Physikalische Anlagen

Eine technische Anlage , auch Gebäudeanlage , mechanische Anlage oder Industrieanlage genannt (oftmals einfach als Anlage bezeichnet, wenn der Kontext eindeutig ist), bezeichnet die technische Infrastruktur, die für den Betrieb und die Instandhaltung einer Einrichtung genutzt wird. Der Betrieb dieser technischen Systeme und Dienstleistungen bzw. die dafür zuständige Abteilung innerhalb einer Organisation wird üblicherweise als Anlagenbetrieb oder Facility Management bezeichnet .

Die Konstruktion und Ausrüstung von Kernkraftwerken haben sich in den letzten 30 Jahren größtenteils nicht verändert. ^{[ 1 ]} Es gibt drei Haupttypen von Reaktorkühlmechanismen: Leichtwasserreaktoren , Flüssigmetallreaktoren und Hochtemperatur-Gasreaktoren . ^{[2] Obwohl die Kernausrüstung im Wesentlichen gleich geblieben ist, wurden einige kleinere Modifikationen zur Verbesserung von Sicherheit und Effizienz vorgenommen. [ 3]} Obwohl ^{für alle drei Reaktortypen bedeutende Konstruktionsinnovationen vorgeschlagen wurden, sind diese größtenteils theoretischer Natur} und wurden nicht flächendeckend umgesetzt. ^{[ 4 ]}

Die Anlagen von Kernkraftwerken werden im Allgemeinen in zwei Hauptkategorien unterteilt: Primärsysteme und Anlagenkomponenten . ^{[ 5 ]} Zu den Primärsystemen gehören alle Anlagen, die für die Erzeugung und Sicherheit von Kernenergie unerlässlich sind . ^{[ 6 ]} Zu den wichtigsten Komponenten zählen der Reaktordruckbehälter , der den Reaktorkern zum Schutz umschließt, und der Reaktorkern selbst, der die Brennstäbe enthält . Kühlsysteme bestehen aus Flüssigkeitskühlkreisläufen und einem zirkulierenden Kühlmittel , die üblicherweise als separate Systeme mit mindestens einer Pumpe pro Kreislauf angeordnet sind. ^{[ 7 ]} Weitere Komponenten sind Dampferzeuger und Druckhalter , die zur bedarfsgerechten Druckregulierung im Kraftwerk beitragen. ^{[ 8 ]} Containmentsysteme bezeichnen die physischen Strukturen, die die Umgebung im Falle einer Reaktorstörung abschirmen. ^{[ 9 ]} Notkühlsysteme für den Reaktorkern und Reaktorschutzsysteme gehören ebenfalls zu den Primärsystemen. ^{[ 10 ]}

Anlagenkomponenten bezeichnen Ausrüstungen, die üblicherweise in verschiedenen Kraftwerkstypen zur Stromerzeugung und -verteilung eingesetzt werden. ^{[ 11 ]} Dazu gehören Turbinen , Generatoren , Kondensatoren , Speisewassersysteme, Hilfssysteme, Brandschutzsysteme, Notstromsysteme und Altbrennstofflager . ^{[ 12 ]}

In der Rundfunktechnik bezeichnet der Begriff „Sendeanlage“ den Teil der physischen Anlage, der mit dem Sender , seinen Steuerungen und Eingängen, der Studio-Sender-Verbindung (falls sich das Radiostudio außerhalb des Sendestudios befindet) ^{[ 13 ]} , der Funkantenne und den Radomen , den Zuleitungen und Trocknungs- oder Stickstoffsystemen , dem Sendeturm und dem zugehörigen Gebäude , der Turmbeleuchtung, dem Generator und den Klimaanlagen verbunden ist. Diese Komponenten werden häufig von einem automatischen Übertragungssystem überwacht , das Statusaktualisierungen per Telemetrie über die Studio-Sender-Verbindung sendet .

