum mobile zu bauen, daran aber letztlich immer gescheitert sind, zeigt, dass der 1. Hauptsatz wohl korrekt ist. Die Aussage des 1. Hauptsatzes, dass der Energieinhalt eines abgeschlossenen Systems konstant bleibt, führt allerdings oft zu einem Missverständnis. Der Begriff „abgeschlossen“ besagt, dass das System mit seiner Umgebung keine Energie austauschen kann. Bei „offenen Systemen“ ist dies hingegen möglich. Der 1. Hauptsatz gilt aber trotzdem. Es ist lediglich eine andere Schreibweise nötig.

Karsten Müller
5. Gefühle und Emotionen zum Ausdruck bringen – Nonverbale Kommunikation II

Was wünschen Sie sich von Ihrem Arzt? Stellt man Patienten diese Frage, dann taucht immer wieder das Wort vom „empathischen Arzt“ auf. Neben medizinischem Sachverstand und Erfahrung wünschen sich Menschen, die einen Arzt aufsuchen, in den allermeisten Fällen Empathie.

Veronika Hollenrieder
1. Das persönliche Gespräch in der Praxis – Verbale Kommunikation

„Liebling, wir müssen reden!“ – dieser Satz verheißt in der Regel nichts Gutes und lässt ahnen, dass ein Partner mit der augenblicklichen Situation nicht zufrieden ist …

Veronika Hollenrieder
2. Botschaften ohne Worte – Nonverbale Kommunikation I

„Wir verstehen uns blind“ ist eines der vielen Sprichwörter, das ausdrückt, wie Verständigung zwischen Menschen auch ohne Worte funktionieren kann. Wer es schon einmal erlebt hat – es ist ein wunderbares Gefühl, wenn man sich auch ohne Worte versteht, wenn man die Gedanken, Gefühle und Stimmungen seines Gegenübers erfassen kann ohne mit Worten danach zu fragen. Was es dazu braucht, ist vor allem die Beobachtung der Körpersprache.

Veronika Hollenrieder
6. Die „Medizin“ des persönlichen Gesprächs – was Körper, Geist und Seele heilt

Stellen Sie sich vor, Sie fahren mit dem Zug in eine Ihnen fremde Stadt. Am Hauptbahnhof angekommen suchen Sie nun den Weg zu Ihrem Hotel. Wie gehen Sie vor? Die Älteren unter Ihnen fragen vermutlich eher einen Passanten nach dem Weg, die Jüngeren befragen mit großer Wahrscheinlichkeit ihr Smartphone. Die Kommunikation von Angesicht zu Angesicht nimmt in unserer Gesellschaft immer mehr ab. Auch im Praxisalltag ist diese Entwicklung zu beobachten. Rezepte werden selten persönlich abgeholt – so viel Zeit hat man nicht mehr – man lässt sie sich zuschicken und bestellt sie telefonisch oder online. Diese Vorgehensweise reduziert zwar das Patientenaufkommen in der Praxis – führt aber auch dazu, dass man den Patienten seltener sieht, ja so manch einer nur noch telefonisch Rezepte bestellt und sich nicht mehr zu Kontrolluntersuchungen vorstellt.

Veronika Hollenrieder
„Flüchtlinge in Dresden“ ein Asyldialog in der Kreuzkirche

Dieser Aufsatz widmet sich einem Bürgerdialog, der bereits 2016 im Rahmen der Flüchtlingskrise in der Dresdner Kreuzkirche stattfand und den Titel „Flüchtlinge in Dresden“ trug. In diesem Gotteshaus gab es schon zu DDR-Zeiten Gesprächsformate, die zur friedlichen Revolution 1989/1990 beitrugen, sodass im Artikel wird die Bedeutung dieser Räumlichkeit mit ihrer Atmosphäre und den daraus resultierenden Rahmenbedingungen für die gesamte Veranstaltung untersucht werden. Das Verhalten und die verschiedenen, teils widersprüchlichen Wirklichkeitskonstruktionen der Teilnehmenden zwischen Zustimmung und Ablehnung von Migration werden analysiert. Zudem wird beurteilt, inwiefern bei solch einer Veranstaltung mit vielen Teilnehmenden in einer emotional aufgeheizten Situation sinnvoller Dialog entstehen kann.

Franziska Hildebrant-Rocholl
Chapter 2. Tungsten Carbides

Tungsten forms with carbon several chemical compounds (see also section C – W in Table I-2.13): tungsten monocarbide δ-WC1±x phase (hexagonal structured), having almost invariable composition (at least at temperatures < 2000 °C) and thermally stable in the wide range of temperatures, tungsten monocarbide γ-WC1–x phase (cubic structured) with a wide homogeneity range and very limited temperature interval of existence (at least in the pure form) and low-temperature (ordered) α-W2+xC, intermediate β-W2+xC (or ε-W2+xC phase (ordered) as an alternative to α- and β-phases) and high-temperature (disordered) γ-W2±xC phase modifications of tungsten semicarbide [1-13, 205]; the presence of metastable W3C [94-101, 200, 523, 943, 1331, 3057-3064, 4491], W8C [102, 3065] and W12C [519, 3064, 3066] structures (or W3+xC, Pm(–3)n) in some W-C-containing materials was also reported.

Igor L. Shabalin
Daten als Schlüsselkomponente von Anwendungen Künstlicher Intelligenz am Beispiel der Nachhaltigkeit

Das Handeln von Unternehmen wird nachhaltiger (Winston 2021). Doch wie genau wird Nachhaltigkeit gemessen? Die umfangreiche Erfassung von qualitativ hochwertigen Daten zur Nachhaltigkeit determiniert die Schaffung von Transparenz in den Nachhaltigkeitsmaßnahmen von Unternehmen. Herausforderungen in der Datenerhebung sind vielfältig – von inkonsistenten Datenfragen bis hin zu schwer nachvollziehbaren Kennzahldefinitionen. Neben der Erstellung von Nachhaltigkeitsberichten eröffnet die Anwendung von Künstlicher Intelligenz (KI) neue Analysepotenziale. Anwendungsbeispiele erstrecken sich entlang des gesamten Geschäftsprozesses – vom Ressourceneinsatz über die Produktion und den Transport hin zum Produkt. Ein umfangreiches Datenverständnis und eine gewissenhafte Interpretation der Ergebnisse des Maschinellen Lernens sind ausschlaggebend, um Fallstricke wie Scheinkorrelation und Verzerrungen in den Daten zu adressieren und eine mehrwertstiftende Umsetzung von KI-Projekten sicherzustellen.

