Energieeffizienz - Heft 04 by BDEW

UNTERRICHTSMATERIALIEN FÜR LEHRKRÄFTE

ENERGIE MACHT

SCHULE THEMA

Energieeffizienz

Vorwort

Sehr geehrte Lehrkräfte, Erziehung und Ausbildung junger Menschen sind zwei we sentliche Herausforderungen einer jeden Gesellschaft. Ein Großteil der in diesem Bereich erforderlichen Arbeit wird in der Schule geleistet. Um Lehrerinnen und Lehrer bei die ser wichtigen Aufgabe zu unterstützen, hat der Bundes verband der Energie- und Wasserwirtschaft die Reihe „Energie macht Schule“ erarbeitet. Mit diesen Materialien für die Sekundarstufe 1 und 2 möchte der BDEW einen Bei trag zur Unterrichtsvorbereitung leisten. Ziel unseres An gebots ist es, Verständnis für den Wert unserer Ressourcen zu schaffen und den bewussten Umgang mit Strom, Erdgas und Trinkwasser im Alltag zu üben. Das Thema Energieeffizienz des vorliegenden Heftes geht uns alle im wahrsten Sinne des Wortes an. Das Verbrau cherverhalten ist ein ganz entscheidender Faktor in der Energieumwandlungskette. Wie können wir Energie effizi ent nutzen? Wo können wir Energie sparen, d. h. unnötigen Verbrauch vermeiden? Wo können wir unsere persönlichen Verhaltensweisen ändern und technische Möglichkeiten einsetzen, um Energie möglichst effizient einzusetzen?

Um bereits bei Kindern und Jugendlichen das Verständnis zu wecken, damit sie als Verbraucher aktiv handeln, sind grundlegende Kenntnisse über energietechnische und energiewirtschaftliche Zusammenhänge erforderlich. Einen Schwerpunkt legt das Heft dabei auf den Bereich Haushalt. Aber auch die Möglichkeiten der effizienten Energienut zung in Industrie und Gewerbe und bei Fragen der Mobilität werden diskutiert. Wir hoffen, Ihnen und Ihren Schülern mit diesem und den anderen Heften dieser Reihe einen differenzierten Einblick in das komplexe Thema Energie geben zu können.

Stefan Kapferer Vorsitzender der Hauptgeschäftsführung BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V.

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Inhaltsverzeichnis

Materialien für den Unterricht finden Sie unter www.energie-machtschule.de

Energieeffizienz im Rahmen der Energiewende .......................... 6

1 Energieeffizienz und Energiesparen .

1.1 1.2 1.3 1.4

Energieeffizienz und Energieeinsparung in der Praxis .................................9 Motive zum Energiesparen ................................................................................................ 10 Wege zum Energiesparen ..................................................................................................... 11 Rahmensetzende Maßnahmen ....................................................................................... 14

2 Energiebewusstsein im Haushalt

2.1 Was brauchen wir wofür ....................................................................................................... 17 2.2 Raumwärme, Wohnungsbeheizung in Deutschland ...................................... 17 2.3 Warmwasserversorgung ......................................................................................................23 2.4 Geräte im Haushalt ...................................................................................................................24 2.5 Licht und Beleuchtung ...........................................................................................................27 2.6 Niedrigenergiehäuser ............................................................................................................29

3 Industrie sowie Gewerbe, Handel, Dienstleister

3.1 Energieverbrauch in Industrie und Gewerbe ......................................................33 3.2 Wärmerückgewinnung .........................................................................................................33 3.3 Verbesserte Gerätetechnik und Auslastung .........................................................34 3.4 Energie- und Ökobilanzen am Beispiel Elektro-Hausgeräte ....................35 3.5 Energieeffizienz in der Schule .........................................................................................37

4 Energie und Mobilität 4.1 4.2 4.3 4.4

Transport von Personen und Gütern .......................................................................... 41 Verkehrsmittel im Vergleich .............................................................................................42 Strategien zum Energiesparen im Verkehrswesen ..........................................44 Alternative Antriebe und Kraftstoffe .........................................................................45

Ausblick ............................................................................................................. 50 Impressum ........................................................................................................ 51

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Energieeffizienz im Rahmen der Energiewende Gewinnung im Inland 4.092 PJ

Import 11.768 PJ

Bestandsentnahme 56 PJ

Energieaufkommen im Inland 15.916 PJ

PrimĂ¤renergieverbrauch 13.293 PJ

Export und Bunkerung 2.623 PJ

Statistische Differenzen 14 PJ Nichtenergetischer Verbrauch 967 PJ

Endenergieverbrauch 8.877 PJ

Umwandlungsverluste 2.913 PJ Verbrauch in den Energiesektoren 521 PJ

Industrie 2.576 PJ

Verkehr 2.619 PJ

Haushalte 2.289 PJ Gewerbe, Handel, Dienstleistungen 1.393 PJ Energieflussbild 2015 fĂźr die Bundesrepublik Deutschland; in Petajoule (PJ) Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB)

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Der Begriff Energiewende bezeichnet die Umstellung der bisherigen Energieversorgung in eine Richtung, die stärker durch Nachhaltigkeit geprägt ist. In Deutschland begann die Diskussion über die konkrete Ausgestaltung der Energiewende schon während der ersten Ölpreiskrise im Jahr 1973. Die Energie träger sollten durch längerfristig verfügbare und umweltfreund lichere Energien ersetzt werden. Seit der Reaktorkatastrophe von Fukushima in Japan im März 2011 findet in Deutschland ein grundlegender Umbau der Energieversorgung statt. Die Energiewende ist für die nächsten Jahre und Jahrzehn te das wichtigste wirtschaftspolitische Projekt Deutsch lands. Die Bundesregierung verfolgt hierbei zwei Ziele: ↘↘ Ausstieg aus der Nutzung der Kernenergie bis Ende des Jahres 2022 ↘↘ Senkung der Emission von Treibhausgasen um 40 % bis zum Jahr 2020 und um 80 % bis 2050 (jeweils bezogen auf das Jahr 1990) Damit diese Energiewende gelingt, ist eine Vielzahl von Maßnahmen erforderlich, die auf zwei Schwerpunkte hi nauslaufen: ↘↘ Ausbau der Erneuerbaren Energien ↘↘ Steigerung der Energieeffizienz Die Zielvorstellungen reichen hierbei bis zum Jahr 2050. So sollen die Erneuerbaren Energien bis zum Jahr 2050 insge samt 60 % der Endenergie decken. Die Endenergie ist die Energie, die bei den Verbrauchern eingesetzt wird. Beim Stromverbrauch soll der Anteil der Erneuerbaren Energien sogar 80 % betragen. Der gesamte Verbrauch an Primär energie soll in Deutschland bis zum Jahr 2050 auf die Hälfte reduziert werden.

Wärmeerzeugung und Biomasse zur Bereitstellung von Kraftstoffen herangezogen werden. Eine entscheidende Grundlage, um weite Bereiche der Energieversorgung auf Erneuerbare Energien umstellen zu können, ist die Steigerung der Energieeffizienz. Denn Erneuerbare Energien lassen sich nur in Verbindung mit einer effizienten Nutzung und Erzeugung dieser Energien nachhaltig einsetzen. Energieeffizienz stellt eine „Energie quelle“ dar, die sich schnell und in weiten Bereichen kos tengünstig erschließen lässt. Beide Säulen – Erneuerbare Energien und Energieeffizienz – genießen eine große Unterstützung in Politik und Gesell schaft. Im Grundsatz existiert in Deutschland ein allgemei ner und parteienübergreifender Konsens für die Energie wende – auch die Bürger und Verbraucher stimmen diesem Konzept zu. Dennoch gibt es ein Ringen um den richtigen Weg. Denn die Energieversorgung soll in Zukunft nicht nur nachhaltig und umweltschonend, sondern auch zuverlässig und bezahlbar bleiben. WAS SIND DIE KONKRETEN HANDLUNGS FELDER DER ENERGIEWENDE?

ERNEUERBARE ENERGIEN UND ENERGIE EFFIZIENZ STELLEN SOMIT DIE BEIDEN SÄULEN DER ENERGIEWENDE DAR.

Erneuerbare Energien speisen sich aus Quellen, die im menschlichen Maßstab unerschöpflich sind. Bei ihrer Ver wendung werden erheblich weniger Treibhausgase frei gesetzt als etwa bei fossilen Energieträgern. In Deutsch land lassen sich im Wesentlichen Windkraft, Wasserkraft, Solarstrahlung und Biomasse zur Stromerzeugung nutzen. Umweltwärme, Geothermie und Biomasse können zur

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Rund die Hälfte der Endenergie wird benötigt, um Wärme bereitzustellen. Etwa 30 % dienen als Kraftstoff. Der Anteil der elektrischen Energie an der gesamten Endenergie liegt bei 20 %. Handlungsfelder für Energieeffizienz ↘↘ Wärme ↘↘ Mobilität ↘↘ Stromanwendung

Energieeffizienz und Energiesparen

Bevor man mit dem Stromsparen beginnt, sollte man sich eine Frage beantworten: Wie hoch ist mein Stromverbrauch im Vergleich zu anderen Haushalten?

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1.1 Energieeffizienz und Energieeinsparung in der Praxis Oft werden die Begriffe „Energieeffizienz“ und „Energie einsparung“ gleichbedeutend verwendet. Man setzt dabei Energieeffizienz mit Energieeinsparung gleich und um gekehrt. Im Folgenden soll der Unterschied verdeutlicht werden. Als private Verbraucher nutzen wir Energie in unterschiedlichen Bereichen: ↘↘ zur Raumheizung und Warmwasserbereitung ↘↘ zum Betrieb der Haushaltsgeräte wie Kühlschrank, Elektroherd, Spülmaschine ↘↘ zur Beleuchtung, Kommunikation und Information ↘↘ zum Antrieb des privaten Personenkraftwagens etc. Doch letztlich sind wir als Verbraucher nicht so sehr an der Energie interessiert. Wir benötigen vielmehr den Nutzen, der mit der Anwendung der Energie verknüpft ist: das hell erleuchtete und angenehm temperierte Wohnzimmer, die gekühlten und damit haltbar gemachten Lebensmittel, die Fortbewegung von Ort zu Ort usw. Der einzelne Nutzen lässt sich mit jeweils unterschiedlich hohem Energieeinsatz erreichen. Je nachdem, ob wir zum Beispiel Glühlampen, Energiesparlampen oder LED-Lampen einsetzen, wird der Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit unterschiedlich hoch sein. Auch die angenehm empfun dene Raumtemperatur wird mit unterschiedlich hohem Energieeinsatz erreicht, je nachdem ob und wie stark das Wohngebäude gedämmt ist.

Davon ist der Begriff Energieeinsparung abzugrenzen. Energiesparen beinhaltet die Reduzierung des Energie einsatzes, auch durch Maßnahmen, die auf einen Verzicht hinauslaufen. Wenn man das Auto öfter stehen lässt, dann spart man Energie in Form von Benzin. Dies ist jedoch kein Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz beim Pkw. Senkt man eine hohe Zimmertemperatur auf eine als aus reichend empfundene Temperatur, so führt dies zu einer Energieeinsparung. Erreicht man diese Temperatur jetzt mit einem Heizungssystem, das möglichst wenig Energie benötigt, dann ist dies ein Beitrag zur Erhöhung der Ener gieeffizienz bei der Raumwärme. Eine möglichst effiziente Bereitstellung von Nutzen schont Ressourcen und spart Kosten. Dabei bedeutet Energie effizienz nicht den Verzicht, also z. B. ein dunkles Zimmer, sondern vielmehr, dass der Energieeinsatz für das helle Zimmer verringert wird, indem LEDs statt Glühlampen ein gesetzt werden. Vor diesem Hintergrund sind im vorliegenden Heft Infor mationen zum Thema „Energieeinsparung und Energie effizienz“ zusammengestellt.

Energieeffizienz und Energieeinsparung Energieeffizienz: Energieeffizienz beschreibt das Verhältnis zwischen dem Energieaufwand für eine bestimmte Maßnahme und dem hierbei erzielten Nutzen. Eine Maßnahme ist umso effizienter, je geringer der Aufwand für den jeweiligen Nutzen ist.

Das Verhältnis zwischen dem Energieaufwand, also der ein gesetzten Energie, und dem so erzielten Nutzen bezeich net man als Energieeffizienz. Je geringer der Energieauf wand für einen bestimmten Nutzen ist, desto effizienter ist diese Maßnahme.

Energieeinsparung: Energieeinsparung bezeichnet Maßnahmen, die den gegenwärtigen Energieverbrauch zukünftig verringern. Energiebewusstsein:

A+++ A++

Die entscheidenden Komponenten sind Wissen, Einstellung und Verhaltensweisen. Energiebewusstsein setzt Wissen über grundsätzliche Fragen der Energieerzeugung und Energieanwendung voraus.

A+

Darauf aufbauend umfasst Energiebewusstsein

Energieeinsparung führen.

alle Einstellungen und Verhaltensweisen, die zur

C D E

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1.2 Motive zum Energiesparen Energiesparen und umweltbewusstes Handeln finden in weiten Teilen der Bevölkerung hohe Akzeptanz. Die Er kenntnis hat sich durchgesetzt, dass jede vom Menschen verursachte Energieumwandlung Auswirkungen auf die Umwelt hat. Energie sparen und mit Energie effizient um gehen ist Gegenstand einer breiten öffentlichen Diskussion geworden. Das Energiebewusstsein hat sich insgesamt verbessert. Die Motive hierfür lassen sich unterschiedlichen Bereichen zuordnen: Ökologische Motive, also Motive, die die Umwelt betreffen: ↘↘ Energieumwandlungen beeinflussen den Lebensraum von Flora und Fauna durch Abwärme, Schadstoffemis sionen, Emissionen klimarelevanter Gase sowie großflä chige Landschaftsveränderungen. ↘↘ Die Weltvorräte der Primärenergieträger Öl, Kohle, Gas und Uran sind endlich, so dass zu ihrer Gewinnung immer tiefere Eingriffe in die Natur notwendig werden. ↘↘ Durch Reduzierung des Energieverbrauchs werden mögliche Schäden in unserer Umwelt in ihrem Ausmaß begrenzt. Ökonomische Motive, also Motive, die die Wirtschaft betreffen: ↘↘ Energiekosten belasten die gesamte Volkswirtschaft, aber auch jeden einzelnen Verbraucher. ↘↘ In Deutschland besteht außer bei der Braunkohle und den Erneuerbaren Energien eine starke Importabhängig keit im Energiebereich. Störungen auf den Weltenergie märkten wirken sich stark auf die Volkswirtschaft aus.