Ökonomische Faktoren wie Investitions- und Betriebskosten haben zur weitverbreiteten Nutzung passiver optischer Netze (PON) als primäres Modell für die Anbindung von Nutzern an das Glasfasernetz geführt. ^{[ 14 ]} Eine Vermittlungsstelle nutzt Übertragungstechnik, die die Signalverteilung an ein bis 32 Nutzer pro Leitung ermöglicht. ^{[ 14 ]} Das Hauptfaser-Backbone eines PON-Netzes wird als optischer Linienabschluss (OLT) bezeichnet . ^{[ 15 ]} Betriebliche Aspekte – wie Wartungsaufwand, Effizienz der Gerätenutzung, Möglichkeiten zur gemeinsamen Nutzung von Glasfasern und potenzielle zukünftige Erweiterungen – bestimmen, welche spezifische PON-Variante eingesetzt wird. ^{[ 14 ]}

Ein Glasfaser-Splitter dient dazu, mehrere Nutzer an dasselbe Glasfaser-Backbone anzuschließen. ^{[ 14 ]} Eine Variante, das Ethernet Passive Optical Network (EPON), unterstützt bis zu 704 Verbindungen pro Leitung. ^{[ 15 ]} Glasfasernetze auf Basis eines PON-Backbones bieten verschiedene Konfigurationen für die Anbindung der letzten Meile, darunter Fiber to the Curb (FTTC), Fiber to the Building (FTTB) und Fiber to the Home (FTTH). ^{[ 16 ]} Diese Systeme nutzen unterschiedliche Wellenlängen, um Daten gleichzeitig und störungsfrei zu senden und zu empfangen. ^{[ 15 ]}

Basisstationen sind ein wesentlicher Bestandteil der Mobilfunkinfrastruktur und dienen der Verbindung von Endnutzern mit dem Hauptnetz. ^{[ 17 ]} Diese Stationen beherbergen durch physische Barrieren geschützte Sendeanlagen und sind typischerweise auf Masten oder an Dächern bzw. Fassaden von Gebäuden montiert. Der Standort einer Basisstation richtet sich nach den lokalen Anforderungen an die Funkabdeckung. ^{[ 18 ]} Verschiedene Antennentypen – entweder an Gebäuden oder in der natürlichen Umgebung angebracht – werden zum Senden und Empfangen von Signalen verwendet. ^{[ 19 ]} Richtantennen bündeln Signale in bestimmte Richtungen, während Richtantennen die Kommunikation zwischen Basisstationen ermöglichen. ^{[ 19 ]}

Basisstationen werden im Allgemeinen in drei Kategorien eingeteilt: Makrozellen, Mikrozellen und Pikozellen. ^{[ 18 ]} Makrozellen sind am weitesten verbreitet und verwenden häufig omnidirektionale Antennen oder Parabolantennen. Mikrozellen dienen der Verbesserung der Netzabdeckung in Gebieten, die von Makrozellen nicht ausreichend versorgt werden. ^{[ 20 ]} Sie werden üblicherweise an Straßenlaternen montiert und benötigen in der Regel keine Parabolantennen, da sie über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind. ^{[ 17 ]} Pikozellen bieten gezielte Innenraumabdeckung an Orten mit unzureichender Signalstärke. Sie werden üblicherweise an Innenwänden oder auf Dächern von Gebäuden installiert. ^{[ 17 ]}

Entsalzungsanlagen dienen der Entfernung von Salz und anderen Verunreinigungen aus Wasserquellen, um das Wasser für den menschlichen Verzehr und andere Zwecke nutzbar zu machen. ^{[ 21 ]} Zu den wichtigsten Verfahren und Technologien der Entsalzung zählen Umkehrosmose , mehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF) und Mehrfacheffektverdampfung (MED). ^{[ 21 ]} Thermische Verfahren wie MSF und MED werden im Nahen Osten aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Süßwasser und des Zugangs zu überschüssigen Energieressourcen häufig eingesetzt. ^{[ 21 ]}

Umkehrosmoseanlagen (RO-Anlagen) nutzen semipermeable Membranpolymere, die Wassermoleküle durchlassen, aber Salze und andere Verunreinigungen zurückhalten. ^{[ 22 ]} Diese Systeme verwenden typischerweise Ansaugrohre, um Wasser aus der Quelle zu entnehmen, das dann zu Vorbehandlungsanlagen geleitet wird. Die Vorbehandlung umfasst die Entfernung von Schwebstoffen und die Zugabe von Chemikalien, um Ablagerungen und Verschmutzungen zu verhindern.