Annemarie Paul
Awareness deutscher Unternehmen für nachhaltige Digitalisierung

Dieser Buchbeitrag stellt die nachhaltige Digitalisierung als nicht messbare und bewertungsabhängige Größe dar. Weder das Feld der Digitalisierung kann eindeutig und einheitlich gemessen werden, noch gibt es bewertungsunabhängige und einheitliche Kennzahlen für die Nachhaltigkeit. Letztlich entsteht so die These, dass die Nachhaltigkeit eines jeden Unternehmen immer im Auge des Betrachtenden liegt. Diese Thesen werden durch eine Umfrage untersucht und abschließend mit einer ethischen Stellungnahme des Bundesverbandes Deutscher Startups e. V. relativiert.

Philipp Damm
Kapitel 2. Stand der Technik

Aluminium und Aluminiumlegierungen gehören mit einer Dichte von 2,7 kg/dm3 zu den Leichtmetallen und zeichnen sich durch eine hohe spezifische Festigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit aus. Zusammen mit den vielfältigen Herstellungs- und Formgebungsmöglichkeiten vom Gießen, Walzen, Schmieden über Spanen und Tiefziehen sind Al-Legierungen heute nach Stahl das wichtigste Gebrauchsmetall. [2] Die weltweite Produktion von Primäraluminium („Hüttenaluminium“) als auch Sekundäraluminium aus Recyclingkreisläufen hat sich dabei in den vergangenen zwei Jahrzenten jeweils mehr als verdoppelt und lag im Jahr 2018 zusammen bei 84,9 Mio. Tonnen mit einem Recyclinganteil von fast 23 %. Die Märkte Verkehr, Bauwesen und Maschinenbau decken dabei mehr als 2/3 des Gesamtaluminiumbedarfs ab.

Jochen Tenkamp
Kapitel 3. Werkstoff und Gießverfahren

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die gießtechnische Herstellung und Weiterverarbeitung der untersuchten AlSi7Mg0,3-Gusslegierungen und beinhaltet die Charakterisierung der Mikrostruktur, Härte und Defekte für die verschiedenen Werkstoffzustände.

Jochen Tenkamp
Bevölkerungsschutz und Terrorlagen: Innere Unsicherheit zwischen Szenarien, Schutzmaßnahmen und Schrecken

Die größte Leistung des westlich-liberalen Wohlfahrts- und Rechtsstaates ist es, den individuellen Kampf der Menschen ums tägliche Überleben vollständig eliminiert zu haben. Die Verfassungsstaaten verfügen über das innerstaatliche Gewaltmonopol und die Fähigkeit, es gegen jede Form von Gesetzlosigkeit, Anarchie und Willkür durchzusetzen. Selbst für den Fall eines Notstandes kann dies als gesichert angesehen werden.

Elmar Janssen
Kapitel 7. Kunststoffe

Kunststoffe haben wegen ihrer spezifischen Eigenschaften und ihrer vielseitigen Verarbeitungs-, Bearbeitungs- und Anwendungsmöglichkeiten eine große Bedeutung erlangt. Es gibt kaum technische Anwendungsgebiete, in die sie nicht Eingang gefunden haben. Durch ihre Entwicklung wurden neue Industriezweige geschaffen und zum Teil die Bewältigung technischer Probleme, z. B. im Maschinenbau, oder in der Medizintechnik überhaupt erst ermöglicht.

Oswald Krüger
Kapitel 4. Eisenwerkstoffe

Reines Eisen ist sehr weich. Abgesehen von den hohen Herstellkosten wird es wegen seiner geringen Festigkeit nicht als Konstruktionswerkstoff verwendet. Die große magnetische Permeabilität und niedrige Koerzitivfeldstärke machen es aber zum wichtigen Werkstoff in der Elektrotechnik, Tab. 4.1.

Hans-Jürgen Bargel
Kapitel 8. Schadensanalyse

Einwandfreie Berechnung und Konstruktion von Bauteilen, sorgfältige Werkstoffauswahl, sachgerechte Fertigung und ordnungsgemäßer Betrieb von Maschinen und Anlagen sollen gewährleisten, dass Schadensfälle nicht eintreten. Das Entstehen von Schäden wird dadurch zwar im Allgemeinen zum Ausnahmefall, stellt aber trotzdem keine Seltenheit dar. Neben dem unmittelbaren Sachschaden ergeben sich als Folgen häufig Produktionsausfälle und manchmal auch Personenschäden. Nicht zuletzt aus diesem Grund ist das Vermeiden von Schäden eine der wichtigsten Aufgaben eines Ingenieurs

Hans-Jürgen Bargel
Kapitel 1. Grundlagen der Metall- und Legierungskunde

Die in diesem Kapitel erläuterten Begriffe werden in den nachfolgenden Kapiteln immer wieder angewendet. Die Kenntnis dieser Begriffe ist deshalb unumgänglich für das Verständnis der Vorgänge in den Werkstoffen und damit letztlich für die Beurteilung der Möglichkeiten, durch technische Prozesse die Werkstoffeigenschaften zu beeinflussen.

Hans-Jürgen Bargel
Kapitel 5. Nichteisenmetalle

Produktionskosten, Energieeinsparung und Leichtbau wie auch Umwelt- und Gesundheitsaspekte sind die wichtigsten Anreize, um Werkstoffe weiterzuentwickeln. Für die unterschiedlichen technischen Anwendungen und Anforderungen hat sich deshalb die Palette der zur Verfügung stehenden Werkstoffe in den letzten Jahrzehnten stark erweitert und auch in Zukunft wird diese Entwicklung anhalten. Für alle Einsatzbereiche gilt: „Der richtige Werkstoff am richtigen Platz“, was für viele Endprodukte heißt, dass sie sich aus einer großen Werkstoffvielfalt zusammensetzen.