↘↘ Die Entwicklung und Einführung neuer, energiesparen der Technologien erhöht die nationale wie internatio nale Konkurrenzfähigkeit. Ein Innovationsvorsprung ist eine Investition in die Zukunft. ↘↘ Verminderter Energiebedarf und effiziente Energienut zung wirken kostensenkend. Ethisch-theologische Motive, also Motive, die die Moral und die Religion betreffen: ↘↘ Rohstoffgewinnung und Energieumwandlung haben Einfluss auf belebte und unbelebte Umwelt. Nicht nur menschliches, sondern auch tierisches und pflanzliches Leben sowie die unbelebte Natur verdienen Wertschät zung, Achtung und Schutz. ↘↘ Im Sinne einer vorausschauenden Gefahrenabschätzung sind Eingriffe in den Haushalt der Natur möglichst spar sam und begrenzt vorzunehmen, selbst wenn unmittel bare Nachteile nicht voraussehbar sind. ↘↘ Energieeinsparung und effiziente Energienutzung ha ben im Blick auf die Ressourcenverfügbarkeit der nächs ten Generationen eine große Bedeutung. Diese Auflistung und Zuordnung der Motive stellt eine starke Vereinfachung der sehr komplexen Thematik dar. Die Verflechtung beispielsweise ökonomischer und öko logischer Motive wird durch folgenden Zusammenhang deutlich: Die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens wird im We sentlichen von Investitionskosten und Betriebskosten be stimmt. Die bei der Herstellung oder Anwendung der Pro dukte verursachten Folgekosten, die sich aus der Belastung der Umwelt ergeben, werden oft von der Allgemeinheit getragen. Würden jedoch die Umweltbelastungen in die Energie- und Produktpreise eingerechnet, so würde sich

Monatliche Ausgaben für Energie pro Haushalt in Euro 250 226

150

229

195

200

in Euro

155

167

Kraftstoffe (Pkw) Kochen Licht, Kühlen und Gefrieren, TV/Audio, Büro

100

Raumwärme und Warmwasser

1996

2000

2005

2010

2015

Quelle: BMWI, AGEB, BDEW

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die Wirtschaftlichkeit zu Gunsten umweltverträglicherer Herstellungsverfahren verschieben. Doch so einsichtig dieses Prinzip auch ist, so schwierig ist seine Umsetzung. Die Umweltbelastung lässt sich nur sehr schwer in verursachungsgerechten Kosten ausdrücken. Ein Weg, Energieeffizienz mit marktwirtschaftlichen Ele menten zu verknüpfen, ist der Handel mit so genannten Emissionszertifikaten, wie sie das Kyoto-Protokoll seit dem 1. Januar 2005 europaweit vorschreibt. Hier wird gefordert, dass jeder Verursacher von Treibhausgas-Emissionen für diese Verschmutzung über ein Zertifikat verfügen muss. Verbraucht ein Lizenznehmer bzw. Zertifikatinhaber nicht alle Zertifikate, so kann er diese an andere Wirtschaftsteil nehmer verkaufen, die einen Überschuss an Verschmut zung abdecken müssen. Die Emission von Treibhausgasen erhält somit einen Preis. Zusammenfassend lässt sich das Ziel aller Energieeinsparund Energieeffizienz-Maßnahmen wie folgt formulieren: Unnötiger Energieverbrauch ist zu vermeiden. Benötigte Energiedienstleistungen sind möglichst effizient, d. h. mit möglichst geringem Energieaufwand, umweltschonend und preiswert zu realisieren. Voraussetzung ist ein ent sprechendes Energiebewusstsein bei allen Verbraucher gruppen.

1.3 Wege zum Energiesparen Was bedeutet „Energie sparen“ konkret? Unsere persönli chen Verhaltensweisen und die Ausschöpfung der techni schen Möglichkeiten bestimmen in entscheidendem Maß den jeweiligen Energiebedarf. Jede Energienutzung orien tiert sich an den Bedürfnissen des Verbrauchers. Die Rolle der persönlichen Gebrauchs- und Konsumgewohnheiten zur Steuerung der energiesparenden Maßnahmen ein schließlich der damit verbundenen technischen Entwick lungen ist entscheidend. Verbraucherverhalten und Art und Weise der Verwendung der erworbenen Endenergie wirken auf die gesamte Energieumwandlungskette zurück. Welche Möglichkeiten des Energiesparens lassen sich im Einzelnen nennen?

VERMEIDEN UNNÖTIGEN VERBR AUCHS

Eine sofort einsichtige und zugleich sehr wirksame Metho de besteht darin, unnötigen Energieverbrauch zu vermei den. Unnötiger Verbrauch ergibt sich immer dann, wenn die Nutzenergie „ins Leere läuft“. Das bedeutet, dass keine zusätzliche Produktivität, Dienstleistung oder verbesserte Lebens- und Arbeitsbedingung geschaffen werden. Kon krete Beispiele sind eine zu hohe Raumtemperatur oder der Leerlauf von Maschinen und Anlagen. Hier hat es der Verbraucher vor allem selbst in der Hand, Einsparungen zu realisieren. Nachvollziehbare Informationen können zu Verhaltensänderungen beitragen. Verbrauchsanteile und Einsparpotenziale der verschie denen Anwendungsbereiche werden oft nicht richtig eingeschätzt. Die Vorstellungen darüber, was „unnötiger Verbrauch“ ist, gehen weit auseinander. Wer denkt schon daran, dass man mit der Energie einer Kilowattstunde z. B. in einer Vierzimmerwohnung viermal komplett Staub sau gen, mit dem gleichen Energiebetrag aber nur etwa zwei bis drei Minuten lang warm duschen kann? Bei der Beleuch tung und bei mechanischer Energie wird die Bedeutung des Energiesparens häufig überbewertet. Demgegenüber wird Wärme insbesondere im Niedertemperaturbereich in ihrer Bedeutung stark unterschätzt. So führt beispielsweise die Reduzierung der Raumtemperatur in der Heizperiode um ein Grad zu einem Minderverbrauch an Heizenergie von etwa 6 %. Selbst wenn man auf die gesamte Beleuchtung im Haushalt komplett verzichten würde, so ließe sich die gleiche Einsparung an Endenergie nicht erreichen. Auch technische Maßnahmen können unnötigen Ver brauch ohne Komfortverzicht reduzieren helfen. So spart beispielsweise eine automatische Nachtabsenkung der Raumtemperaturen Heizenergie, ohne dass die Heizkörper manuell gedrosselt werden müssten. Die Anzeige des ak tuellen Kraftstoffverbrauchs von Fahrzeugen ermöglicht, schlechte Fahrgewohnheiten, wie beispielsweise unnötig starkes Beschleunigen, zu erkennen etc. VERZICHT, EINSCHR ÄNKUNG ODER V ERSCHIEBUNG VON DIENSTLEISTUNGEN

Energie kann grundsätzlich gespart werden: ↘↘ durch Veränderung des Verbraucherverhaltens; ↘↘ durch effizientere Bereitstellung von Energiedienstleis tungen; ↘↘ durch effiziente Umwandlung von Energie, indem man die Verluste entlang der gesamten Energienutzungsket te verringert; ↘↘ durch Übergang auf Kreislaufprozesse.

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Einsparmöglichkeiten können auch darin bestehen, Energiedienstleistungen einzuschränken bzw. die Bedürf nisbefriedigung in andere Bereiche zu verschieben oder bewusst auf sie zu verzichten. Beispiele hierzu sind: ↘↘ weniger oder gar nicht mit dem Auto fahren; ↘↘ beim Heizen auf behagliche Temperaturen verzichten; ↘↘ beim Duschen die Wassertemperatur absenken;

↘↘ den Erwerb von Produkten einschränken, die mit ho hem Energieaufwand hergestellt wurden (z. B. Papier-, Kunststoff-, Glas- und Metallerzeugnisse). Will man jedoch die Lebensqualität nicht wesentlich her absetzen und eine Verschlechterung der Arbeitsbedingun gen nicht in Kauf nehmen, so muss man bestrebt sein, die benötigten Energiedienstleistungen möglichst effizient zu erreichen. Technische Verbesserungen und Weiterent wicklung sowie verhaltensabhängige Maßnahmen können den jeweiligen Aufwand an Endenergie reduzieren. Beispiele aus verschiedenen Verbrauchsbereichen: ↘↘ Wärmedämmung von Gebäuden, passive Nutzung der Sonnenenergie; ↘↘ Wärmerückgewinnung durch Wärmeaustauscher und Wärmepumpen in Gewerbe und Industrie; ↘↘ Verbesserung des Wirkungsgrades von Automotoren, Bildung von Fahrgemeinschaften, Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel; ↘↘ Einsatz Energie und Wasser sparender Haushaltsgeräte. Auch in der Veränderung von Verfahrenstechniken liegen erhebliche Einsparpotenziale.

Bei einem Elektroherd werden dabei etwa 30 % Strom ge spart. In der industriellen Fertigung lassen sich Schweißarbeiten, wo immer es möglich ist, durch weniger energieintensive Klebeverfahren ersetzen. VERRINGERUNG DER UMWANDLUNGS VERLUSTE

Bei der Suche nach Einsparpotenzialen muss die gesam te Energieumwandlungskette betrachtet werden, die der Energieversorgung zu Grunde liegt. Alle technischen Pro zesse der Energieumwandlung sind stets mit Verlusten behaftet. Umwandlung von Primärenergie in Endenergie (Erzeugerseite): Diese Umwandlung erfolgt in Anlagen der Energiewirtschaft. Dazu gehören Kraftwerke, Heiz kraftwerke, Heizwerke, Raffinerien, Kokereien, Hochspan nungsleitungen, Pipelines etc. Von Bedeutung sind dabei die energetischen Umwandlungsverluste, der Eigenbedarf der Energieumwandlungsanlagen sowie Verluste bei Trans port und Verteilung.

So stellt etwa im Haushalt das Garen unter Druck im „Schnellkochtopf“ eine energiesparende Verfahrenstech nik dar: Der hermetisch abgeschlossene Topf ermöglicht ein schnelleres Garen bei Temperaturen bis 120 °C. Im Durchschnitt verringert sich die Garzeit um die Hälfte.

Kraft-Wärme-Kopplung: schematische Darstellung Wasser-DampfKreislauf

Stromabgabe ins Netz Turbine

Generator Abwärme

Heizkondensator

Fernwärme-Versorgung

Rücklauf

Brennstoff

Heizung, Klimatisierung und Warmwasserversorgung im Haus

Parallele Erzeugung von Strom und Fernwärme in einem Heizkraftwerk unter optimaler Nutzung der eingesetzten Primärenergie. Quelle: Mainova

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Umwandlung von Endenergie in Nutzenergie (Anwender- bzw. Verbraucherseite): Diese Energieum wandlung erfolgt in den Geräten und Anlagen der Verbrau cher, beispielsweise im Elektro-, Benzin- oder Gasmotor, in Heizungsanlagen, Beleuchtungseinrichtungen etc. Maßnahmen der Energieeinsparung und insbesondere der effiziente Energieeinsatz auf der Anwenderseite führen dazu, dass dementsprechend weniger Energie auf der Er zeugerseite bereitgestellt werden muss. Ein anschauliches Beispiel für die Verringerung von Verlus ten bei der Umwandlung von Primärenergie in Endenergie (also auf der Erzeugerseite) ist die Wirkungsgradverbes serung bei Dampfkraftwerken. Um eine Kilowattstunde elektrische Energie in das öffentliche Stromnetz abzuge ben, wurde 2015 ein durchschnittlicher Brennstoffeinsatz benötigt, der dem Energiegehalt von etwa 310 g Steinkohle entspricht. Im Jahr 1950 betrug dieser Wert noch gut das Doppelte. Dieser technische Erfolg ist umso beachtli cher, wenn man zusätzlich berücksichtigt, dass die in den achtziger Jahren installierten Rauchgasreinigungsanlagen für Kohlekraftwerke einen erheblichen Mehraufwand an Energie für den Eigenbedarf dieser Kraftwerke erfordern. Eine sehr effektvolle Möglichkeit zur Steigerung des Wir kungsgrades von Wärmekraftwerken besteht darin, Gasund Dampfturbinenanlagen miteinander zu kombinieren. Diese GuD-Anlagen (Gas- und Dampf-Kombikraftwerke) tragen zu einer wesentlich verbesserten Brennstoffaus nutzung bei.

Eine sehr hohe Ausnutzung der eingesetzten Primärenergie lässt sich bei Anlagen erreichen, die im Wege der KraftWärme-Kopplung (KWK) arbeiten. Hierbei erzeugen Heiz kraftwerke sowohl elektrische Energie als auch Nutzwär me. Voraussetzung ist jedoch, dass die produzierte Wärme möglichst ganzjährig sinnvoll verwendet werden kann. Das trifft vor allem für Wärmeanwendungen in der Industrie und für die Beheizung großer öffentlicher Einrichtungen wie Krankenhäuser und Hallenbäder zu. Beispiel: Eine KWK-Anlage produziert aus 114 Einheiten Primärenergie 60 Einheiten Wärme und 40 Einheiten Strom. Insgesamt sind dies 100 Einheiten Nutzenergie (Strom + Wärme) und 14 Einheiten Energieverluste. Bei getrennter Er zeugung von Strom (im Kraftwerk) und Wärme (im Heizkes sel) müsste man etwa 185 Einheiten Primärenergie einset zen, um ebenfalls 100 Einheiten Nutzenergie zu gewinnen. Das bedeutet bei der Kraft-Wärme-Kopplung in diesem Beispiel eine Einsparung an Primärenergie gegenüber der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme von 38 %. AUFBAU VON KREISLÄUFEN

Der Verbrauch an Energie wie Strom, Heizöl oder Gas im privaten Haushalt stellt den unmittelbaren, den direkten Energieverbrauch dar. Wir nutzen im Haushalt eine Vielzahl von Geräten, Anlagen und Produkten, für deren Herstellung Energie bereitgestellt werden musste. Auf dem Weg von der Rohstoffgewinnung bis zum Einsatz beim Verbraucher verlangt jedes dieser Produkte eine Reihe von mehr oder

Energieeinsparung durch Kraft-Wärme-Kopplung Getrennte Erzeugung: Energieeinsatz 185

Heizkessel 71 Verluste 85

Kraft-Wärme-Kopplung: Energieeinsatz 114

Wärme 60

Verluste 14

Strom 40 KWK 114

Kraftwerk 114 Um 60 Einheiten Wärme und 40 Einheiten Strom zu erzeugen, benötigt man in der KWK 114 Einheiten Primärenergie und bei getrennten Verfahren 185 Einheiten Primärenergie.