Hochdruckpumpen und Druckerhöhungspumpen sorgen für den erforderlichen Druck im gesamten System und ermöglichen so den Wasserdurchfluss durch die Umkehrosmosemodule. Je nach Systemspezifikation können RO-Membranen 98 % bis 99,5 % des Salzgehalts aus dem Wasser entfernen. Abfallprodukte aus der Vorbehandlung und der Umkehrosmose werden Energierückgewinnungsanlagen zugeführt, während die verbleibenden Abfälle über Abflussrohre abgeleitet werden. Steuerungssysteme überwachen den Betrieb kontinuierlich, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. ^{[ 23 ]}

Zu den Vorbehandlungssystemen gehören auch Ansaugsiebe, wie z. B. Vorbecken und Siebe . ^{[ 24 ]} Die Ansaugkonstruktionen variieren; Hochsee-Ansauganlagen können sich an Land oder auf See befinden. Offshore-Ansauganlagen leiten das Wasser typischerweise durch Betonkanäle zu Siebkammern, von wo es dann zu den Vorbehandlungsanlagen gelangt. Dort werden Chemikalien hinzugefügt und Feststoffe mittels Flotationsanlagen abgetrennt, bevor das Wasser durch die semipermeable Membran filtriert wird. ^{[ 25 ]}

Die Elektrodialyse ist eine Alternative zur Umkehrosmose und wird seit den 1960er Jahren industriell eingesetzt. ^{[ 26 ]} Sie nutzt Kathoden und Anoden in mehreren Stufen, um ionische Verbindungen zu trennen , die Salze zu konzentrieren und gereinigtes Wasser zurückzugewinnen. Aufgrund ihres relativ hohen Energieverbrauchs wird die Elektrodialyse hauptsächlich zur Aufbereitung von Brackwasser eingesetzt , das eine geringere Salzkonzentration als Meerwasser aufweist . ^{[ 27 ]}

Die mehrstufige Entspannungsverdampfung (MSF) ist ein im Nahen Osten weit verbreitetes thermisches Entsalzungsverfahren. Ähnlich wie Umkehrosmoseanlagen umfassen MSF-Anlagen Wasserentnahme- und Vorbehandlungssysteme. Im Gegensatz zu Umkehrosmoseanlagen werden bei der MSF jedoch andere chemische Zusätze wie Antiscalants und Korrosionsschutzmittel verwendet. Das Verfahren beinhaltet das Erhitzen von Wasser in mehreren Stufen und unter verschiedenen Druckbedingungen, bis es einen Soleerhitzer erreicht, der unter kontrollierten Bedingungen Dampf erzeugt. Dieser Dampf bewirkt in aufeinanderfolgenden Stufen ein schnelles Verdampfen (Entspannungsverdampfung), wodurch das Süßwasser von der Salzlösung getrennt wird. ^{[ 28 ]}

Konventionelle Wasseraufbereitungsanlagen dienen der Gewinnung, Reinigung und Verteilung von Wasser aus bereits trinkbaren Gewässern. Diese Anlagen benötigen umfangreiche Netze von Ausrüstung, um das Wasser zu fördern, zu speichern und zur Aufbereitung zur Anlage zu transportieren. Grundwasser wird typischerweise über Brunnen gefördert , die üblicherweise Komponenten wie Rohre, Pumpen und Schutzgehäuse umfassen. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Liegt die Quelle weit entfernt von der Aufbereitungsanlage, können Aquädukte für den Wassertransport genutzt werden. ^{[ 31 ]}