Silke Mücklich
Kapitel 2. Einwirkung von Herstellung und Weiterverarbeitung auf die Eigenschaften von Metallen

Die metallkundlichen Grundlagen werden überwiegend anhand theoretisch idealisierter Vorgänge beschrieben. Das gilt insbesondere für die Legierungskunde. Die Zustandsschaubilder gelten streng genommen nur für das thermodynamische Gleichgewicht.

Hans-Jürgen Bargel, Günter Schulze
Kapitel 2. Hochsensibilität – Definition, Forschung, Status quo

Hochsensibilität umfasst eine ganze Bandbreite von Phänomenen: „Potenziell jeder Sinnesreiz kann verstärkt empfunden werden.“ Hochsensibilitäten lassen sich grob in drei Bereiche unterteilen: körperlich/sensorisch, seelisch/gefühlsbetont und geistig/intellektuell. Die konkrete Bezifferung des Anteils hochsensibler Personen an der Gesamtbevölkerung erweist sich aufgrund eines Mangels an verbindlichen, standardisierten Diagnoseverfahren als schwierig. Der oft genannte hohe Prozentsatz von 15 bis 20 % Betroffener steht in „krassem Kontrast“ zu den Erfahrungen vieler Hochsensibler, die ja das Gefühl haben, mit ihrer biologischen Eigenart alleine dazustehen. Möglicherweise wird Hochsensibilität in bestimmten Konstellationen nicht auffällig – oder aber manche Betroffene versuchen, ihre „Andersartigkeit“ zu unterdrücken, um gesellschaftliche Erwartungen zu erfüllen. Insofern es sich bei dieser erhöhten Reizsensitivität nicht um eine physische oder psychische Störung im Sinne einer Krankheit handelt, ist ein Befund „Hochsensibilität“ kaum verbindlich.

Torsten Schröder
Kapitel 3. Einflüsse auf die Schwingfestigkeit und deren Abschätzung

Der Betriebsfestigkeitsnachweis für Bauteile kann unter Verwendung einer experimentell ermittelten Bauteilwöhlerlinie oder einer abgeschätzten synthetischen Wöhlerlinie erfolgen. Im ersten Fall werden Bauteile möglichst im Einbauzustand und unter Einsatzbedingungen geprüft, so dass alle relevanten Einflüsse auf die Schwingfestigkeit enthalten sind. Bei der Abschätzung von Bauteilwöhlerlinien wird meist die statische Festigkeit des Werkstoffs, beispielsweise die Zugfestigkeit, als Ausgangspunkt verwendet.

Sebastian Götz, Klaus-Georg Eulitz
Kapitel 4. Quanten

Das vierte Kapitel beschäftigt sich mit Quanten. Es wird erarbeitet, dass die Quantisierung physikalischer Größen und die de-Broglie-Hypothese akzeptiert wurden, weil damit der Compton-Effekt, das Planck’sche Strahlungsgesetz und der äußere fotoelektrische Effekt erfolgreich erklärt werden konnten. Als zentrale Inhalte der Quantenmechanik werden die Schrödinger-Gleichung, die Born’sche Wahrscheinlichkeitsinterpretation, das Ehrenfest’sche Theorem, die Unschärferelation und die Quantenverschränkung thematisiert. Die Lösung der Schrödinger-Gleichung für den harmonischen Oszillator erfolgt sowohl durch eine analytische als auch eine algebraische Betrachtungsweise. Bei der Modellierung des Wasserstoffatoms wird die Schrödinger’sche Quantenmechanik um die Spinquantenzahl erweitert, um zum Orbitalmodell zu gelangen und das Periodensystem der Elemente erklären zu können.

Jürgen Wagner
Kapitel 5. Wärme

Das fünfte Kapitel zum Phänomen Wärme beinhaltet die phänomenologische und statistische Betrachtungsweise thermodynamischer Sachverhalte. Inhaltliche Schwerpunkte bilden die thermischen und kalorischen Zustandsgleichungen für das ideale Gas, die Modellierung von Zustandsänderungen, der Erste und Zweite Hauptsatz der Thermodynamik, die Betrachtung von Kreisprozessen und die Thematisierung der thermodynamischen Potenziale einschließlich der Fundamentalgleichungen und der Maxwell-Beziehungen. Wegen ihrer fundamentalen Bedeutung in der modernen Physik stellt die Entropie den zentralen Begriff des Kapitels dar, indem viele Facetten dieser Größe bis zur Herleitung der Sackur-Tetrode-Gleichung und zur Thematisierung des Entropiebegriffs in der Informationstheorie entwickelt werden. Ein Ausblick auf die Ensembletheorie schließt dieses Kapitel ab.

Jürgen Wagner
Kapitel 5. Wahrscheinlichkeit ist Unwissen oder das Schicksal würfelt nicht

Die griechischen Götter hab ich noch nie gemocht. Sie verfügen allesamt über eine ausgeprägte Neigung zu Niedertracht und Heimtücke. Auf der Treppe der Widerlinge steht Apoll recht weit oben.

Tilmann Betsch
3. Im Wechselbad der Gefühle: Facetten des Lachens und Weinens

Lachen und Weinen sind die wohl zentralsten Gefühlsäußerungen, die wir beim Sehen von Serien und Filmen an uns beobachten können. Im dritten Kapitel beantworte ich anhand der Filme Little Miss Sunshine und Dancer in the Dark die Frage, wie es sich anfühlt, zu lachen und zu weinen und wie wir diese Regungen als Entladungen des affektiven Betroffenseins empfinden.

Wiebke Schwelgengräber
Kapitel 9. Beweglichkeit erzeugen – Fallstudie über Wege und Umwege zu einem agilen Führungssystem

Im Kontext einer Fallstudie, die bei einem kantonalen Energieversorger in der Schweiz realisiert werden konnte, wurde die Einführung eines rollenbasierten Führungs- und Kooperationsmodells begleitet. Dieses sollte den Wechsel von einer spartenorientierten zu einer Matrixorganisation unterstützen. Eines der zentralen, mit diesem Organisationsentwicklungsprozess verbundenen Veränderungsziele war die Erhöhung der Agilität der untersuchten Organisationseinheit. In dem Beitrag wird der Begriff der Agilität konzeptuell verortet und auf die Beweglichkeit von Organisationsstrukturen zugespitzt. Sodann werden die Ergebnisse der formativen Evaluation diskutiert, die im Rahmen der Begleitforschung erarbeitet werden konnten. Dabei werden förderliche und hinderliche Faktoren auf dem Weg zu einem agilen Führungssystem diskutiert, die uns im Laufe des Forschungsprozesses begegnet sind.