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weniger energieintensiven Arbeitsprozessen. Diese „ku mulierte Energie“ wird auch als „versteckte Energie“ oder manchmal auch als „graue Energie“ bezeichnet. Sie schließt beispielsweise den Energieeinsatz ein: ↘↘ für die Rohstoffgewinnung und den Transport der Roh stoffe sowie der späteren Halbfabrikate; ↘↘ für alle Produktionsprozesse; ↘↘ für Lagerung, Verteilung und Verkauf der Produkte; ↘↘ für die Verpackung; ↘↘ für die Wartung, den Service u. a. Der Energiebedarf für ein Produkt setzt sich fort: ↘↘ für die Entsorgung unbrauchbar gewordener Produkte; ↘↘ für die Abfallbeseitigung; ↘↘ für das Recycling. Auch die Hersteller der Produkte können dazu beitragen, „versteckte Energie“ zu sparen. Von den gesamten Ver packungsabfällen sollen 65 Masseprozent verwertet und 45 Masseprozent stofflich verwertet werden. Die Wieder verwertung unbrauchbar gewordener Güter und auch des im Haushalt anfallenden Abfalls bedeutet dann eine Rück führung „versteckter Energie“ in den Produktionszyklus, wenn zur Stofftrennung und Aufbereitung weniger Ener gie (letztlich Primärenergie) benötigt wird als beim Einsatz neuer Rohstoffe. So beträgt beispielsweise der kumulierte Primärenergie verbrauch bei der Herstellung von Aluminiumblöcken aus rückgeführtem Aluminiumschrott nur etwa 5 % der Ener gie, die bei der Herstellung des Rohaluminiums aus Bauxit erforderlich wäre. Außer der Rückführung von Werkstoffen (stoffliches Recycling) kann auch eine Rückführung der aus Abfall gewonnenen Energie (Energie-Recycling) erfolgen. Das geschieht z. B. in Müllverbrennungs- oder Deponiegas anlagen, die Strom und/oder Wärme erzeugen.

Eine insgesamt günstigere Energiebilanz kann auch da durch erreicht werden, dass man bei bestimmten Energie dienstleistungen die Primärenergiebasis verändert. Die Nutzung Erneuerbarer Energien spart nicht Energie als solche. Sie kann jedoch den Einsatz fossiler Energieträger vermindern helfen und damit deren die Umwelt belastende Verbrennung. So lassen sich beispielsweise bei der Bereit stellung von Warmwasser über Sonnenkollektoren fossile Primärenergieträger (Kohle, Erdgas, Erdöl) einsparen. Weitere Beispiele sind: ↘↘ Anwendung der Elektro- oder Gas-Wärmepumpe für die Raumheizung anstelle einer Ölheizung ↘↘ Infrarot-Trocknung bei der Autolackierung anstelle der klassischen Umluft-Trocknung ↘↘ Elektroantriebe bei Automobilen anstelle von Dieseloder Ottomotoren Bei allen diesen Beispielen wird der erforderliche Ener gieverbrauch gesenkt und auf diese Weise die Umwelt entlastet.

1.4 Rahmensetzende Maßnahmen Energieeffizienz und Energieeinsparung muss bei den ein zelnen Verbrauchergruppen ansetzen: im privaten Haus halt, im Industrie- und Gewerbebetrieb, im Verkehrssektor etc. Sie erfolgt im Rahmen einer Vielzahl rechtlicher Vorga ben und ökonomischer Randbedingungen. Grundlage hierfür sind Richtlinien der Europäischen Union (EU), insbesondere die „EU-Richtlinie über die Gesamt energieeffizienz von Gebäuden“ und die „EU-Richtlinie über Endenergieeffizienz“. Beide Richtlinien beinhalten detaillierte Vorgaben zur Steigerung der Energieeffizienz sowie Standards, die von den einzelnen Mitgliedsstaaten in das nationale Recht umgesetzt werden.

Wertstoffkreislauf

Die Energiestrategie der EU ist auf drei langfristige Ziele ausgerichtet. Die EU strebt an, ↘↘ den Klimawandel zu bekämpfen, ↘↘ die als Folge der hohen Importabhängigkeit bei fossilen Brennstoffen entstehenden Risiken zu dämpfen, ↘↘ mit einer wettbewerbsfähigen Energieversorgung Wachstum und Beschäftigung zu fördern.

Produktion

Entsorgung

ÄNDERUNG DER ENERGIEBASIS

Betrieb

Die Bundesregierung bewertet Energieeffizienz und Ener giesparen als den „Schlüssel für eine ökonomisch erfolg

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reiche Energiewende“. Ziel der Bundesregierung ist es, den Primärenergieverbrauch bis zum Jahr 2020 gegenüber 2008 um 20 % zu senken und bis 2050 zu halbieren. Vor diesem Hintergrund hat die Bundesregierung am 3. Okto ber 2014 den „Nationalen Aktionsplan Energieeffizienz“ (NAPE) verabschiedet. Dieser Aktionsplan beinhaltet eine umfassende Strategie zur Steigerung der Energieeffizienz mit einer Vielzahl von Einzelmaßnahmen. Im NAPE gibt es drei Eckpfeiler: ↘↘ die Energieeffizienz im Gebäudebereich voranbringen, ↘↘ die Energieeffizienz als Rendite- und Geschäftsmodell etablieren und ↘↘ die Eigenverantwortlichkeit für Energieeffizienz erhöhen. Ein wichtiges Handlungsfeld ist die Energieeffizienz im Ge bäudebereich. In diesem Bereich werden knapp 40 % der gesamten Endenergie in Deutschland benötigt. Zentrale Eckpunkte der Energieeffizienzsteigerung in die sem Bereich sind beispielsweise: ↘↘ Ausbau der Vor-Ort-Beratung bei der energetischen Sa nierung von Gebäuden und Begleitung der Sanierungs maßnahmen ↘↘ Finanzielle Förderung von Sanierungsmaßnahmen an Gebäuden und von Maßnahmen zum Einsatz von Wärme aus Erneuerbaren Energien ↘↘ Heizungschecks, um Schwachstellen bei alten und in effizienten Heizungsanlagen zu erkennen. Die Förderung von Geschäftsmodellen wie z. B. das EnergieContracting eröffnet neue Impulse für Effizienztechnolo gien und Energiedienstleistungen.

Energie-Contracting

Ein weiteres Vorhaben im NAPE bezieht sich auf eine der wichtigsten Querschnittstechnologien im industriellen Sektor: die Abwärmenutzung. Hier unterstützt der Staat entsprechende Nutzungskonzepte einschließlich der Maßnahmen zur Verbesserung bestehender Anlagen in Betrieben. Die Stärkung der Eigenverantwortlichkeit für Energieef fizienz bei privaten und gewerblichen Verbrauchern setzt voraus, dass Haushalte und Unternehmen ihren eigenen Energieverbrauch exakt einschätzen und das vorhandene Effizienzpotenzial auch quantitativ bewerten können. Oft ist nicht bekannt, wie viel Energie im Einzelnen verbraucht wird. Man weiß dann auch nicht, wie Energie effizient ge nutzt werden kann und wie sich Energiekosten senken lassen. Entsprechende Maßnahmen im Rahmen des Natio nalen Aktionsplans Energieeffizienz sind: ↘↘ Aussagekräftige Gestaltung der Kennzeichnung der Energieverbräuche bei allen Geräte, die unter die LabelRichtlinie der Europäischen Union fallen. Dies sind z. B. die Haushaltsgroßgeräte, deren jeweilige Energieeffizi enzklasse auf dem Energie-Label ersichtlich ist. ↘↘ Einführung eines Energieeffizienz-Labels für Heizungsaltanlagen. Ziel der Maßnahme ist die Motivation der Gebäudeeigentümer, ineffiziente Heizungsanlagen durch neue auszutauschen. ↘↘ Flächendeckende Einrichtung von EnergieeffizienzNetzwerken, in denen Industrieunternehmen, Gewer bebetriebe, aber auch Kommunen (also Städte und Ge meinden) in einem moderierten Erfahrungsaustausch Maßnahmen zur Effizienzsteigerung kennenlernen und umsetzen. ↘↘ Förderung von Energieeffizienz-Managern für Unter nehmen, Betriebe und öffentliche Institutionen sowie auf überbetrieblicher Ebene.

Unter „Energie-Contracting“ versteht man die vertragliche Übertragung der Bereitstellung von Nutzenergie an einen Energiedienstleister. Der Grundgedanke des Contractings ist, dass spezialisierte Anbieter energetische Verbesserungen und den Technologieeinsatz besser, kompetenter und auch kostengünstiger planen und realisieren können als der einzelne Betriebsinhaber oder Hauseigentümer. Mit Contracting-Vorhaben können jedoch Risiken aufgrund der langen Vertragszeit, der getätigten Investitionen oder der Gewährleistung verbunden sein. Hier sieht der „Nationale Aktionsplan Energieeffizienz“ Maßnahmen zur Förderung von Contracting-Lösungen vor.

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Energiebewusstsein im Haushalt

Gut ein Viertel des Energieverbrauchs entfällt auf Haushalte. Insbesondere Haushaltsgroßgeräte wie Waschmaschine, Wäschetrockner und Kühlgerät sind in den letzten Jahren deutlich sparsamer geworden.

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2.1 Was brauchen wir wofür Jedes Jahr benötigen in Deutschland alle Verbrauchergrup pen einen Gesamtbetrag an Endenergie von rund 8.900 PJ (Petajoule, 1 PJ = 1015 J).

Endenergieverbrauch in Deutschland 2015

29 % Industrie

15,7 %

Gewerbe, Handel, Dienstleistungen

25,8 % Haushalte

29,5 % Verkehr

Private Verbraucher nutzen im Haushalt etwa 26 % der ge samten Endenergie. Hinzu kommt noch der Anteil des Ver kehrssektors, den wir beim Autofahren für private Zwecke benötigen. So sind wir unmittelbar für mehr als 40 % der insgesamt in Deutschland eingesetzten Endenergie ver antwortlich. Es lohnt sich daher für jeden Einzelnen, dem Energiesparen und der Steigerung der Energieeffizienz gro ße Aufmerksamkeit zu schenken. Am wirksamsten lässt sich dort Energie einsparen, wo der Verbrauch am größten ist. Dies ist bei der Raumwärme, der Wohnungsbeheizung, der Fall.

Energieverbrauch der Haushalte 2015

Beleuchtung

3,6 %

Kommunikation (IKT)

11,8 %

Haushalts geräte, Sonstiges

68,6 %

Raumwärme

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14,4 %

Warmwasser

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB)

Die Wärme, die wir zum Heizen benötigen, hängt von den örtlichen Witterungsverhältnissen, der Bauweise des Hau ses, der Lage der Wohnung im Haus, der Art des Raum heizungssystems und nicht zuletzt vom Benutzerverhalten und von den Gebrauchsgewohnheiten der Hausbewohner ab. Im Wohnungsbestand dominieren in Deutschland Erd gasund Heizöl-Zentralheizungen. Dahinter folgen Fern wärmeheizung und Elektrospeicherheizung. Beheizungsstruktur des Wohnungsbestandes 2016* Insgesamt 41,5 Mio. Wohnungen Gas 49,4 % Heizöl 26,3 % Fernwärme 13,7 % Strom 2,7 % Elektro-Wärmepumpen 1,8 % Sonstiges 6,1 %

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB)

1,7 %

2.2 Raumwärme, Wohnungsbeheizung in Deutschland

Beheizungsstruktur in neu errichteten Wohnungen 2016* Gas 44,4 % Fernwärme 23,8 % Wärmepumpen 23,4 % Heizöl 0,7 % Strom 0,9 % Holz/Pellets 5,3 % Kohle, sonstige Biomasse u. Ä. 1,5 % * Quelle: BDEW

Zunehmend werden Wärmepumpen für die Raumwärme eingesetzt. Bei Neubauten sind heute über 20 % aller Ge bäude mit Wärmepumpen-Heizsystemen ausgestattet. Durch den Einsatz von Wärmepumpen wird eine wesent liche Reduzierung der CO2-Emission erreicht – beispiels weise in einem modernen Einfamilienhaus jährlich bis etwa 2 t CO2. Gegenüber einem Ölkessel ist mit Wärmepumpen heutiger Bauart eine CO2-Minderung bis zu 50 % möglich. BANDBREITEN TECHNOLOGISCHER LÖSUNGEN

Speziell im Wärmemarkt kann auf ein breites Technolo gie- und Energieträgerportfolio zurückgegriffen werden. Der Wärmemarkt stellt schon heute eine außergewöhnlich große Bandbreite an technisch ausgereiften Lösungen zur Verfügung, die von der Geräteindustrie, dem Handwerk und der Energiewirtschaft beim Endkunden angeboten und eingesetzt werden können. Zugleich liegt schon jetzt eine große Vielzahl innovativer Optionen vor. Für Heizungen kommen viele Varianten in Frage, die für die Energiewende konsequent weiterentwickelt werden. Diese Technologien

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Wärmeverluste eines Einfamilienhauses

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1 Fe br

Verbrauch Heizenergie

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2 3 4

0 %

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1 Transmission Dach 2 Lüftung 3 Transmission Fenster

dienen der reinen Wärmeerzeugung, arbeiten nach dem Ef fizienzprinzip der gekoppelten Strom- und Wärmeerzeu gung (KWK) und sichern die bedarfsgerechte Nutzung von Erneuerbaren Energien. Möglichkeiten der Einsparung von Heizenergie betreffen zunächst einmal technische und bauphysikalische Maß nahmen. Heizanlagen können die im Heizkessel freige setzte Wärme nicht vollständig als Raumwärme nutzbar machen. So geht ein Teil mit den Abgasen und über die Kesselwand verloren, ein weiterer Teil über die Leitungen. Mit modernen Kesselanlagen gelangen 80 bis 90 % der chemischen Energie des Brennstoffs als Nutzwärme in die Wohnräume, im Vergleich dazu liegen ältere Heizungen bei 60 bis 70 %.