Verschiedene Transportsysteme, darunter Aquädukte, Rohrleitungen und Tunnel , nutzen häufig offene Gerinne zur Wasserversorgung. ^{[ 32 ]} Diese Methode beruht auf der natürlichen Wasserführung durch Topografie und Schwerkraft, ohne dass zusätzliche Pumpen erforderlich sind. Durchflussmessgeräte überwachen die Gleichmäßigkeit und Stabilität des Wasserflusses. ^{[ 33 ]} Wassereinzugsgebiete sind geografische Gebiete, in denen Oberflächenwasser zusammenfließt und häufig zur Speicherung und Aufbereitung gesammelt wird. ^{[ 34 ]} Für Regenwasserabfluss können sowohl natürliche Gewässer als auch Filtersysteme zur temporären Speicherung und Ableitung genutzt werden. Im Gegensatz dazu wird Oberflächenabfluss typischerweise über dezentrale Behandlungssysteme wie Klärgruben oder über Abwassernetze , die das Wasser zu Kläranlagen transportieren, behandelt. ^{[ 35 ]}

Nach Ankunft im Wasserwerk wird das Wasser einer Vorbehandlung unterzogen, bei der es Siebe (z. B. passive oder Rechen) durchläuft, um Verunreinigungen zu entfernen , die nachgeschaltete Anlagen beschädigen könnten. ^{[ 36 ]} Anschließend werden Chemikalien mittels Trockendosierern oder Dosierpumpen zugegeben . Ein elektromechanisches Dosiersystem gewährleistet eine präzise Dosierung, um chemische Ungleichgewichte zu vermeiden, die das Wasser unbrauchbar machen oder die Anlageninfrastruktur schädigen könnten. ^{[ 37 ]}

Aufgrund des erhöhten Säuregehalts nach der chemischen Behandlung werden für den Wassertransport korrosionsbeständige Rohrleitungsmaterialien wie PVC , Aluminium und Edelstahl verwendet. ^{[ 38 ]} Im nächsten Schritt, der Koagulation , werden Salze (z. B. Eisen(III)-sulfat ) zugegeben, um organische Stoffe in einem Mischbehälter zu destabilisieren . Dabei helfen Rührwerke mit variabler Drehzahl, die optimale chemische Mischung für die jeweilige Wasserquelle zu ermitteln. ^{[ 39 ]}

In Flockungsbecken bewirken Temperaturänderungen die Aggregation kleinerer Partikel zu größeren Clustern. ^{[ 40 ]} Diese werden anschließend während der Sedimentation entfernt . Hierbei werden Absetzbecken – wie beispielsweise rechteckige Becken oder Becken mit zentraler Zufuhr – eingesetzt, um Feststoffe durch Schwerkraft abzutrennen. Das angesammelte Sediment wird in Klärschlammbehandlungsanlagen transportiert . Durch Filtration werden dann verbleibende Partikel entfernt, beispielsweise mittels Druckfiltration, Kieselgurfiltration oder Direktfiltration. ^{[ 41 ]} Im letzten Schritt erfolgt die Desinfektion . Anschließend wird das aufbereitete Wasser entweder gelagert oder zur Verwendung verteilt. ^{[ 42 ]}

Die Verantwortung für den Betrieb von Wasseraufbereitungsanlagen und die Instandhaltung der Anlagen ist auf mehrere Akteure verteilt. ^{[ 43 ]} Anlagenbetreiber sind in der Regel für die Instandhaltung der Verteilungsinfrastruktur bis zu den Endverbrauchern verantwortlich. Ingenieure überwachen den Betrieb und die Instandhaltung der Aufbereitungsanlagen innerhalb der Anlage. Öffentliche Aufsichtsbehörden sind mit der Überwachung der Wasserqualität und der Sicherstellung der Einhaltung der Sicherheitsstandards für den menschlichen Verzehr beauftragt. ^{[ 44 ]} Hersteller sind zwar nicht am Betrieb vor Ort beteiligt, tragen aber die Verantwortung für die Qualitätssicherung der Anlagen vor deren Inbetriebnahme. ^{[ 45 ]}

Eine HLK- Anlage (Heizung, Lüftung, Klimatisierung) umfasst typischerweise Systeme für Heizung, Lüftung und Klimatisierung und kann auch weitere mechanische Systeme beinhalten. In manchen Fällen ist sie für die Instandhaltung zusätzlicher Infrastruktur wie Sanitäranlagen und Beleuchtung zuständig. Diese Systeme werden häufig in verschiedenen Gebäudetypen installiert, darunter Bürogebäude, Schulgelände, Militärstützpunkte, Wohnanlagen und ähnliche Bauwerke.