Christoph Clases, Manuela Jales Hon, Martin Steffen
2. Empathie und die Lust daran erleben

Im zweiten Kapitel lege ich die Theorie des sogenannten Bewegtseins zugrunde. Wir treten freiwillig in den Kunstraum des Films oder der Serie und wollen bewegt sein: Wir wollen Angst verspüren, lachen, weinen, uns ekeln usw. In diesem Zusammenhang gehe ich auch auf empathisches Bewegtsein ein und erkläre dies an verschiedenen Situationen aus den britischen Serien Life on Mars und Ashes to Ashes.

Wiebke Schwelgengräber
3. Rechentechniken – die Werkzeuge der Mathematik

Wenn man seine ersten Kontakte mit der Mathematik macht, geht es einem darum, Dinge auszurechnen. Je weiter man sich mit dem Gebiet beschäftigt, desto stärker rückt der Aspekt des konkreten Rechnens in den Hintergrund und desto mehr geht es um Ansätze und allgemeine Strukturen. Der naive Glaube, mit einem Taschenrechner oder zumindest Computeralgebrasystem könne man alle mathematischen Probleme lösen, erweist sich als gravierender Irrtum.Doch so fortgeschritten die Techniken auch sein mögen, die man im Lauf der Zeit erlernt, sie müssen doch auf einem soliden Fundament stehen. Nur dann kann man sie wirklich einsetzen. Dabei geht es vielleicht nicht so sehr um die Grundrechenarten und ihre Anwendung auf natürliche oder reelle Zahlen – das nimmt einem wirklich meist der Taschenrechner ab.Solide Kenntnisse des Bruchrechnens, der Wurzeln und Potenzen, des Lösens von Gleichungen und Ungleichungen sind hingegen unabdingbar als Grundlage für fast alles, was später kommt. Noch so ausgefeilte Computeralgebrasysteme können das Beherrschen grundlegender Rechenfertigkeiten nicht ersetzen.Derartige Dinge werden wir in diesem Kapitel ausführlich wiederholen, dabei aber auch gleich einige Bezeichnungsweisen einführen, die uns den Rest dieses Buches begleiten werden. Wenn das alles zur Verfügung steht, werden wir als Krönung dieses Kapitels eine Beweistechnik kennenlernen, die viele als die mächtigste der gesamten Mathematik ansehen – die vollständige Induktion.

Tilo Arens, Frank Hettlich, Christian Karpfinger, Ulrich Kockelkorn, Klaus Lichtenegger, Hellmuth Stachel
13. Differenzialgleichungen – Zusammenspiel von Funktionen und ihren Ableitungen

Während wir in der Mathematik eine Ableitung einer Funktion berechnen oder eine Stammfunktion bestimmen, tauchen in den Anwendungen Funktionen und ihre Ableitungen häufig in eigenständigen Rollen auf. So können wir bei einem Fahrzeug von der zum Zeitpunkt $$t$$ t zurückgelegten Strecke $$s(t)$$ s ( t ) sprechen und von der Momentangeschwindigkeit $$v(t)$$ v ( t ) . Erst durch die Naturgesetze oder zu treffende Annahmen entsteht der mathematische Zusammenhang zwischen diesen Größen, nämlich dass die eine die Ableitung der anderen ist.Durch die Kombination der verschiedenen Naturgesetze gelangt man von Anwendungsproblemen zu Gleichungen, die einen Prozess mathematisch beschreiben. Durch die oben beschriebenen Zusammenhänge tauchen dann Funktionen und ihre Ableitungen in derselben Gleichung auf. Die Funktion ist hierbei die Unbekannte, sie ist zu bestimmen. Solche Gleichungen bezeichnet man als Differenzialgleichungen.Zur Lösung solcher Gleichungen werden wir das gesamte Arsenal der Differenzial- und Integralrechnung benötigen. Ähnlich wie schon bei der Integration wird man vielen Gleichungen mit gewissen Tricks oder wenig offensichtlichen Ansätzen zu Leibe rücken. Die Motivation für die einzelnen Lösungstechniken darzulegen, damit es nicht scheint, als würde mit Magie oder zumindest undurchschaubaren Methoden gearbeitet, ist ein besonderes Anliegen dieses Kapitels.

Tilo Arens, Frank Hettlich, Christian Karpfinger, Ulrich Kockelkorn, Klaus Lichtenegger, Hellmuth Stachel
11. Integrale – vom Sammeln und Bilanzieren

Die Rekonstruktion der Größe einer Population aus der Geburten- und Sterberate, der Flächeninhalt krumm begrenzter Flächen, das Volumen von beliebig geformten Körpern, die Länge von Kurven, die bei Bewegung in einem Kraftfeld geleistete Arbeit, der Fluss einer Strömung durch ein Flächenstück – all diese Dinge lassen sich mit einem Konzept beschreiben und berechnen: dem Integral.Neben der Differenzialrechnung ist die Integralrechnung die zweite tragende Säule der Analysis. Während sich die Differenzialrechnung in erster Linie mit dem lokalen Änderungsverhalten von Funktionen, also dem Verhalten im Kleinen befasst, macht die Integralrechnung globale Aussagen, behandelt also Aspekte im Großen. Es ist das Werkzeug, um zu bilanzieren, also aus Veränderungen, die im Lauf der Zeit passieren, einen Gesamtstand zu ermitteln. Entscheidend ist der enge Zusammenhang zwischen beiden Konzepten. Das Integrieren lässt sich als Umkehrung des Differenzierens auffassen.Der Ansatzpunkt für den Integralbegriff ist das Problem der Fläche unter einem Graphen. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, sinnvoll zu einem Integralbegriff zu gelangen, wobei verschiedene Definitionen durchaus subtile Unterschiede aufweisen können. Diese Unterschiede sollen uns aber weniger kümmern. Deshalb wird ein Integralbegriff vorgestellt, der nach dem französischen Mathematiker Henri Leon Lebesgue (1875–1941) benannt ist. Dieser liefert relativ anschaulich die passende theoretische Grundlage für die vielfältigen Anwendungen der Integralrechnung.

