6 stoffflussanalysen mit stan (cencic) - win.steiermark.at filestoffflussanalysen mit stan, cencic 2...
TRANSCRIPT
Oliver CencicInstitut für Wassergüte,
Ressourcenmanagement und AbfallwirtschaftTechnische Universität Wien
STOFFFLUSSANALYSEN mit STAN
WIN Fachinformationstag:Aktuelle Neuerungen zur Sammlung und Behandlung von Abfällen3. Mai 2007, Graz
Ein geeignetes Instrument zur Optimierung der innerbetrieblichen Abläufe in der Produktion/Dienstleistung und in der Abfallwirtschaft ?!
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 2
Die Stoffflussanalyse
ÖWAV-Regelblatt 514
Klärschlamm
Systemgrenze “Bünztal, 1987”
Flüsse [t/a]Lager [t]
Σ Input = 340 Δ Lager ~1000 + 60 Σ Output = 280
Atmos-phäre
Wald-boden
Kultur-boden
Siedlungs-fläche
Fluss
ARA
Deponie
IndustrieKanali-sationHaushalt
0.59
1.6
0.57
150+0.53 240+0.98 30+0.17
0.44
0.25
0.06
0.6Wasser
0.14
0.67
600+60
>7Verbrauchsgüter
Autowracks
>330
0.15
0.88
0.46
0.27
>60
feste Abfälle5.6
>270
0.09
Filterstaubund Baustahl
Wasser2
Quelle: Brunner et al. 1994
Pb
ÖNORMS2096
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 3
Aufbau eines SFA-Systems (1)
Prozess 1Import 1 Fluss A
Prozess 2Export 2
Export 1 Import 2
Fluss B
Um
gebu
ng
Umgebung
Um
gebu
ng
Lager
Prozess
Systemgrenze (räumlich und zeitlich)
B
C
A
Was es nicht gibt:
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 4
Aufbau eines SFA-Systems (2)
Prozess 190 100
Prozess 260
70 50
80
100 + 10
Systemgrenze: „System XY, 2006“
Import 1
Import 2
Export 2
Export 1
Fluss A
Flüsse [t/a]
Lager [t]
Σ Import = 140 Σ Export = 130Σ Lager = 100 + 10
Fluss B
X…Lagerbestand zu Beginn der betrachteten PeriodedX…Lageränderung während der betrachteten Periode
Prozess
X + dX
Hinweis:
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 5
Gut vs. Stoff
Stoff 1
Stoff 2Restl. Stoffe
Güter
Stoffebene 1
Stoffebene 2
Güterebene
Ein Fluss trägt meistens den Namen des Gutes, das über ihn transportiert wird (z.B. Rohstoffe).
Der Zusammenhang zwischen Stoff- und Güterebene besteht über Stoffkonzentrationen.
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 6
Perioden
Periode 2
Periode 1
Periode 3
Die einzelnen Perioden sind über den Lagerstand und die Lageränderung von Prozessen verknüpft.
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 7
Arten von Gleichungen (1)
ProzessInput 1 Output 1
Input 2 Output 2Lager
Bilanz-Gleichung(Massenerhaltung):
Summe Inputs = Summe Outputs + Lageränderung
Prozess(kein Lager)Input 1
Output 1
Output 2
Transferkoeffizienten-Gleichung:
Output x = TKx * Summe Inputs
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 8
Arten von Gleichungen (2)
ProzessInput Output
Lager
Lager-Gleichung(Massenerhaltung):
Lager i+1 = Lager i + dLager ii…Periode
Konzentrations-Gleichung:
mStoff = mGut * cStoff
Gut
Stoff
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 9
C. F. Gauss (1777-1855)
( )∑=
−⋅−
=n
1i
2i xx
1n1s
Standardabweichung:
Normalverteilung
∑=
⋅=n
1iix
n1x
Mittelwert:
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 10
Normalverteilung (1)
DichtefunktionMW=100, STABW=20
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Werte
Dic
hte
95%
68%
1,96*σ
1*σ 1*σ
1,96*σ
μ
x
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 11
Ausgleichsrechnung (1)
Prozess(kein
Lager)
Import 1
200 ± 10 150 ± 10
Export 1
Import 2
100 ± 10 130 ± 10
Export 2
Summe Import ≠ Summe Export ! Summe Import = Summe Export !
Prozess(kein
Lager)
Import 1
195 ± 8,7 155 ± 8,7
Export 1
Import 2
95 ± 8,7 135 ± 8,7
Export 2
Bsp: Alle Flüsse haben gleiche Unsicherheit,1 Bilanzgleichung, 0 Unbekannte(= überbestimmtes Gleichungssystem Datenausgleich !)
Unsicherheiten werden verkleinert !
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 12
Ausgleichsrechnung (2)
Prozess(kein
Lager)
Import 1
200 ± 0 150 ± 10
Export 1
Import 2
100 ± 5 130 ± 10
Export 2
Prozess(kein
Lager)
Import 1
200 ± 0 158,9 ± 7,5
Export 1
Import 2
97,8 ± 4,7 138,9 ± 7,5
Export 2
Bsp: Flüsse haben unterschiedliche Unsicherheit,1 Bilanzgleichung, 0 Unbekannte(= überbestimmtes Gleichungssystem Datenausgleich !)
Summe Import ≠ Summe Export ! Summe Import = Summe Export !
Werte mit größerer Unsicherheitwerden stärker ausgeglichen !
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 13
Ausgleichsrechnung (3)
Prozess 1(kein
Lager)
Import 1100 ± 2 240 ± 5
Prozess 2(kein
Lager)50 ± 5
?
80 ± 8 20
Produkt Export 2
Export 1 Import 2
Rücklauf220 ? 210 ?
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 14
Ausgleichsrechnung (4)
Prozess 1(kein
Lager)
Import 1100,4 ± 1,9 240 ± 5
Prozess 2(kein
Lager)47,3 ± 4,3
?
73,1 ± 4,5 20
Produkt Export 2
Export 1 Import 2
Rücklauf
Ausgleichsrechnung
+ FehlerfortpflanzungBerechnung
212,7212,7 ± 6,6
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 15
C. F. Gauss (1777-1855)
Fehlerfortpflanzung
...sxXYsx
XYsy 2
2
2
,...x,x2
21
2
,...x,x1
2
2121
+⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
+⋅⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
≈
iii
21
sx,x mit eiltnormalvert X,...)X,X(fY =
Gauss´schesFehlerfortpflanzungsgesetz
(für unabhängige Zufallsvariablen !!!)
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 17
Eigenschaften (1)
Einfach durchführbare Modellierung und Simulation von Stoffflusssystemen
Dateneingabe unter Berücksichtigung von Einheit und Unsicherheit (Massenflüsse, Konzentrationen, Lagerbestände, Transferkoeffizienten)
Anonymisierung von Daten
Darstellung von Flüssen in Sankey-Form
Mögliche Betrachtung mehrerer Perioden und Ebenen (Gut, Stoffe, Energie)
Erstellung von Subsystemen
Stoffflussanalysen mit STAN, Cencic 18
Eigenschaften (2)
Ausgleichsrechnung
Berechnung unbekannter Größen
Fehlerfortpflanzung
Statistische Tests zum Auffinden von Datenfehlern
Datenimport und -export (z.B. über Microsoft Excel)
Erhältlich in Deutsch und Englisch
Freeware!!!