4 T ransmission Außenwand 5 Transmission Keller

Beleuchtung, Wäschetrockner, Kühlgeräte und natürlich auch die anwesenden Personen.

Wärmeverluste In jedem Gebäude treten Transmissionsverluste und Lüftungsverluste auf. Transmissionswärmeverluste Diese Wärmeverluste entstehen als Folge der Wärmeleitfähigkeit der Bauteile eines Hauses. Die Höhe der Transmissionsverluste ist abhängig von der Fläche, dem Wärme-Durchgangskoeffizienten (U-Wert) und der Temperaturdifferenz zu beiden Seiten eines Bauteils. Eine gute Wärmedämmung kann die

WÄRMEVERLUSTE

Transmissionsverluste verringern, aber nicht verhindern.

Die Wärmeenergie aus dem Inneren eines Gebäudes wird über seine Außenflächen an die Umgebung abgegeben. Wie viel Wärme in einem bestimmten Zeitraum auf diese Weise „verloren“ geht, hängt von der Temperaturdifferenz zur Umgebung ab und von der Beschaffenheit der Außen flächen. Um die gewünschte und als angenehm empfun dene Raumtemperatur aufrechtzuerhalten, muss dieser Wärmeverlust mit Hilfe der Heizungsanlage ständig aus geglichen werden.

Lüftungswärmeverluste Lüftungsverluste entstehen als Folge des für die Bewohner eines Gebäudes notwendigen Luftaustauschs mit der Umwelt. Die beim Lüften ausgetauschte Innenluft führt Wärme mit sich. Die nachströmende Außenluft kühlt das Gebäude ab. Da die Luftqualität erhalten werden muss, lassen sich diese Verluste nicht vermeiden. Mit einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung lassen sich diese Verlus-

Einen nicht zu vernachlässigenden Beitrag zur Entlastung der Heizanlage liefert die Sonneneinstrahlung über die Fenster. Kleinere „Zuschüsse“ stammen von sonstigen „Wärmequellen“ im Inneren des Gebäudes. Dies sind z. B.

te jedoch stark reduzieren.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Der Wärmedurchgang durch die Außenflächen führt zu Transmissionswärmeverlusten. Die Versorgung der Be wohner mit frischer Atemluft hat Lüftungswärmeverluste zur Folge. Da ein Gebäude nicht nur Außenwände besitzt, nehmen auch die Zwischenwände und -decken rege am Wärmetransport teil. Sie speichern Wärme und geben sie wieder ab, je nach dem Unterschied der Temperaturen in den angrenzenden Räumen. HAUSTYPEN UND WÄRMEBILANZ

Was sollte beachtet werden, wenn man eine insgesamt günstige Wärmebilanz des Hauses wünscht? Die Wärme wird nur über die Oberfläche der Gebäudehülle abgege ben, während sich die Raumwärme im gesamten Volumen des Gebäudes befindet. Verluste lassen sich minimieren, wenn eine möglichst kleine Oberfläche des Gebäudes im Verhältnis zu seinem Volumen gewählt wird. Das erfüllt am besten die geometrische Grundform einer Kugel. Da aber kleinere und größere Iglus als Bauform der Zukunft unter bautechnischen und wirtschaftlichen Ge sichtspunkten nicht zu erwarten sind, käme als nächst günstige geometrische Grundform der Würfel in Betracht. Geht man von einer Grundfläche von 100 m2 (10 m × 10 m) aus, so könnten bei einer Höhe von insgesamt 10 m drei Wohnetagen untergebracht werden. Setzt man nun meh rere solcher „Wohnwürfel“ zu Kettenhäusern zusammen, verringern sich die Außenflächen, über die eine Wärmeab gabe an die Umgebung erfolgen kann: für ein Endhaus um ein Sechstel, für die Einzelhäuser in der Mitte je um ein Drit tel. Natürlich stellt das Beispiel eine starke Vereinfachung dar und kann nur zur Veranschaulichung dienen.

Für jede Art zu wohnen – ob im Einfamilienhaus, Doppel haus, Reihenhaus – gibt es bautechnische Lösungen, die zur Minimierung des Heizenergiebedarfs beitragen und dabei die Wohnbehaglichkeit steigern und Bauschäden vermeiden helfen. Alle diese Maßnahmen fasst man unter dem Begriff „Wärmeschutz“ zusammen. Ein günstiges AußenflächenVolumen-Verhältnis (A/V-Verhältnis) ist dabei ein wichti ger Gesichtspunkt. GUT GEDÄMMT IST HALB GEHEIZT

Die Außenhülle eines Gebäudes umfasst die Außenwände, die Kellerdecke, die Dachkonstruktion und die Fensterflä chen. Maßnahmen der Wärmedämmung vermindern die Wärmeübertragung zwischen dem Inneren eines Gebäudes und der Umgebung. Sie reduzieren die Transmissionsver luste. Für die Wärmedämmung der Außenwände, der Kellerdecke und des Daches setzt man Dämmstoffe ein. Sie besitzen viele mit Luft oder Gas gefüllte Poren, die entweder in sich abgeschlossen sind oder untereinander in Verbindung ste hen, sowie eine insgesamt geringe Dichte. Der Anteil der Luft- oder Gas-Poren kann bei hochwirksamen Dämm stoffen bis zu 98 % des Gesamtvolumens ausmachen. Gase sind schlechte Wärmeleiter, sie übertragen Wärme fast nur durch ihre eigene Zirkulation (Konvektionsströme). Die Po renstruktur schließt diese Strömung aus oder behindert sie stark.

Orientierungswerte: Dämmung der Außenbauteile Gute Wärmedämmung

U-Werte in W/m2 K *

Sehr gute Wärmedämmung

U-Werte in W/m2 K

Außenwand

14 – 20 cm

0,24

24 – 35 cm

0,14

Fenster

Zweifach-Wärmeschutzverglasung

1,30

Dreifach-Wärmeschutzverglasung

0,80

Dach

14 – 20 cm

0,24

28 – 36 cm

0,12

Oberste Geschossdecke

0,24 cm

0,24

28 – 36 cm

0,12

Keller

10 – 14 cm

0,30

15 – 20 cm

0,18

* Anforderung gem. EnEV 2014/2016 für Bestandsgebäude

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Neben der Reduzierung der Wärmeverluste eines Gebäudes sollen Dämmstoffe auch für ein hygienisches Raumklima sorgen und den Bau vor klimabedingten Feuchteschäden schützen. Zunehmend sollen Wärmedämmstoffe auch ökologischen Kriterien genügen. So wird eine Vielfalt an Dämmstoffen auf dem Markt angeboten. Wieder neu entdeckt und technisch weiter entwickelt wur den in den letzten Jahren Dämmstoffe aus nachwachsen den Rohstoffen. Unter dem Gesichtspunkt des Recycling ist Zellulose als wenig bekannter Dämmstoff zu nennen. Der Rohstoff für Zellulose-Dämmstoffe ist Altpapier, das aus Tageszeitungen stammt. Das Altpapier wird zu Flo cken verarbeitet und mit Zusatzstoffen imprägniert und vor Schädlingsbefall geschützt. Die Zellulose-Flocken werden von Fachfirmen mit speziellen Maschinen in Hohlräume eingeblasen.

Funktionsprinzip der Wärmeschutzverglasung

Außen

Innen Fensterglas Edelmetallbeschichtung Luft oder Edelgas

Zimmerwärme

Wärmeverluste

reflektierte Zimmerwärme Sonnenstrahlung im Raum

Sonneneinstrahlung

Wärme durch aufgeheiztes Gas

Reflexion

FENSTER

Kaum ein Bauteil eines Gebäudes muss so viele Aufgaben gleichzeitig erfüllen wie das Fenster: Es bringt Tageslicht in die Räume, dient der Lüftung, schützt gegen Wind, Regen und Lärm und muss darüber hinaus eine vernünftige Wär medämmung gewährleisten. Transmissionswärmeverluste treten auf über die Verglasungen, die Rahmen und die Fu gen zwischen Fensterrahmen und Mauerwerk.

Spartipps: Raumwärme

↘↘ Raumtemperatur der Nutzung anpassen: Wohnzimmer 20 – 22 °C Schlafzimmer 15 – 18 °C Kinderzimmer 20 °C

Fensterglas wird als Einfachverglasung nur noch in Son derfällen eingesetzt, da die gesetzlichen Anforderungen an den Wärmeschutz heute mindestens Doppelverglasungen erforderlich machen. In den letzten 10 bis 15 Jahren wurden Fenster insofern verbessert, als ihre wärmetechnischen Ei genschaften optimiert wurden und gleichzeitig eine hohe Sonnenenergie- und Lichtdurchlässigkeit erhalten blieb. Denn Fenster können, wenn sie in unseren Breiten nach Sü den ausgerichtet sind, auch einen Teil der Sonnenenergie „einfangen“.

Bad

23 °C

Küche

18 – 20 °C

Flure

15 °C

↘↘ Heizkörper nicht abdecken oder zustellen – dadurch wird die Wärmeabgabe an die Raumluft erheblich behindert und es kann zu einem verstärkten Wärmeverlust über die Fenster kommen.

↘↘ Rollläden am Abend schließen, dies verringert die Wärmeabgabe nach außen.

↘↘ Die Türen von beheizten Räumen geschlossen Mehrfachverglasungen, mit einem hermetisch abgeschlos senen und mit trockener Luft oder Spezialgasen gefüllten Zwischenraum, erreichen heute Wärmedämmeigenschaf ten mit einem Wärmedurchgangskoeffizienten der Vergla sung (Ug) von unter 0,8 W/(m2 K). Im Vergleich dazu haben Einfachverglasungen einen Ug- Wert von 5,8 W/(m2 K). Hier gilt: Je kleiner der Ug-Wert, desto besser der Wärmeschutz.

halten.

↘↘ Thermostatventile nicht verdecken, damit sie die Raumtemperatur erfassen können.

↘↘ Heizungen regelmäßig entlüften. Höchste Zeit ist es, wenn die Heizung „gluckert“ oder die Wärmeverteilung am Heizkörper sehr ungleichmäßig ist.

↘↘ Heizungsanlage regelmäßig warten lassen.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

WÄRMEPUMPEN NUTZEN UMGEBUNGSWÄRME

BRENNWERTGER ÄTE

Eine Kältemaschine oder Wärmepumpe führt einen Ar beitsstoff (ein Kältemittel) in einem Kreisprozess mit einer Kompressionspumpe und einem Drosselventil. Dadurch steht der zirkulierende Arbeitsstoff auf dem Weg von der Pumpe zum Ventil unter erhöhtem Druck, kondensiert und gibt Wärme ab. Auf dem Weg vom Ventil zurück zur Pumpe ergibt sich ein verminderter Druck, der Arbeitsstoff ver dampft und entzieht der Umgebung Wärme. Sowohl für den Wärmeentzug als auch für die Wärmeabgabe an das Heizsystem wird jeweils eine möglichst große Oberfläche gewählt, z. B. durch schlangen- und mäanderförmige An ordnung der Leitungen der Wärmetauscher.

Brennwertgeräte gehören zu den hoch effizienten Hei zungsanlagen und nutzen zusätzlich die bei der Verbren nung entstehende Abgaswärme. Die Brennwerttechnik profitiert dabei von einem einfachen physikalischen Prin zip. Bei der Verbrennung entsteht mit den Abgasen Was serdampf, der Wärme bindet. Werden die Abgase bis unter ihren Taupunkt abgekühlt, kondensiert der Wasserdampf und setzt zusätzliche Energie frei. Die Nutzung der Kon densationswärme des Wasserdampfs im Abgas verbessert den feuerungstechnischen Wirkungsgrad. Brennwertgeräte haben so einen etwa 15 % höheren Wirkungsgrad als Nie dertemperaturkessel.

Die einzig benötigte Energiezufuhr ist die mechanische Arbeit der Kompressionspumpe. Bei Wärmepumpen wird stets weit mehr Nutzwärme abgegeben, als an Antriebsar beit erforderlich ist. So wird im Vergleich zur Antriebsarbeit die drei- bis vierfache Energiemenge aus der Umgebung nutzbar gemacht.

DIE STROMERZEUGENDE HEIZUNG

Wärmepumpen für Heizzwecke benutzen als Wärmequelle die Umgebungsluft oder die im Boden und im Grundwasser gespeicherte Wärme und geben diese in der Regel an ein Wasserheizsystem ab. Als Antrieb wird zumeist ein Elek tromotor eingesetzt, bei höheren Leistungen kommen auch Verbrennungsmotoren, die mit Erdgas oder Diesel betrieben werden, in Frage.

Eine stromerzeugende Heizung erzeugt gleichzeitig Strom und Wärme – meist aus Erdgas (oder Bio-Erdgas). Für die Anwendung in Ein- oder Zweifamilienhäusern werden meist Mikro-BHKW (BHKW = Blockheizkraftwerk) mit einer elektrischen Leistung von etwa 1 bis 3 kW oder Mini-BHKW mit elektrischen Leistungen von etwa 3 bis 20 kW einge setzt. Neben klassischen Verbrennungsmotoren kommen auch Brennstoffzellen zum Einsatz.