Tilo Arens, Frank Hettlich, Christian Karpfinger, Ulrich Kockelkorn, Klaus Lichtenegger, Hellmuth Stachel
Kapitel 8. Verhaltenskonsequenzen

In den vorherigen Kapiteln habe ich ausführlich dargestellt, wie unser Gehirn Informationen über soziale Gruppen verarbeitet, ordnet und speichert. In dem Zusammenhang haben wir uns ausführlich mit den Grundprinzipien sozialer Kategorisierung und automatischer Informationsverarbeitung auseinandergesetzt. Nun erläutere ich, welche Relevanz diese basalen kognitiven Strukturen und Prozesse für unser soziales Denken, Urteilen, und Entscheiden haben.

Juliane Degner
Kapitel 2. Gibt es ein Paradox der toleranten Gesellschaft?

Wir leben in einem Land der Aufklärung, des Wohlstandes und der Toleranz, in dem die Mehrheit der Bevölkerung demokratische Einstellungen teilt und die Würde und Gleichheit aller als schützende Werte ansieht. Trotzdem sind Diskriminierung und Ungleichbehandlung in diesem Land keien Ausnahmeerscheinungen, sondern altäglich. Wie kann das sein?.

Juliane Degner
10. Cache

Bis 1980 waren Prozessor und Speicher (DRAM) gleich schnell, aber dann verdoppelte sich ca. alle zwei Jahre die Prozessorleistung. Der Prozessor wurde immer schneller als das DRAM. Der Prozessorkern arbeitet aber nur dann effektiv, wenn er genügend schnell mit den Daten aus dem Arbeitsspeicher gefüttert werden kann. Der kleine, sehr schnelle und teure Zwischenspeicher, Cache Cache genannt, hat die Aufgabe, Daten aus dem langsamen Arbeitsspeicher – auf Verdacht (Prefetch) – zu laden und sie mit großer Geschwindigkeit dem Prozessor zu übergeben.Die Begriffe, Bedeutungen und Funktionen zu diesem Thema werden in den nächsten Absätzen dieses Kapitels beschrieben. Die Begriffe L1- und L2-Cache, Level Was enthält ein Cache, SRAM, Flipflop, Stromverbrauch Cache außerhalb und innerhalb der CPU Cache im PCU-Kern L3-Cache, L4-Cache, LLC Smart Cache Beispiele: Datentransfer in L1-, L2-, L3-Cache und Hauptspeicher in einem Desktop- und einem Notebook-Prozessor L1-, L2- und L3-Cache in 8., 9., 10. und 11. Intel Core i-Generation Cache Line SSD als Ersatz für den Arbeitsspeicher oder Cache?

Klaus Brüderle
6. Datenträger – mechanisch, elektronisch und hybrid

Mechanische und elektronische Datenträger haben Vor- und Nachteile. Worin unterscheiden sich die verschiedenen Typen elektronischer Datenträger (SSDs)? Wie arbeiten SSDs und welche Eigenschaften und Leistungen bieten die verschiedenen Typen. Mit welcher Sicherheit (Lesefehler, Ausfallwahrscheinlichkeit usw.) kann der Nutzer rechnen? Was sind Hybrid-Festplatten und SSD-Caching und welche Vorteile bieten sie?In den verschiedenen Abschnitten des Kapitels werden folgende Themen bearbeitet: Mechanische Datenträger (Festplatten): Spuren, Sektoren und Geschwindigkeiten Leistungen: sequenziell – in IOPS Zugriffszeit, DRAM-Cache, Unterschiede von LMR, PMR, SMR, TDMR, HAMR Sicherheit: Lesefehler, MTTF, Ausfallwahrscheinlichkeit, Elektronische Datenträger (SSDs): Flash, NAND, SLC, MLC, QLC Pseudo-SLC-Cache, 3D- und 4D-NAND Datenblöcke in SSDs SSD-IOPS, SSD-Controller, Queue Depth (QD), Wear Leveling, Garbage Collection, Trim, elektr. Leistung Sicherheit: Erwärmung, SSD-Archiv, TBW, TCG Opal, Bitlocker, SSD löschen Hybrid-Festplatten, SSD-Caching

Klaus Brüderle
11. Prozessortechnologien und Optimierungen

Wie und woraus werden Mikrochips (ICs) hergestellt und wer sind die wichtigsten Hersteller? Wie arbeiten die Mikrochips, welche Arten von Rechenwerke enthalten Prozessoren, was ist ihre Aufgabe und was leisten sie? Mit welchen zusätzlichen Funktionen kann die Leistung optimiert werden? Chips brauchen kostbare Energie, die mit großem Aufwand erzeugt wird und in den Akkus der Notebooks nur begrenzt vorhanden ist. Stromsparfunktionen in allen Systemteilen der Chips, sogar in Tastatur und Maus, geben nur Energie ab, wenn sie benötigt wird. Ansonsten wird alles in Mikrosekunden ab- oder angeschaltet, in verschiedenen Turbo-Arten bis zu den Power Limits hochgefahren, um wieder sehr schnell zurück in den kühlenden Schlaf zu kommen. Die Software (z. B. Intel XTU usw.) und die moderne Hardware (Drehzahlregelung mit PWM) helfen dabei.Wie das funktioniert, wird in den Abschnitten des nächsten Kapitels beschrieben. Frequenz und Takt Referenztakt, Basis-Takt (Bus Speed), Kern-Takt (Core Speed) und PLLs Interne und externe CPU-Taktfrequenzen Funktionsgruppen im Prozessor: Steuerwerk, Rechenwerke, Speichermanager Rechenwerke im Prozessorkern: ALU, Integer- und FP-Einheit, SIMD-Befehle (MMX, SSE1 bis SSE4), EM64T, VT-x Berechnung der Rechenleistung in Flops, FP64 AVX2 mit FMA3 bzw. FMA4 und AVX512 Leistungen von Intel- und AMD-Prozessoren Rechenwerke im Grafikchip Shader, GPGPU, API Benchmarks Pipeline, Threads und Multithreading, IPC, SMT Energie sparen, ACPI, SpeedStep, Powerzustände P-States, C-States, System- und Schlafzustände im Büroalltag (S-State), Gerätezustände Sparfunktionen für SoCs unter Windows 10 Speed Shift, Duty Cycling und Disconnected Standby Power Limits, TDP, Turbo Boost Kühler: Luftkühlung, Wasserkühlung, PWM-Regelung