HLK-Anlagen (Heizung, Lüftung, Klimaanlage) dienen der Steuerung und Verteilung von Wärme in bestimmten Bereichen eines Gebäudes. ^{[ 46 ]} Wärmepumpen transportieren Wärme gezielt und können Technologien wie Solarthermie und Erdwärmepumpen umfassen. Weitere gängige Komponenten sind Rippenrohrwärmetauscher und Ventilatoren; diese Komponenten können jedoch Effizienzverlusten und Wärmeabgabe unterliegen. ^{[ 46 ]}

Die Lüftungsanlagen in HLK-Anlagen dienen primär der Entfernung von Partikeln aus der Luft durch erzwungene Luftzirkulation und tragen so zur Raumluftqualität und zum Komfort bei. ^{[ 47 ]}

• Aktivitätsbeziehungsdiagramm
• Gebäudeinformationsmodellierung
• Computergestütztes Wartungsmanagementsystem
• Instandhaltung der Immobilie
• 1:5:200 , eine Faustregel im Ingenieurwesen.
• Immobilienverwaltung

1. Ahmad Anas, S 2012, „Hybrid fiber-to-the-x and free space optics for high bandwidth access networks“, Photonic Network Communications, Bd. 23, Nr. 1, S. 33–39, doi : 10.1007/s11107-011-0333-z
2. Bingley, W. M. 1972, „Verantwortung für den Anlagenbetrieb“, Journal – American Water Works Association, Bd. 64, Nr. 3, S. 132–135, doi : 10.1002/j.1551-8833.1972.tb02647.x
3. Fritzmann, C., Löwenberg, J., Wintgens, T. und Melin, T., 2007. Stand der Technik der Umkehrosmose-Entsalzung. Desalination, 216(1–3), S. 1–76. ^{[ 1 ]}
4. 2010. Richtlinien für Telekommunikationseinrichtungen in New South Wales, einschließlich Breitband. [E-Book] New South Wales. Planungsministerium, Richtlinien für Telekommunikationseinrichtungen in New South Wales, einschließlich Breitband. Verfügbar unter: < https://www.planning.nsw.gov.au/-/media/Files/DPE/Guidelines/nsw-telecommunications-facilities-guideline-including-broadband-2010-07.pdf >
5. www-pub.iaea.org. 2007. Auslegungsmerkmale von Kernkraftwerken . [online] Verfügbar unter: <https://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/te_1544_web.pdf>
6. Henthorne, L. und Boysen, B., 2015. Stand der Technik der Vorbehandlung von Umkehrosmose-Entsalzungsanlagen. Desalination , 356, S. 129–139. Taylor, J. J. 1989, „Verbesserte und sicherere Kernenergie“. Science, Bd. 244, Nr. 4902, S. 318–325, doi : 10.1126/science.244.4902.318
7. Jouhara, H., & Yang, J (2018), „Energieeffiziente HLK-Systeme“, Energy and Buildings, Bd. 179, S. 83–85, doi : 10.1016/j.enbuild.2018.09.001
8. Spellman, FR 2013, Handbuch für den Betrieb von Wasser- und Abwasserbehandlungsanlagen, Dritte Auflage, 3. Auflage, CRC Press, Hoboken.
9. Tanji, H. (2008). Optische Faserverkabelungstechnologien für flexible Zugangsnetze. (Bericht). Optical Fiber Technology, Bd. 14, Nr. 3, S. 177–184, doi : 10.1016/j.yofte.2007.11.006