Wärmepumpen nutzen Umgebungswärme

elektrischer Antrieb

Sole

+10 °C

Kälte mittel: z. B. –2 °C / 2,6 bar

Kompressor

Kälte mittel: z. B. +85 °C / 11 bar

Heizungswasser +55 °C

20 % 80 % Energiefluss 100 % Leistungszahl=

+5 °C

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Verdampfer

0,20 + 0,80 = 5,0 0,20

Expansionsventil

Verflüssiger

+48 °C

OHNE LÜFTUNG GEHT ES NICHT

Für ein gesundes Wohnklima ist hygienisch einwandfreie Raumluft eine Grundvoraussetzung. Dabei spielt die rich tige Lüftung eine sehr wichtige Rolle. „Verbrauchte“ Luft, also Luft, die mit Kohlendioxid, Küchengerüchen usw. an gereichert ist, sollte spätestens innerhalb von zwei Stunden durch Außenluft ersetzt sein. Pro Person muss innerhalb einer Stunde eine Mindest menge von 25 m3 Außenluft zugeführt werden. Zu hoher Feuchtigkeitsgehalt der Luft (durch Duschen, Baden, Ko chen, Zimmerpflanzen u. a.) erschwert die normale Wasser verdunstung über die Haut, und der Mensch fühlt sich nicht wohl. Außerdem können sich an ungenügend erwärmten Wand- und Deckenflächen Schimmel- und Schwärzepil ze bilden und sich Mikroorganismen wie Hausstaubmilben verstärkt vermehren. Zu trockene Luft verursacht über die Staubaufwirbelung eine Reizung der Atemwege. Auch die verwendeten Ma terialien für die Wände und die Inneneinrichtung können Schadstoffe emittieren, deren Konzentration sich bei un zureichender Lüftung erhöht. In einer Wohnung von etwa 100 m2 wird für die Lüftung ein Frischluftvolumen von rund 200 m3 pro Stunde benötigt. Allein zur Erwärmung dieser Luft müssen pro Jahr 3.000 bis 4.000 kWh Heizenergie ein gesetzt werden.

mung der Außenwände, der Fenster und Außentüren ein schließlich deren Fugendichtigkeit ist, umso gezielter und konsequenter muss gelüftet werden. Ohne mechanische Lüftungssysteme sollten die Fenster etwa alle zwei Stun den für ca. fünf Minuten weit geöffnet werden (bei länge ren Zeitabständen ist entsprechend länger zu lüften). Das ist energiesparender, als beispielsweise die Fenster ständig einen Spalt (Kippstellung) geöffnet zu halten. Während des Lüftens sollten die Heizkörperventile geschlossen sein. Durch eine Dauerkippstellung ist der Luftaustausch in der Regel höher als erforderlich. Gelangt darüber hinaus die hereinströmende Kaltluft zum Heizkörperthermostat, re gistriert er eine zu niedrige Raumtemperatur, das Ventil öffnet, und der Heizkörper bringt während der gesamten Lüftungsdauer seine volle Leistung. Dabei wird zum großen

Spartipps: Lüften

↘↘ Kurz und kräftig lüften, dabei Fenster weit öffnen und Heizkörperthermostate schließen.

↘↘ Nicht Dauerlüften durch gekipptes Fenster. Etwa alle zwei Stunden für ca. fünf Minuten Stoßlüften.

↘↘ Alte Fenster gut abdichten. ↘↘ Energiesparender ist der Einbau neuer dichtschließender Fenster in Verbindung mit einer Wohnungslüftungsanlage mit Wärmerückge winnung.

Wird ungünstig gelüftet, steigen die Lüftungswärmever luste und damit die Heizkosten. Je besser die Wärmedäm

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Kreuzstrom-Plattenwärmetauscher warme Abluft kalte Außenluft

vorgewärmte Zuluft entwärmte Fortluft

2.3 Warmwasserversorgung

DER BEDARF

Neben der Raumheizung wird im privaten Haushalt (ohne privaten PKW) die meiste Energie für die Warmwasser bereitung benötigt. Jede Person verbraucht durchschnitt lich 30 bis 50 l warmes Wasser am Tag. Mehr als die Hälf te davon entfallen auf Baden und Duschen. Ein weiteres Viertel wird in der Küche und zur Wohnungsreinigung ein gesetzt, das restliche Wasser fällt auf den Verbrauch im Waschbecken.

Spartipps: Warmes Wasser

↘↘ Duschen statt baden spart Energie und Wasser.

Teil „zum Fenster hinaus“ geheizt. Auch das Einstellen einer niedrigeren Stufe am Thermostat reduziert die Heizleistung nicht, solange die hereinströmende Luft kälter ist, als es der eingestellten Temperatur entspricht.

Temperatur Wasser- 37 °C verbrauch in l

Stromverbrauch in kWh

Vollbad

120 – 150

4 – 5

Dusche

30 – 50

1 – 1,7

↘↘ Wasser muss nicht immer fließen. Beim Einseifen unter der Dusche oder beim Zähneputzen kann beispielsweise der Wasserhahn geschlossen

Das beschriebene Lüften über die Fenster, aber auch der durch Winddruck und Temperaturdifferenz verursach te Luftaustausch durch Fugen und Undichtigkeiten wird insgesamt als freie Lüftung bezeichnet. Hier ist es kaum möglich, die Außenluftzuführung genau auf den Bedarf abzustimmen.

bleiben.

↘↘ Die Temperatur von Warmwasserspeichern nicht höher als erforderlich einstellen, denn die Wärmeverluste steigen mit dem Temperaturunterschied zur Umgebungsluft an.

↘↘ Bei längerer Abwesenheit (Urlaub) Warmwasserspeicher abschalten.

Mechanische Lüftungssysteme bieten gegenüber der frei en Lüftung eine Reihe von Möglichkeiten, die erforderliche Raumluftqualität bei relativ geringen Heizenergieverlusten zu gewährleisten. Am effektivsten arbeiten dabei Anlagen, die die Wärme der Abluft zur Vorwärmung der zugeführten Außenluft „zurückgewinnen“: Lüftung mit Wärmerückge winnung. Dazu werden Wärmetauscher eingesetzt, die eine Vermischung von Zu- und Abluft ausschließen und Filter zur Begrenzung von Luftschadstoffen enthalten. Durch zusätzlichen Einsatz einer Luft/Luft-Wärmepumpe, die die Abluft weiter abkühlt und die Frischluft bis auf die gewünschte Raumlufttemperatur erwärmt, lässt sich der Lüftungswärmeverlust fast vollständig ausgleichen.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

↘↘ Wenn möglich Zwei-Griff-Armaturen durch Einhebelmischer ersetzen, denn hiermit lässt sich die Wassertemperatur schneller regulieren. Das spart Wasser und Energie.

SYSTEME IM VERGLEICH

Systeme wie Durchlauferhitzer oder Elektro-Kleinspeicher können verbrauchsnah installiert werden und reduzieren Verteilungsverluste durch zu lange Zuleitungen. Warm wasserzirkulationssysteme, die bei langen Leitungswegen stets für eine gleich hohe Temperatur an der Entnahme stelle und damit im gesamten Leitungssystem sorgen, er höhen den Endenergiebedarf stark. Unabhängig vom Sys tem kann jeder Einzelne unnötigen Warmwasserverbrauch vermeiden, wenn er sich an den Spartipps orientiert.

2.4 Geräte im Haushalt GROSSE VIELFALT AN ELEKTRO-GER ÄTEN

Der jährliche Stromverbrauch im Haushalt hängt von der Geräteausstattung und den Verbrauchsgewohnheiten ab. Im Allgemeinen nimmt er mit der Personenzahl im Haushalt zu. Ein Single-Haushalt verbraucht im Jahr durchschnitt lich etwa 2.000 kWh. Der 2-Personen-Haushalt kommt auf etwa 3.400 kWh und eine dreiköpfige Familie auf etwa 4.000 kWh. Durchschnittlicher Jahres-Stromverbrauch nach Haushaltsgröße: Personen Jahres-Stromverbrauch im Haushalt [kWh/a] 1 2.050 2 3.440 3 4.050 4 4.750 5 5.370

In der Darstellung links unten wird ersichtlich, wofür die Haushalte in Deutschland insgesamt elektrische Energie benötigen. An zweiter Stelle stehen die Kühl- und Gefriergeräte. Sie befinden sich in jedem Haushalt und sind rund um die Uhr in Betrieb. Vor diesem Hintergrund lohnt sich der Blick auf den Energieverbrauch ↘↘ beim Kauf der Geräte und ↘↘ beim Betrieb der Geräte. RÜCKGANG DES SPEZIFISCHEN ENERGIE VERBR AUCHS

Der Energieverbrauch von Elektro-Hausgeräten ist in den letzten Jahren stark zurückgegangen. Eine Waschma schine nach heutigem Stand der Technik benötigt etwa 40 % weniger Strom als ein vergleichbares Modell von 1990. Hinzu kommt eine Wasserersparnis von etwa 70 %.

Rund ein Viertel des Stromverbrauchs wird für Kommuni kation und Information benötigt, also für TV, Audio, DVDPlayer, PC, Monitor, Drucker, Spielkonsole etc. Der Strom verbrauch in diesem Anwendungssektor ist im Haushalt wesentlich höher als der für die Beleuchtung. Geräteviel falt, Ausstattungsgrad sowie insbesondere die Leistungs fähigkeit der Informations- und Kommunikationsein richtungen im Haushalt haben erheblich zugenommen. Vergleichsweise niedrig ist dagegen der Stromverbrauch für die Beleuchtung.

Ein modernes Kühlgerät der höchsten Energieeffizienzklasse A+++ verbraucht gegenüber den Geräten aus dem Jahr 2000 rund 70 % weniger Strom. Eine ähnliche Reduktion des Energieverbrauchs durch technischen Fortschritt kann bei allen weiteren Großge räten festgestellt werden. Würden z. B. alle mindestens zehn Jahre alten Kühl- und Gefriergeräte gegen moderne, höchst effiziente Geräte ausgetauscht, so ließen sich hier durch jährlich etwa 8 Mrd. kWh Strom einsparen.

Wie viel Strom wofür?

Alte Kühlgeräte rechtzeitig austauschen

3-Personen-Haushalt ohne elektrische Warmwasserbereitung

Jahres-Stromverbrauch (kWh) Beispiel einer Kühl-Gefrierkombination

13 %

Waschen und Trocknen

27 %

Informationstechnik, TV, Audio

600

– 80 %

500

– 70 %

400

7 % Spülen

300

9 % Licht 17 %

16 %

Sonstiges

Quelle: BDEW, Energieagentur.NRW, HEA

200

Kühl- und Gefriergeräte

100

11 %

Kochen

2000 1990 Altgeräte: Baujahr

A+ A++ A+++ Aktuelle Geräte: Energielabelklasse

Quelle: HAUSGERÄTE+

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

ENTSCHEIDUNGSHILFEN BEIM KAUF

Welche Informationsmöglichkeiten stehen dem privaten Verbraucher beim Kauf zur Verfügung, um sich über ener giesparende Geräte und rationelle Energieanwendung zu informieren? Wichtige Informationsquellen sind: ↘↘ Einzelhändler, Fachhändler; ↘↘ Beratungsstellen der Versorgungsunternehmen, der Verbraucherverbände; ↘↘ Fachzeitschriften und deren Internet-Seiten; ↘↘ Gebrauchsanleitungen/Geräteinformationen; ↘↘ EU-Energielabel. Seit 1998 müssen in Deutschland verschiedene Haushalts geräte mit dem Energielabel gekennzeichnet werden. Das bedeutet, dass alle Geräte, die unter diese Kennzeich nungspflicht fallen, mit einem entsprechenden Etikett zu versehen sind, wenn sie im Handel ausgestellt werden. Dies gilt auch für den Online-Handel.

Energielabel für Waschmaschinen

Hersteller, Modellbezeichnung Energieeffizienzklasse

XYZ

durchschnittlicher Stromverbrauch bei 200 Waschvorgängen/Jahr

Lautstärke beim Waschen und Schleudern

X,Z XZ

Schleuderwirkungsklasse

Auf dem Energielabel lassen sich der Energieverbrauch und z. T. wesentliche Geräteeigenschaften ablesen. Die Einord nung der Geräte in Energieeffizienzklassen erleichtert die Orientierung: Aufgrund des technischen Fortschritts wur den die ursprünglichen Klassen A bis G nach oben um bis zu drei Klassen erweitert, die sogenannten Plus-Klassen A+, A++ und A+++. Zusätzlich erfolgt eine farbliche Kenn zeichnung: dunkelgrün für die beste Klasse bis rot für die schlechteste Klasse. Das Energielabel gibt es zurzeit für 16 Gerätegruppen von Backöfen, Geschirrspülmaschinen über Kühl- und Gefriergeräte, Lampen, Raumklimageräte bis zu Heizungen und Warmwasserbereitern. Meist sind sieben Energieeffizienzklassen auf dem Energie label abgebildet. Doch bei Haushaltsgeräten dürfen viele Klassen nicht mehr neu in den Handel gebracht werden, da sie die Mindestanforderungen der europäischen Öko design-Verordnungen nicht erfüllen. Bei Kühl- und Gefrier geräten, Waschmaschinen und Geschirrspülern sind bei spielsweise nur noch die drei besten Klassen A+++, A++ und A+ erlaubt. 2017 hat die Europäische Union eine Reform des Energie labels beschlossen: In den nächsten Jahren sollen alle Ener gielabel auf eine einheitliche Skala von A bis G umgestellt werden. Das grundsätzliche Erscheinungsbild mit farbigen Balken von grün = niedriger bis rot = hoher Verbrauch bleibt erhalten. GER ÄTE SINNVOLL EINSETZEN

Die Anschaffung eines Geräts mit möglichst geringem Energieverbrauch und langer Nutzungsdauer ist eine Vo raussetzung, um die eingesetzte elektrische Energie mög lichst effizient zu nutzen. Doch genauso wichtig ist der richtige Umgang mit den Geräten. Oft müssen hier einge fahrene Gebrauchsgewohnheiten überdacht und überwun den werden. Hierzu im Folgenden einige Beispiele für die Anwendungs bereiche: ↘↘ Kochen und Backen; ↘↘ Waschen und Trocknen; ↘↘ Kühlen und Gefrieren; ↘↘ Stand-by-Betrieb.