Klaus Brüderle
12. Zusammenfassung des Buches

Obwohl der Computer ein Rechner ist, der nur mit den zwei Zuständen 0 und 1 arbeitet, kann er komplizierte Berechnungen ausführen und Texte, Bilder, Videos usw. verarbeiten.

Klaus Brüderle
14. Übungen mit Lösungen

Die Welt möchte privat und muss geschäftlich Daten und Informationen austauschen. Die Daten und Sprachen müssen in für Computer verständliche Zeichen, den Bits und Bytes umgewandelt werden. Wie kann man sich das vorstellen? Fachleute sprechen von Codes, was sind das und wie werden sie verwendet?In diesem Kapitel werden folgende Fragen beantwortet: In wie vielen Sprachen verständigen sich die Menschen? Wie viele Zeichen werden für den Alltag benötigt? Was kann man sich unter einem Bit vorstellen? Wie viele Bits benötigen wir für ca. 120 oder etwas mehr als 200 Zeichen? Was ist ein Byte? Wie werden aus Bits und Bytes Zahlen? Was ist ein ASCII-Code und wozu wird er benötigt? Warum benötigen wir in Deutschland den erweiterten ASCII-Code? Welchen Code verwendet Windows? Welche Windows Zeichensätze werden verwendet? Was enthält die ISO 8859 (Latin-1 bis 16) und welchen Nachteil hat sie? Sie haben eine Mail oder eine Datei mit undefinierbaren Zeichen oder Begriffen erhalten. Ursache?

Klaus Brüderle
9. Arbeitsspeicher

Damit die Daten (Bits in Form von elektrischen Ladungen, d. h. Elektronen) von den langsamen Datenträgern schnell dem Prozessor angeboten werden können, müssen sie im Arbeitsspeicher auf Abruf zwischengespeichert werden.Wie sind diese Speicherchips und Speichermodule aufgebaut und was ergibt sich daraus? Wie lesen die Chips, was sind Timings und welche Rolle spielen sie? Womit können wir zur Kontrolle das digitale Datenblatt auf dem Modul (DIMM) auslesen? Welche Eigenheiten und Spezialitäten haben SDRAM-Typen von DDR3 bis DDR5 und wie sollten wir aufrüsten? Welchen Nutzen haben NVDIMMs usw.Das alles und vieles mehr enthalten die nächsten Abschnitte dieses Kapitels. Begriffe: Speichermodule, Ranks, SDRAM, interne Bänke, Speicherzellen, Refresh, Sense Amps (Verstärker), Lesevorgang Beschreiben und lesen von Speicherzellen, Timings CL, t RCD und tRP, Page Miss, Seitenkanalattacken (Meldown, Spectre) Digitales Datenblatt, SDRAM-Typen bis DDR5, interner Chiptakt – externe Datenrate, Speichercontroller Prefetching und seinen Einfluss auf den externen Speichertakt Schneller Speichertakt, langsamer Chiptakt Speicher aufrüsten, x4-SDRAMs für Server, Modulkapazität, Ranks und Speichertakt Speichergeschwindigkeit mit Ryzen-CPUs 2000, 3000G, 3000, 4000G und 5000 Datenraten der DDR5-Speicherchips NV-DIMMs, SO-DIMMs, OC-Module, RDIMMs Politik und Speichertechnologie Verwendbarer Speichertyp, Core-i-11000K-Controller Geschwindigkeitsvorteil mit belegtem zweiten Speicherkanal (Dual Channel), 64-Bit-CPU Cache, L3-, L2- und L1-Cache, LLC SRAM-Speicherzellen Speicher-Latenzen (Reaktionszeiten, Wartezeiten)

Klaus Brüderle
Form follows Energy in der Solararchitektur – Welche Optimierungspotenziale bieten interaktive evolutionäre Algorithmen?

Da die Festlegung einer Gebäudeform direkte Konsequenzen auf die Ausrichtung aller Teiloberflächen einer Gebäudehülle hat, wird im vorliegenden Beitrag am Beispiel interaktiver evolutionärer Algorithmen die Fragestellung behandelt, wie mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz die Morphologie von Gebäuden – also ihre äußere Gestalt- und Formgebung – für die Gewinnung von Solarenergie optimiert werden kann. Aus der Rolle des Gebäudesektors bei der großflächigen Bereitstellung geeigneter solarer Empfangsflächen für die Energiewende wird das Erfordernis der Entwicklung einer neuen, solaren Formensprache in der Architektur abgeleitet und die hieraus folgenden zahlreichen und zum Teil konträren Anforderungen an einen solaradaptierten Gebäudeentwurf aufgeführt. Als Lösungsansatz für eine optimierte Morphogenese wird die Verwendung effizienter metaheuristischer Suchfunktionen aus dem Bereich der KI – hier am Beispiel interaktiver, evolutionärer Algorithmen – vorgestellt und der Einfluss solcher digitaler, algorithmischer Entwurfsräume sowohl auf energetische als auch ästhetische Aspekte bei der Solarisierung architektonischer Gebäudeformen bewertet.