Maximale Füllmenge Jährlicher Wasserverbrauch bei 200 Waschvorgängen/Jahr

Quelle: www.die-stromsparinitiative.de

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

KOCHEN UND BACKEN

Durchschnittlicher Jahres-Stromverbrauch Elektroherd: Personen Jahres-Stromverbrauch im Haushalt [kWh/a] 1 ca. 180 2 ca. 220 3 ca. 390 4 ca. 480 Häufig wird zum Kochen zu viel Wasser verwendet. So reicht beispielsweise für vier Portionen Kartoffeln eine Wassermenge von nur einer Tasse Wasser. Bei gut schlie ßendem Deckel müssen die Kartoffeln nicht mit Wasser bedeckt sein, der heiße Wasserdampf „kocht“ mit. Es lohnt sich, die Nachwärme von Kochstellen zum Garen mit zu nutzen, bei Kartoffeln beispielsweise fünf bis zehn Minuten. Deshalb sollte die Kochstelle rechtzeitig abge schaltet werden.

wäsche sind 30 °C bzw. 40 °C ausreichend. Auf die Vorwä sche kann in der Regel verzichtet werden. Das Fassungsvermögen der Wäschetrommel sollte mög lichst ausgenutzt werden, damit so wenig wie möglich an Energie verbraucht wird. Moderne Geräte können sich mit ihrer Mengenautomatik an geringere Wäschemengen an passen. Dennoch erreicht man den geringsten Stromver brauch pro Einheit (kg Wäsche) im jeweiligen Programm immer erst bei voller Beladung.

Spartipps: Waschen und Trocknen

↘↘ Fassungsvermögen der Waschtrommel – je nach Wäscheart und Programm – ausnutzen: Je empfindlicher die Textilien, desto geringer die Füllmenge.

↘↘ Vorwäsche nur bei stark verschmutzter Wäsche wählen.

Spartipps: Kochen und Backen

↘↘ Sparprogramme nutzen. Normal verschmutzte Kochwäsche wird auch bei 40 bis 60 °C sauber; für Buntwäsche sind 30 °C bzw. 40 °C ausreichend.

↘↘ Kochen funktioniert auch mit wenig Wasser. Vier

↘↘ Je besser die Wäsche in der Waschmaschine ge-

Portionen Kartoffeln werden mit nur einer Tasse

schleudert wurde (mindestens 1.000 Umdrehun-

Wasser gar.

gen pro Minute), desto schneller und günstiger ist

↘↘ Nach dem Ankochen rechtzeitig auf Fortkochen zurückschalten.

↘↘ Nachwärme nutzen, beispielsweise beim Garen von Kartoffeln fünf bis zehn Minuten vor Ende der Gardauer ausschalten.

↘↘ „Topfgucker“ vergeuden Energie. ↘↘ Backofentür nicht unnötig beim Braten und

das maschinelle Trocknen.

↘↘ Wenn der Trockner mit Textilien gefüllt wird, die sich in Material, Größe und Dicke ähneln, dann wird weniger Energie benötigt.

↘↘ Den Luftfilter nach jedem Trocknungsvorgang reinigen.

Backen öffnen, da sonst die Wärmeenergie entweicht.

KÜHLEN UND GEFRIEREN

WASCHEN UND TROCKNEN

Durchschnittlicher Jahres-Stromverbrauch Waschmaschine: Personen Jahres-Stromverbrauch im Haushalt [kWh/a] 1 ca. 70 2 ca. 145 3 ca. 200 4 ca. 250 Wäsche und Bekleidungsstücke werden heute viel häufiger gewechselt als früher, in der Regel sind sie auch weniger verschmutzt. So werden normal verschmutzte Handtücher oder Bettwäsche auch bei 40 bis 60 °C sauber. Für Bunt-

Durchschnittlicher Jahres-Stromverbrauch Kühlen und Gefrieren: Personen Jahres-Stromverbrauch im Haushalt [kWh/a] 1 ca. 395 2 ca. 550 3 ca. 600 4 ca. 675 Der Energiebedarf eines Kühlschranks ist umso größer, je höher der Temperaturunterschied zwischen Kühlraum und Umgebung ist und je schlechter die Wärme entzogen und nach außen abgeführt werden kann. Daher sollte er nicht unmittelbar neben dem Herd oder der Heizung stehen oder direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein. Lüftungs gitter sollten staubfrei sein und nicht durch Gegenstände

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Vergleich Stromverbrauch pro Jahr und Betriebskosten über 15 Jahre

Energieeffizienzklasse Beispiel Tischkühlschrank (ohne Gefrierfach), 155 l Nutzinhalt Stromverbrauch pro Jahr Betriebskosten für 15 Jahre (bei 0,27 Euro/kWh)

A+

A++

A+++

120 kWh

90 kWh

60 kWh

490 €

360 €

240 €

– 25 %

– 50 %

200 kWh

130 kWh

Beispiel Kühl-Gefrierkombination, Standgerät, 290 l Nutzinhalt (davon 90 l Gefrierteil) Stromverbrauch pro Jahr Betriebskosten für 15 Jahre (bei 0,27 Euro/kWh)

260 kWh 1.050 €

810 €

530 €

– 25 %

– 50 %

Quelle: HAUSGERÄTE+

abgedeckt werden. Das Vermeiden von unnötigem und zu langem Öffnen der Kühlschranktür versteht sich von selbst. STAND-BY

Manche Elektrogeräte verbrauchen Energie auch, wenn sie nicht direkt in Betrieb sind. Mögliche Leerlaufzustände sind Ready, Stand-by, Sleep und Schein-Aus. Die europäische Ökodesign-Verordnung schreibt vor, dass die Leistungs

Spartipps: Stand-by

↘↘ Alle Bürogeräte wie PC, Scanner, Laserdrucker

aufnahmen neuer Geräte seit Januar 2010 im Bereitschafts zustand (Ready bzw. Stand-by) 2 W und im Schein-AusZustand 1 W sowie seit Januar 2013 1 W bzw. 0,5 W nicht überschreiten dürfen.

2.5 Licht und Beleuchtung Bezogen auf den Stromverbrauch im Haushalt hat die Be leuchtung etwa einen Anteil von 8 %. Das entspricht etwa 10 Mrd. kWh/a. Am Licht sparen auf Kosten des Wohlbe findens und der Sicherheit ist nicht angebracht. Dennoch lässt sich mit relativ einfachen Maßnahmen auch bei der Beleuchtung Energie sparen.

sollten an eine schaltbare Steckerleiste angeschlossen werden. So kann man mit einem

LAMPEN

Knopfdruck alle Geräte von der Stromzufuhr trennen.

↘↘ PC-Monitore bei längeren Pausen am Gerät ausschalten.

↘↘ Für Faxgeräte empfiehlt sich ein „Powersafer“, der das Gerät völlig ausschaltet. Beim Faxsignal bzw. Telefonanruf schaltet sich das Gerät wieder ein. Unbedingte Voraussetzung ist, dass das Faxgerät eine Batterie enthält, die dafür sorgt, dass

Als Lichtquelle dient seit über 100 Jahren die Glühlam pe. Umgangssprachlich wird sie wegen ihrer Form auch „Glühbirne“ genannt. Die Lichttechnik kennt jedoch kei ne „Birnen“. Als Lampe bezeichnet man das eigentliche Leuchtmittel, welches das Licht erzeugt. Die Leuchte, in der sich die Lampe befindet, stellt den gesamten Beleuch tungskörper dar, der das Licht lenkt und verteilt und die Lampe schützt.

die gespeicherten Daten erhalten bleiben.

↘↘ Ladegerät des Telefons nach dem Ladevorgang vom Netz trennen.

↘↘ Beim Kauf von Fernsehern, Stereoanlagen usw. darauf achten, dass die Geräte vollständig ausgeschaltet, das heißt vom Netz getrennt werden können.

↘↘ Können Elektrogeräte nicht vollständig vom Netz getrennt werden, sollte eine schaltbare Steckdosenleiste genutzt werden.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Bei der klassischen Glühlampe wird ein elektrischer Leiter, ein Wolframdraht, durch elektrischen Strom aufgeheizt und dadurch zum Leuchten angeregt. Glühlampen wandeln etwa 5 % der eingesetzten elektrischen Energie in Licht. Der weitaus überwiegende Teil wird als Wärme abgegeben. Seit dem 1. September 2009 werden ineffiziente Beleuch tungstechnologien schrittweise vom Markt genommen. Grundlage ist die europäische Ökodesign-Verordnung, die Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Lampen vorschreibt.

Die Verordnung beinhaltet kein Verbot bestimmter Lam pen. Vielmehr setzt sie Anforderungen an die Effizienz der einzelnen Lampenarten und legt stufenweise Fristen fest, ab denen der Verkauf der als ineffizient eingestuften Lam pen nicht mehr erfolgen darf. Bereits mit der ersten Stufe standen ab dem 1. September 2009 alle matten Glühlampen sowie jegliche Glühlampen mit einer Leistung von mehr als 75 W nicht mehr zum Verkauf. Seit dem Jahr 2016 sind nur noch effiziente Lampen (min destens Energieeffizienzklasse B) zu kaufen. Ausnahmen: Restbestände dürfen vom Handel unbegrenzt abverkauft werden und Lampen für Spezialanwendungen (z. B. Innen beleuchtung von Kühlschränken oder von Backöfen) sind von der Verordnung ausgenommen. Seit September 2013 sind Lampen mit einem EU-Label für Beleuchtung gekennzeichnet. Es umfasst die sieben Ener gieeffizienzklassen A++, A+, A, B bis E. Das Label enthält weiterhin eine Angabe zum Stromverbrauch pro 1.000 Be triebsstunden. Geht man von einer täglichen Betriebszeit von drei Stunden aus, so entspricht diese Angabe in etwa dem Jahresstromverbrauch.

LED-Lampen sind nahezu überall einsetzbar. Sie revoluti onieren die Beleuchtungstechnik. Energiesparlampen benötigen etwa 80 % weniger Strom als Glühlampen. LED-Lampen sind genauso energieeffizi ent, sie haben jedoch eine Lebensdauer von bis zu 25.000 Stunden, z.T. auch mehr. Hochvolt-Halogenlampen, die mit der Haushaltsspannung von 230 V betrieben werden, verbrauchen bis zu 30 % we niger Strom als eine klassische Glühlampe – bei gleicher Helligkeit. Halogenlampen mit gerichtetem Licht dürfen seit September 2016 nicht mehr neu in den Handel gebracht werden, diejenigen mit ungerichtetem Licht sind noch bis September 2018 erlaubt.

Unterschiedliche Lampentechnologien, gleiche Helligkeit Stromverbrauch 100 % – 25 %

Alternativen zur Glühlampe

– 80 %

↘↘ Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen), sie beruhen auf dem Prinzip der Gasent ladung;

↘↘ LED-Lampen, Licht emittierende Dioden, bei denen elektrische Energie mit Hilfe der Halbleitertechnik direkt in Licht umgewandelt wird.

Glühlampe

EnergieHalogensparlampe lampe

LEDLampe

Quelle: dena – Deutsche Energie-Agentur

Energiesparlampen sind Leuchtstofflampen, bei denen die Leuchtröhre kompakt „gefaltet“ und platzsparend in einem Glaskolben untergebracht wird. In der Leuchtröh re findet eine Gasentladung statt, die zur Freisetzung von Licht führt. Energiesparlampen haben den gleichen Sockel wie die klassische Haushaltsglühlampe. Sie benötigen ein Vorschaltgerät, das in das Gehäuse eingebaut ist. LED bedeutet „Light Emitting Diode“, also Licht emit tierende Diode (Leuchtdiode). LED-Lampen sind Elekt roluminenzstrahler auf der Basis von bestimmten Halb leiterdioden. Hierbei wird elektrische Energie direkt in Lichtenergie umgewandelt. LED-Lampen sind ein Leucht mittel mit zunehmender Bedeutung. Noch vor wenigen Jahren waren LED-Lämpchen nur als Anzeigenbeleuchtung in einer Vielzahl technischer Geräten im Einsatz. Heute kommen LED-Lampen in den unterschiedlichsten Berei chen zur Anwendung – bis hin zur Straßenbeleuchtung.

Lebensdauer in Stunden

25.000

10.000

1.000 Glühlampe

2.000 HalogenEnergielampe sparlampe

LEDLampe

Quelle: HEA

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Halogenlampen sind speziell gebaute Glühlampen, bei de nen der Glühfaden eine extrem hohe Temperatur erreicht. Der Glaskolben wird hierbei mit einem Halogengas wie Chlor, Iod oder Brom gefüllt. Dadurch werden die Atome des Wolfram-Glühfadens, die bei diesen hohen Tempe raturen verdampfen, gebunden und wieder der Glühwen del zugefügt. Deswegen haben Halogenlampen mit rund 2.000 Stunden eine doppelt so hohe Lebensdauer wie Glühlampen. ENTSORGUNG

Die Rücknahme und das Recycling von Lampen sind im Rahmen des Elektro- und Elektronikgesetzes (ElektroG) geregelt. Einige Produkte für die Beleuchtung müssen ge trennt erfasst und wiederverwertet werden. Dies sind: ↘↘ Leuchtstofflampen und Entladungslampen, ↘↘ LED-Lampen, ↘↘ Technische Leuchten, die etwa in der Produktion, in der Straßenbeleuchtung oder auch in Büroräumen einge setzt werden. Die folgenden Produkte für die Beleuchtung können zum Haus- und Sperrmüll gegeben werden: ↘↘ Glühlampen, ↘↘ Halogenlampen. Glühlampen und Halogenlampen bestehen aus Metall und Glas. Sie enthalten keine Inhaltsstoffe, die bei einer Depo nierung umweltbelastend sind.