Christina Rullán Lemke
Nachhaltig ausgerichteter Hausbau in Deutschland – Partielle und holistische Gebäudeinnovationen

In Deutschland existieren bereits heute vielfältige Konzepte für die Errichtung und den Betrieb von Gebäuden, die als nachhaltig bezeichnet werden können – auch wenn sie sich meist nur speziellen Problemfeldern innerhalb des Bauwesens widmen. Die Grundlagen dieser Gebäudekonzepte werden im vorliegenden Beitrag erläutert, um einen Einstieg in das Themengebiet des nachhaltigen Bauens zu geben. Darüber hinaus wird die Frage erörtert, ob Gebäude, deren Planung auf partiellen Ansätzen beruht, heute noch als nachhaltig bezeichnet werden können. Abschließend widmet sich der Beitrag der Automatisierung von Ökobilanzierungen. Das damit einhergehende und auf digitalen Methoden aufbauende Potenzial zeigt wie negative Auswirkungen von Neubauprojekten auf unsere Umwelt mithilfe der Methode des Building Information Modeling reduziert werden können.

Viktor Hasselbring
Potenziale der Digitalisierung im traditionellen Lehmbau

Lehm gilt als nachhaltiger und ökologischer Baustoff. Das Material kann durch einfache Aufbereitung beliebig oft für tragende und nicht-tragende Konstruktionen eingesetzt oder dem Naturkreislauf zurückgeführt werden. In diesem Beitrag werden zunächst traditionelle Lehmbauweisen vorgestellt und materialspezifische Eigenschaften mit Nachhaltigkeitskriterien und politischen Strategien in den Kontext gebracht. Zusammenhänge zwischen klassischer Herstellung und Digitalisierung wurden herausgearbeitet. Neubauprojekte wie die Alnatura Arbeitswelt in Darmstadt sowie rezente Forschungsarbeiten über robotische Herstellung von Fertigteilen oder in-situ Fabrikation mittels 3D-Druck werden diskutiert. Der meist sehr zeitintensive Lehmbau kann durch standardisierte Lösungen und Fertigteilproduktion im Rahmen des ökologischen Hausbaus einen großen Beitrag für nachhaltiges Bauen leisten.

Jessica Lohmann
Bioenergiefassaden – ökonomisch, ökologisch, digital

Um den Gesamtenergiebedarf von Gebäuden während der Nutzung zu reduzieren und mit erneuerbaren Energien zu decken, reichen energieerzeugende Systeme auf Gebäudedächern allein nicht aus. In der Bundesrepublik Deutschland werden 65 % des Gesamtenergiebedarfs der Nutzungsphase von Bürogebäuden verbraucht. Im vorliegenden Beitrag wird eine Möglichkeit vorgestellt, oftmals architektonisch simple Fassadenflächen von überwiegend mehrstöckigen Bürogebäuden zur aktiven Reduzierung ihres Gesamtenergiebedarfs und als vertikale Agrarflächen einzusetzen. Mit Bioenergiefassade werden in einem Kulturmedium, das solarthermisch verwertet werden kann, Mikroalgen kultiviert, deren Verwendungsmöglichkeiten nachhaltig und vielseitig sind. Zudem werden Potentiale der Bioenergiefassade in Bezug auf ihre Wirtschaftlichkeit durch Unterstützung von digitalen Methoden aufgezeigt.

Gyde Hartmut
Nachhaltige und digitale Konzepte im Bauwesen – komplex, konträr, kompatibel, konstruktiv

Die Herausforderungen, die unsere Gesellschaft im Rahmen des stetig voranschreitenden Klimawandels zu bewältigen hat, sind nicht nur vielfältig und komplex, auch ergeben sich aufgrund zweier konträrer Paradigmen – der Digitalisierung und der Nachhaltigkeit – ineinandergreifende Fragestellungen, die im Hinblick auf notwendige Lösungsansätze diskutiert werden müssen. Da das Bauwesen einen erheblichen Anteil an der Zerstörung unserer Umwelt beisteuert, ist es erforderlich, dass nachhaltige Potenziale nicht nur intensiv diskutiert, sondern auch zeitnah implementiert werden. Dabei kommen verschiedene Aspekte der Digitalisierung ins Spiel. Der Beitrag zeigt im Kontext möglicher Synergieeffekte verschiedene Konzepte auf, die im Zuge der Bekämpfung des Klimawandels innerhalb der Baubranche herangezogen werden können. Anhand innovativer und disziplinübergreifender Ansätze wird dargestellt, dass technologische Neuentwicklungen einer nachhaltigen Ausrichtung nicht per se entgegenstehen müssen. Vielmehr ergeben sich durch kooperative Zusammenspiele vielversprechende Potenziale – nicht nur aufgrund digitaler und damit zeitgemäßer Prozesse, z. B. um wirtschaftliche Mehrwerte zu erzielen –, sondern insbesondere auch, um mithilfe ökologisch-kompatibler Interaktionen im Bauwesen konstruktiv dem Klimawandel entgegenzuwirken.

Thomas Kölzer
Der späte Triumph der zwei kleinen Schweinchen – Nachhaltige Alternativen zum Massivbau

Die Errichtung und der Betrieb von Gebäuden tragen signifikant zum Ausstoß von Treibhausgasen und damit zur globalen Klimaveränderung bei. Im Speziellen verursacht die energieaufwendige Herstellung von Zement jährlich höhere CO2-Emissionen als der weltweite Flugverkehr. Ausgehend vom seit Jahrtausenden bekannten Baustoff Holz werden in diesem Beitrag moderne Baumaterialien und -konzepte vorgestellt, die das Potenzial bergen, beträchtliche Mengen an Ressourcen und Energie einzusparen. Auf andere Weise können die selbstgesteckten Nachhaltigkeitsziele des Bausektors realistisch nicht mehr erreicht werden.

Gunnar Schaan
Bauwerksbegrünungen – Allgemeine Potenziale, grundlegende Konstruktionsvarianten und digital ausgerichtete Anwendungsmöglichkeiten

Im Zuge des voranschreitenden städtischen Wachstums muss den zunehmenden Hitze-, Wasser- und Luftbelastungen mit innovativen und nachhaltigen Konzepten begegnet werden. Der Beitrag zeigt auf, inwieweit Bauwerksbegrünungen diesen urbanen Problemen entgegenwirken können. Neben einer Übersicht zu grundlegenden Konstruktionsvarianten von Begrünungssystemen stellen Kombinationen von Begrünungen mit nachhaltigen und digitalen Ansätzen einen weiteren Schwerpunkt dar. Da insbesondere Verknüpfungen mit Sensortechnologien vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten bereitstellen, finden sich im Beitrag ebenfalls Beispiele, wie Bauwerksbegrünungen zukünftig beim Kampf gegen den Klimawandel oder auch beim Einsatz in Wartung und Pflege, dabei helfen können, Städte digitaler und gleichzeitig nachhaltiger zu machen.