2.6 Niedrigenergiehäuser Gebäude in Deutschland haben einen Energieverbrauch, der bei etwa 40 % der gesamten Endenergie liegt. Hierbei setzt sich der Gebäudebestand in Deutschland wie folgt zusammen: ↘↘ 15 Mio. Ein- und Zweifamilienhäuser. ↘↘ 3 Mio. Mehrfamilienhäuser. ↘↘ 1,8 Mio. Nichtwohngebäude. Der Bau eines Energie sparenden Gebäudes ist auf lange Sicht gesehen kostengünstig, denn etwa 75 bis 80 % seines Energieverbrauchs benötigt ein Haushalt für das Heizen. Der Energiebedarf eines Gebäudes wird in Kilowattstun de pro Quadratmeter und Jahr [kWh/(m²·a)] angegeben. 10 Kilowattstunden entsprechen in etwa einem Heizölbe darf von 1 Liter bzw. einem Gasbedarf von 1 Kubikmeter ENEV UND EEWÄRMEG

Die Energieeinsparverordnung (EnEV – Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiespa rende Anlagentechnik bei Gebäuden) legt die energe tischen Standards für Neubauten und für Bestands bauten bei Sanierungen fest. Sie stellt das gesetzliche Regelwerk für die Energieeffizienz in Gebäuden. Die erste Energieeinsparverordnung trat bereits im Jahr 2002 in Kraft. Gemäß dieser Verordnung wurde der Ener giebedarf damaliger Neubauten erheblich abgesenkt. Eine weitere Reduzierung ergibt sich aus den folgenden Novel lierungen der Verordnung. Zurzeit ist die Energieeinspar verordnung 2014/2016 gültig. Sukzessiv werden auf die se Weise die Anforderungen an die Energieeffizienz von Wohn- und Nichtwohngebäuden erhöht. Ein weiteres Gesetz, das Erneuerbare-Energien-Wärmege setz (EEWärmeG) fordert, dass bis zum Jahr 2020 insgesamt 14 % der Wärme zum Heizen und zur Warmwasserbereitung aus Umweltwärme, Biomasse, Sonnenergie u. Ä. stammen muss. So ist z. B. seit dem 1. Januar 2009 vorgegeben, dass bei allen Neubauten und größeren Modernisierungen ein bestimmter Anteil der benötigten Wärme mit Hilfe von Wärmepumpen, Pellet-Heizungen oder Solarkollektoren erzeugt wird. Insgesamt betrachtet sind alle Maßnahmen von besonderer Bedeutung, die auf günstige Marktbedingungen für eine beschleunigte Einführung energieeffizienter Geräte, Anla gen und Verhaltensweisen zielen. Hierzu zählen z. B. Schaf fung von Markttransparenz, Qualifizierung aller Marktbe teiligten sowie Information und Beratung der Verbraucher.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Energieausweis

NIEDRIGENERGIEHAUS Endenergiebedarf dieses Gebäudes kWh/(m2 · a)

A+ 0

B 50

100

D 125

E 150

F 175

200

G 225

H >250

Primärenergiebedarf dieses Gebäudes kWh/(m2 · a)

ENERGIEAUSWEIS

Der Energieausweis stellt ein Dokument dar, das den ener getischen Zustand eines Gebäudes beschreibt. So beinhal tet der Energieausweis Angaben zum Gebäude und zu des sen Beheizung. Weiterhin sind wichtige Energiekennwerte eines Gebäudes aufgenommen. Als Energiekennwert be zeichnet man die pro Quadratmeter und Jahr erforderliche bzw. verbrauchte Primär- bzw. Endenergie eines Gebäudes. Alle Details der Erstellung der Energieausweise sind in der Energieeinsparverordnung (EnEV) festgelegt. Die Einhal tung dieser Verordnung wird mit diesem Ausweis doku mentiert. Der Energieausweis für Wohngebäude beinhaltet jetzt ein en Bandtacho, der die Energieeffizienzklassen des einzel nen Gebäudes wiedergibt. Der Bandtacho ist in Energieef fizienzklassen von A+ (grün, sehr geringer Energiebedarf bzw. Energieverbrauch) bis H (rot, extrem hoher Energie bedarf bzw. Energieverbrauch) eingeteilt. Die Energieeffi zienzklassen ergeben sich aus dem Endenergieverbrauch oder dem Endenergiebedarf. Der rote Bereich beginnt bei ca. 250 kWh/(m²· a).

In diesem Zusammenhang taucht häufig der Begriff „Nied rigenergiehaus“ auf. Nach wie vor ist dieser Begriff nicht eindeutig definiert. Klar ist jedoch, dass der Energiebedarf eines solchen „Niedrigenergiehauses“ gering sein soll. Es gibt Richtwerte, an denen man sich orientieren kann. So gilt ein Einfamilienhaus bereits als Niedrigenergiehaus, wenn der Heizwärmebedarfswert weniger als 70 Kilowattstunden Heizwärme pro Quadratmeter Wohnfläche und Jahr beträgt (70 kWh/ m2 und Jahr). Dies entspricht etwa 7 l Heizöl pro m² und Jahr. Heute ist das Niedrigenergiehaus nach den Anforderun gen der Energieeinsparverordnung (EnEV) Standard. Jeder Neubau wird in Niedrigenergiebauweise errichtet. Auch Altbauten lassen sich durch geeignete Sanierungsmaß nahmen in Niedrigenergiehäuser umbauen. Daneben existiert das „Ultra-Niedrigenergiehaus“ oder auch „3-Liter-Haus“. Dies ist ein Gebäude, bei dem der Pri märenergiebedarf drei Liter Heizöl (l pro m2 und Jahr) nicht überschreitet. KFW-EFFIZIENZHAUS

Die KfW-Bank, eine Anstalt des öffentlichen Rechts mit Sitz in Frankfurt am Main, ist u. a. für die staatliche För derung von Wohnimmobilien zuständig. Voraussetzung für eine Fördermaßnahme ist jedoch stets ein hoher Ge bäudeenergie-Effizienzstandard. Die Anforderungen der KfW an ein Energiesparhaus sind strenger als beim Niedrig

Funktionsweise passive Sonnen energienutzung

Sonneneinstrahlung

Nach Fertigstellung eines neu errichteten Gebäudes muss dem Eigentümer unverzüglich ein Energieausweis ausge stellt und übergeben werden. Dies gilt entsprechend für sanierte Gebäude, bei denen energetische Berechnungen des Jahres-Primärenergiebedarfs durchgeführt worden sind. Einem potenziellen Käufer oder Mieter ist der Ener gieausweis oder eine Kopie spätestens bei der Besichtigung vorzulegen und nach Abschluss des Kauf- bzw. Mietver trags zu übergeben. Der Energieausweis spielt also bei Bau, Kauf oder Vermie tung eines Gebäudes eine große Rolle. In öffentlich ge nutzten Gebäuden ist dieser Energieausweis sogar an einer gut sichtbaren Stelle anzubringen.

Sonnenschutz

langwellige Wärmestrahlung

Südfenster Wärmeabgabe

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

energiehaus. Die Basis für das Energiesparhaus bilden die Maximalwerte des Primärenergiebedarfs nach EnEV.

Grundsätze und typische Kennzeichen von Passivhäusern:

So darf beispielsweise bei einem KfW-Effizienzhaus 70 der Primärenergiebedarf je nach Gebäudetyp maximal 70 % ei nes vergleichbaren Neubaus nach EnEV betragen. Für den Bau eines entsprechenden Energieeffizienzhauses stellt die KfW-Bank zinsgünstige Finanzmittel zur Verfügung. Der Staat unterstützt damit Bauherren, um die Markteinfüh rung von Gebäuden mit noch niedrigerem Energiebedarf und geringeren CO2-Emissionen zu erleichtern. Maßnah men dieser Art sind meist ohne Förderung zurzeit noch nicht wirtschaftlich.

↘↘ Kompaktheit des Gebäudes in der Bauweise ↘↘ Erhöhter Wärmeschutz der Außenbauteile;

PASSIVHAUS, NULLENERGIEHAUS UND PLUSENERGIEHAUS

Neben dem Begriff Niedrigenergiehaus sind weitere Be zeichnungen für besonders energieeffiziente Gebäude verbreitet, nämlich ↘↘ Passivhaus, ↘↘ Nullenergiehaus und ↘↘ Plusenergiehaus. Bauten dieser Art stellen Gebäudelösungen mit sehr hoher Energieeffizienz dar. So sollen Passiv- und Nullenergiehaus eine neutrale Energiebilanz aufweisen. Das Plusenergiehaus produziert sogar mehr Energie, als es selbst verbraucht. Passivhäuser sind Gebäude, die als Folge einer extrem gu ten Wärmedämmung (fast) keine klassische Gebäudehei zung mehr benötigen. Sie erreichen einen Heizwärmebe darf von 15 Kilowattstunden pro m2 und Jahr (etwa 1,5 Liter Heizöl). Sie decken den überwiegenden Anteil ihrer Raum wärme aus „passiven“ Quellen wie Sonneneinstrahlung und Abwärme von Personen und Haushaltsgeräten.

besonders gute Wärmedämmung

↘↘ Optimale Nutzung der passiven Solarenergie durch entsprechende Raumplanung und Verschattungsfreiheit

↘↘ Sehr gut dämmende Fenster mit Dreifach- Wärmeschutzverglasung

↘↘ Hohe Anforderungen an die Luftdichtigkeit der Gebäudehülle

↘↘ Passive Vorerwärmung der Frischluft ↘↘ Wohnungslüftungssysteme mit Wärmerückgewinnung

↘↘ Gut abgestimmte Heizungsanlage ↘↘ Einsatz von Solarthermie-Anlagen und/oder Wärmepumpe zur Erwärmung des Warmwassers

↘↘ Energiespargeräte für den Haushalt

Dagegen hat man in Musterbauvorhaben festgestellt, dass Nullheizenergie- oder Nullenergiehäuser nur mit einem großen technischen Aufwand und den damit verbundenen sehr hohen Investitionskosten zu realisieren sind. Beim Nullheizenergiehaus erfolgt die Heizung über Solarkollek toren und Saisonspeicher. Beim Nullenergiehaus wird mit einer Photovoltaikanlage zusätzlich elektrische Energie er zeugt – rechnerisch genauso viel Energie, wie im Gebäude verbraucht wird.

GRUNDSÄTZE EINES NIEDRIGENERGIEHAUSES BZW. PASSIVHAUSES

Wer seine Anstrengungen zur Einsparung von Energie in tensivieren möchte, dem steht die Passivhausbauweise offen. Dabei zeichnet sich das Passivhaus dadurch aus, dass ein angenehmes Innenklima ohne aktives Heizungs system erreicht werden kann. Der Jahres-Primärenergie bedarf liegt bei 20 bis 40 kWh/m2 für Heizung, Lüftung und Warmwasserversorgung. Das Anforderungsniveau an die Wärmedämmung der Bauteile sowie der Fenster ist jedoch erheblich höher als bei Niedrigenergiehäusern. Die moderne Gebäudetechnik macht es heute möglich, mit marktüblichen Produkten und Konstruktionen den Passiv haus-Standard zu erreichen.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Industrie sowie Gewerbe, Handel, Dienstleister

Knapp ein Drittel des Endenergieverbrauchs entfĂ¤llt auf Industrie und Gewerbe.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

3.1 Energieverbrauch in Industrie und Gewerbe Die Industriebetriebe (Metallerzeugung, chemische Industrie, Glas-, Keramik-, Papier-, Ernährungsindustrie, Maschi nen-und Fahrzeugbau etc.) haben einen Anteil von ca. 29 % am gesamten Endenergieverbrauch. Etwa zwei Drittel da von werden als Prozesswärme benötigt, also als Wärme für industrielle und gewerbliche Prozesse wie Erhitzen, Schmel zen, Sieden, Verdampfen u. Ä. sowie Warmwasserbereitung.

Endenergieverbrauch nach Anwendungen in Industrie und GHD (2015): Prozesswärme, Warmwasser

3.2 Wärmerückgewinnung

GHD 11 % 7 %

In der Produktion in Industrie und Gewerbe sind oft be trächtliche Energiemengen in Form von Prozesswärme er forderlich. Die dabei anfallende Abwärme wird oft an die Umgebung abgegeben und bleibt ungenutzt. Um den Pro zesswärmeverbrauch und damit auch die Energiekosten zu senken, gilt es, einen möglichst großen Teil der anfallenden Abwärme wieder für den eigenen Prozess oder für andere Wärmeanwendungen nutzbar zu machen. Dieser Verfah rensschritt wird als Wärmerückgewinnung bezeichnet. Er lässt sich durch Energieflussbilder leicht veranschaulichen. In der Abbildung sind die Energieströme ohne und mit

47 % Mechanische Energie

23 % 18 %

IKT, Beleuchtung Sonstiges (z. B. Kälte)

Die Vorteile einer Steigerung der Energieeffizienz in der In dustrie und im Sektor Gewerbe, Handel, Dienstleister liegen auf der Hand: weniger Energiekosten für den Betrieb und eine stärkere Entlastung der Umwelt.

66 %

Industrie

Raumwärme

Der Sektor Gewerbe, Handel, Dienstleister (GHD) stellt eine sehr heterogene Gruppe dar. Hierzu zählen z. B. Handwerksbetriebe wie Bäcker und Fleischer, Handelsun ternehmen, Gaststätten, Hotels und Heime, Verwaltungsund Bürogebäude, Arztpraxen u. Ä., aber auch öffentliche Einrichtungen wie Rathäuser, Krankenhäuser und Schulge bäude. Im Gegensatz zur Industrie bezeichnet man diesen Gesamtbereich GHD oft auch als „Kleinverbraucher“. Der Anteil dieser Verbrauchergruppe an der Gesamt-Endener gie liegt bei 15 %.