Clea Kummert
Wege zu einer ganzheitlichen Planung – Energieeffizientes Bauen im Kontext holistischer Konzepte

Der vorliegenden Beitrag zeigt praxisnahe Beispiele und übergeordnete Methoden auf, die dabei helfen sollen, Gebäude – für Mensch, Umwelt und Wirtschaft – umfassend und vorteilhaft zu planen. Es werden neben der bisherigen Entwicklung effizienter Gebäudesysteme, über energetische Belange hinausgehende kritische Umweltauswirkungen sowie bestehende und zukünftig notwendige Ansätze des nachhaltigen Bauens thematisiert. Ziel des Beitrags ist es nicht nur innovative Maßnahmen zur Lösung spezifischer Probleme, wie der Reduzierung klimawandel-beschleunigender Treibhausgasemissionen, darzustellen, sondern einen Perspektivwechsel anzuregen, der es ermöglicht, Systeme zu schaffen, die rundum gewinnbringend sind. Gewinnbringend ist dabei nicht rein wirtschaftlich, sondern im Sinne von Mehrwerten für Mensch und Umwelt zu interpretieren. Im Verlauf des Beitrages wird anhand von Beispielen verdeutlicht, wie Naturprinzipien, Digitalisierungsprozesse und ganzheitliche Planungsansätze erfolgversprechende Methoden darstellen, diese Mehrwerte zu erreichen.

Julius Oldehaver
Ökologie und Umwelt

Sie sollen ökologisch sinnvolle Vorschläge unterbreiten, deren Ausgaben sich für Ihr Kreditinstitut kurzfristig amortisieren. Welche Maßnahme schlagen Sie vor?

Wolfgang Grundmann, Corinna Heinrichs, Marion Leuenroth
Kapitel 1. Berechnungshilfen

Hier werden wärme- und feuchtetechnische Kennwerte diverser Baustoffe angegeben. Ferner werden Umrechnungsfaktoren für unterschiedliche relevante Einheiten, Gleichungen zu Flächen- und Volumenberechnung sowie diverse mathematische Grundlagen und normgerechte Bauschraffuren dargestellt.

Kai Schild, Wolfgang M. Willems
Kapitel 2. Grundlagen des Wärmeschutzes

Als Rohdichte $$\rho $$ ρ eines Stoffes wird der Quotient aus der Masse m und dem von dieser Masse eingenommenen Volumen V bezeichnet.

Kai Schild, Wolfgang M. Willems
Kapitel 3. Wärmebrücken

Teil einer Gebäudehülle, wo der ansonsten normal zum Bauteil auftretende Wärmestrom deutlich verändert wird durch.

Kai Schild, Wolfgang M. Willems
Kapitel 5. Anforderungen an den sommerlichen Wärmeschutz

Mindestens genauso wichtig wie die Begrenzung des Energiebedarfs im Winter ist die Schaffung eines thermisch behaglichen Nutzungsumfelds im Sommer. In diesem Sinne gilt es, die Raumtemperatur auf ein erträgliches Maß zu begrenzen, d.h. Überhitzungen zu vermeiden.

Kai Schild, Wolfgang M. Willems
Kapitel 4. Anforderungen an den winterlichen Wärmeschutz

Hinsichtlich des winterlichen Wärmeschutzes ist zwischen dem Mindestwärmeschutz und dem energiesparenden Wärmeschutz zu unterscheiden. Während der energiesparende Wärmeschutz aus ökonomischen Gründen anzustreben ist und für ein behagliches Raumklima eine wesentliche Grundvoraussetzung darstellt, ist der Mindestwärmeschutz essenziell für die bestimmungsgemäße Nutzbarkeit eines Gebäudes: Durch Mindestanforderungen an den Wärmeschutz der Bauteile wird ein hygienisches Raumklima sowie ein dauerhafter Schutz der Baukonstruktion gegen klimabedingte Feuchte-Einwirkungen sichergestellt.

Kai Schild, Wolfgang M. Willems
Kapitel 7. Bemessung von Gebäudegründungen zur Vermeidung von Frosthebungen

Die Frostsicherheit von Gebäudegründungen wird im Allgemeinen durch eine Ausführung gemäß DIN 1054, Abschnitt 7.1.2 angestrebt. Demnach muss, sofern die Frostsicherheit nicht auf andere Weise nachgewiesen wird, der Abstand von der dem Frost ausgesetzten Fläche bis zur Sohlfläche der Gründung mindestens 0,80 m betragen. Ein alternatives Verfahren zum Nachweis der Frostsicherheit enthält DIN EN ISO 13793. Demnach können Frosthebungen auf drei verschiedene Weisen vermieden werden.

Kai Schild, Wolfgang M. Willems
Kapitel 8. Lüftung und Luftdichtheit

Grundsätzlich besteht heutzutage im Zusammenhang mit energiesparenden Bauweisen stets die Notwendigkeit, Lüftungswärmeverluste auf ein notwendiges Maß zu reduzieren. Was aber ist dieses notwendige Maß?

Kai Schild, Wolfgang M. Willems
Kapitel 9. Thermische Behaglichkeit

Im Allgemeinen ist das Empfinden des Menschen als Gebäudenutzer das Maß zur Beurteilung des Raumklimas, so z.B. in Wohn- und Verwaltungsbauten. Abweichungen von dieser Regel sind bei solchen Bauten anzutreffen, wo andere Nutzungsfaktoren maßgebend sind (z.B. Stallungen, Gewächshäuser, Produktionshallen, Tiefkühllager) und der Nutzer sich demnach den Forderungen von Produktion, Lagerung oder Lebensbedingungen von Pflanzen und Tieren unterordnen muss.

Kai Schild, Wolfgang M. Willems