3 % 20 % 1 % 4 %

Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB)

Energieflussbild beim Glasschmelzen und induktiven Schmelzen von Eisen Glasschmelzwanne ohne Wärmerückführung Ezu

Induktionsofen ohne Nutzung des erwärmten Kühlwassers EP

Ezu

EV Warmwasserbereiter

EV Glasschmelzwanne mit Wärmerückführung Ezu

Induktionsofen nutzt erwärmtes Kühlwasser EP

Ezu

EV EA Warmwasserbereiter

Ezu = zugeführte Energie EP = für das Produkt genutzte Energie

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

EV EV = Energieverlust EA = Energieabzweig

EK = i m Kreislauf geführte Energie (mit Wärmeaustauscher)

Wärmerückgewinnung für das Schmelzen von Glas und das Schmelzen von Gusseisen gegenübergestellt. So kann beispielsweise die Restwärme der Abgase des Glas schmelzofens zur Vorwärmung der Verbrennungsluft be nutzt werden. Der Induktionsofen zum Eisenschmelzen benötigt Kühlwasser, um die mit einigen tausend Ampere Stromstärke durchflossenen Induktionsspulen vor Überhit zung zu schützen. Das dabei erwärmte Kühlwasser kann zur Erwärmung von Heizungs- oder Brauchwasser eingesetzt werden. WEITERE BEISPIELE:

In vielen Gewerbebetrieben, beispielsweise Fleischerei en und Konditoreien, befinden sich Kühlanlagen, bei de nen eine beträchtliche Menge an Abwärme entsteht. Die Abwärme bleibt oftmals ungenutzt. Gleichzeitig besteht in diesen Betrieben aber auch ein erhöhter Warmwas serbedarf, insbesondere für die hohen hygienischen An forderungen bei der Reinigung. Nutzt man über spezielle Wärmetauscher oder Wärmepumpen die Abwärme zur Warmwasserbereitung, so lassen sich bis zu 70 % der End energie für die Warmwasserversorgung einsparen. Die Arbeitsräume verschiedener Gewerbebetriebe (bei spielsweise Friseurhandwerk, Großküchen) sind hoher Temperaturbelastung, Luftfeuchte und zahlreichen Ge ruchsstoffen ausgesetzt, die eine Lüftung unumgänglich machen. Hier bieten sich Lüftungssysteme an, die die Wärme der Abluft beispielsweise für die Vorwärmung der gleichfalls benötigten großen Wassermengen nutzen. Hohe Energieeinsparungen lassen sich auf ähnliche Weise auch bei der Lüftung in den Schwimmhallen des Hotelge werbes erzielen. Ein Wärmeentzug aus der Schwimmhal lenluft trägt zur Beheizung sowohl der Schwimmhalle als auch des Becken- und Duschwassers bei. Gleichzeitig wird die Hallenluft entfeuchtet.

3.3 Verbesserte Gerätetechnik und Auslastung Etwa zwei Drittel des gesamten Stromverbrauchs in der In dustrie entfallen auf elektrische Antriebe, meist auf orts fest installierte Drehstrommotoren. Elektromotoren haben dann einen hohen Wirkungsgrad. Sie wandeln elektrische Energie fast vollständig in mechanische Energie um, wenn sie ihre Nennleistung voll an die anzutreibende Maschine abgeben können. Im Teillastbetrieb haben Elektromotoren einen bis zu 25 % schlechteren Wirkungsgrad. Treibt bei spielsweise ein Elektromotor, der für 10 kW ausgelegt ist, eine Maschine an, die nur 1 kW Leistung aufnimmt, so sinkt das Verhältnis von abgegebener mechanischer Energie des Motors zur zugeführten elektrischen Energie auf etwa 0,75. Ein richtig dimensionierter Motor hat dagegen einen Wir kungsgrad von etwa 0,95 bis 0,98. Hier gilt es, die jeweils optimal angepasste Technik einzusetzen. In einem Bäckereibetrieb entstehen in den Backöfen Ener gieverluste, die durch die Wärmeabgabe über die Wände und (bei gas- oder ölbeheizten Öfen) über die Abgase ver ursacht werden. Es ist einsichtig, dass die Energieverluste pro gebackenem Brot oder anderer Backwaren umso grö ßer sind, je weniger Backfläche des im Betrieb befindlichen Backofens belegt ist. Die typischen Produktionsspitzen in Bäckereien liegen zwischen 4 Uhr und 8 Uhr. Zu den ande ren Zeiten des Tages wird weniger Backfläche benötigt. Um dennoch immer eine möglichst gute Auslastung der Öfen zu gewährleisten, ist es sinnvoll, die gesamte Backfläche auf mehrere Öfen aufzuteilen und nach der morgendlichen Produktionsspitze einen Teil abzuschalten. Die Wärmeverluste eines Ofens hängen aber auch von den geometrischen Abmessungen ab: Je kleiner das Verhältnis von Ofenaußenfläche zu Backraumvolumen ist, umso ge ringer sind die Wärmeverluste. Ein großer Backofen hat also weniger Wärmeverluste als mehrere kleine Backöfen, die insgesamt die gleiche Leistung erbringen (gleiche Dämm eigenschaften des Wandmaterials vorausgesetzt). Hier wird deutlich, dass Anzahl und Kapazität der Öfen dem Produk tionsablauf sinnvoll anzupassen sind, um dadurch eine Minimierung des Energieverbrauchs zu erreichen. Neben der optimierten Auslastung setzt verbesserte Dämm- und Gerätetechnik den spezifischen Energiebedarf, d. h. den Energieeinsatz pro Produkt, herab.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

WIE FUNKTIONIERT EIN ENERGIEEFFIZIENZNETZWERK?

Die Netzwerke bilden sich aus ca. 8 bis 15 Unterneh men, die sich zu einem Optimierungs- und Kommunika tionsprozess zusammengefunden haben mit dem Ziel, über einen begrenzten Zeitraum hinweg, in der Regel 2 bis 5 Jahre, durch die Vereinbarung eines gemein samen Effizienzziels eine überdurchschnittliche Stei gerung ihrer Energieeffizienz zu erreichen und daraus Kosten- bzw. Wettbewerbsvorteile zu generieren. Die teilnehmenden Unternehmen verbessern die Energieeffi zienz ihrer Geräte, Anlagen und Prozesse durch: ↘↘ die Vereinbarung eines gemeinsamen Effizienzziels; ↘↘ die gebündelte Vermittlung von gezielten Fachinforma tionen und konkrete Hilfestellung, Fachberatung und Projektbegleitung durch externe oder interne Fach kräfte; ↘↘ den moderierten Erfahrungsaustausch „auf Augenhöhe“ untereinander, Profitieren von Wissen und Erfahrungen anderer Netzwerkmitglieder.

Energieeffizienz-Netzwerke Jedes Unternehmen und jeder Betrieb strebt eine deutliche Steigerung der Energieeffizienz und damit verbunden eine spürbare Senkung der Energiekosten an. Hierfür müssen die Betriebe ihr Energie-Knowhow ausbauen sowie organisatorische und techni-

3.4 Energie- und Ökobilanzen am Beispiel Elektro-Hausgeräte Die Geräte und Anlagen, die wir nutzen, haben in allen Phasen ihres „Lebensweges“ eine hohe „Umweltrelevanz“. Relevant für die Umwelt heißt, dass bei der Herstellung, während des Gebrauchs und schließlich bei der Entsorgung Auswirkungen auf die Umwelt auftreten. Den Energie- und Ressourcenverbrauch sowie die Schadstoffbelastungen zu minimieren, erfordert ein konsequentes Umweltmanage ment. Wesentliche Aspekte moderner Produktgestaltung sind daher: ↘↘ hoher Gebrauchsnutzen der Geräte, ↘↘ Umweltschutz und ↘↘ Wirtschaftlichkeit. Zur Bewertung der Umweltrelevanz sind möglichst alle Stoff- und Energieströme zu erfassen, die in den einzel nen Lebensphasen eines Produkts auftreten. Mit Hilfe von Kennzahlen lassen sich die Umweltauswirkungen bei Her stellung, Gebrauch und Entsorgung quantitativ charakte risieren. Für eine erste grobe Bewertung der Produktion können beispielsweise folgende Daten herangezogen werden: ↘↘ Primärenergieeinsatz pro Gerät in MJ; ↘↘ Verpackung pro Gerät in kg; ↘↘ prozentualer Anteil recycelbarer Stoffe; ↘↘ Abwassermenge in l pro Gerät; ↘↘ CO2-Emissionen in kg pro Gerät u. a. m.

sche Einsparmaßnahmen planen und umsetzen. Einer der Wege zur Steigerung der Energieeffizienz besteht darin, sich einem Netzwerk von Unternehmen anzuschließen. In diesem Rahmen können sich die Unternehmen über die geplanten Energiesparmaßnahmen und über die jeweils erzielten Erfolge kontinuierlich austauschen. Der auf diese Weise erzielte Lerneffekt hat zur Folge, dass die Unternehmen sehr schnell Effizienz-Ergebnisse erzielen. Denn alle Unternehmen und Betriebe im Netzwerk profitieren von der Expertise, den Erfahrungen sowie dem Spezialwissen der anderen Teilnehmer. Mit dieser Zielsetzung haben die Bundesregierung, die Spitzenverbände der Wirtschaft sowie zahlreiche Fachverbände im Dezember 2014 die Initiative Energieeffizienz-Netzwerke gestartet, die bundesweit die Bildung von Hunderten von Energieeffizienz-Netzwerken fördert.

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Beispiel Haushaltsgroßgeräte: Untersuchungen zeigen, dass die Umweltauswirkungen bei modernen Elektro-Hausgeräten in den Bereichen Herstel lung und Transport und Entsorgung nur wenige Prozent der Gesamtbelastung ausmachen. So entfallen auf Konstrukti on und Transport ca. neun Prozent des Energieaufwandes einer Haushalts-Waschmaschine. Weniger als ein Prozent werden zur Verwertung benötigt. Mit etwa 90 % fällt der Hauptanteil des Energieaufwandes in der Nutzungsphase an. Deshalb kommt der richtigen Auswahl und Anwendung der Gerätetechnik zu Hause im Hinblick auf das Energie sparen eine entscheidende Bedeutung zu. Und es wird er sichtlich, dass sich ein Austausch eines alten, ineffizienten Haushaltgerätes gegen ein Neugerät lohnt. Bei modernen, hocheffizienten Geräten nimmt der Anteil der Nutzungsphase ab. Doch bereits bei der Produktion ei nes Haushaltsgerätes können Maßnahmen ergriffen wer den, die zur Ressourcenschonung bei der Nutzung führen: ↘↘ langlebige Produkte konstruieren; ↘↘ Reparierbarkeit mit Vorhalten von Ersatzteilen; ↘↘ Betriebsmittelverbrauch minimieren; ↘↘ Geräte mit Update-Funktion anbieten.

Informationen über den Kumulierten Energieaufwand kön nen zur Steigerung der Energieeffizienz führen: ↘↘ Die Potenziale der Energieeinsparung werden im kom plexen Zusammenhang zwischen Herstellung, Nutzung und Entsorgung eines Produkts sichtbar. ↘↘ Werkstoffe, Verarbeitung, Produktionsprozesse lassen sich im Hinblick auf die Nutzung (und Entsorgung) eines Produkts energetisch optimieren. ↘↘ Die mit der Herstellung, Nutzung und Entsorgung auf tretenden Umweltbelastungen, insbesondere die Treib hausgasemissionen, lassen sich entlang der gesamten Wirkungskette eines Produkts darstellen.

Kumulierter Energieaufwand (KEA): Der Kumulierte Energieaufwand ist „die Gesamtheit des primärenergetisch bewerteten Aufwands, der im Zusammenhang mit der Herstellung, Nutzung und Beseitigung eines ökonomischen Guts (Produkt oder Dienstleistung) entsteht bzw. diesem ursächlich zugewiesen werden kann.“ (VDI-Richtlinie 4600)

Verteilung kumulierter Energieaufwand 90 %

Nutzungsphase

9 %

Konstruktion und Transport

<1 %

Verwertung

Eine energetische Kenngröße für ein Produkt ist der Kumu lierte Energieaufwand (KEA). Dieser Energieaufwand um fasst sowohl den indirekten Energiebedarf eines Produkts (z. B. eines Elektro-Hausgerätes) für Herstellung, Transport, Lagerung, Verkauf und Entsorgung – auch „graue Energie“ genannt – als auch den direkten Energiebedarf in dessen Nutzungsphase.

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3.5 Energieeffizienz in der Schule Gebäude tragen maßgebend zum gesamten Energiever brauch bei. Bei der Bewirtschaftung der Gebäude stellen die Energiekosten einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Dies gilt bei privaten Wohngebäuden. Dies gilt aber auch für die vielen öffentlichen Gebäude, z. B. für die ca. 50.000 Schulgebäude in Deutschland. Schulen, in denen Wärme, Strom und Wasser effizient eingesetzt werden, leisten einen lokalen Beitrag zum Kli maschutz. Und sie tragen zur Senkung der Energiekosten bei, für die der Schulträger aufkommen muss. Das Ziel ist daher die „energieeffiziente“ bzw. „klimafreundliche“ Schule. Etwa ein Drittel der Schulgebäude bedarf einer gründlichen Sanierung wie neue Fenster, eine verbesserte Wärmedämmung oder eine moderne Heizanlage. Dies sind lohnende Investitionen, denn dadurch lässt sich der Ener gieverbrauch in manchen dieser älteren Schulgebäude um bis zu 80 % reduzieren. Doch schon im Vorfeld einer kostenintensiven Sanierung lässt sich die energetische Situation von Schulen erheblich verbessern. Modellrechnungen und Beispiele aus der Praxis zeigen, dass Schulen etwa 10 % ihrer bisherigen Energiekosten einspa

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

ren können, ohne dass kostenintensive bauliche Verände rungen erforderlich sind. Diese Energieeinsparungen lassen sich durch Verhaltensänderungen bei Schülern und Lehr kräften, durch eine Optimierung der energietechnischen Anlagen und durch organisatorische Maßnahmen errei chen. So ergeben Auswertungen vieler Schulgebäude, dass z. B. die Sollwerte der Raumtemperatur beim Schulbetrieb und die Zielwerte beim abgesenkten Betrieb nur selten eingehalten werden. Eine Optimierung erfordert hier keine Investitionen. Bei einem durchschnittlichen Schulgebäude kann die auf diese Weise erreichte jährliche Einsparung in der Größenordnung von 10.000 Euro liegen und die Minde rung der Kohlendioxid-Emission bei 75 t. An Schulgebäude stellen die Gebäudenutzer hohe An forderungen: Es geht um Wohlbefinden, Gesundheit und Leistungsfähigkeit von Schülern und Lehrkräften. So sollte das Raumklima im Winter behaglich sein und sommerlichen Wärmeschutz bieten. Die Lufthygiene erfordert ausrei chende Lüftung in allen Innenräumen; der Raumluftqua lität wird im Allgemeinen zu wenig Beachtung geschenkt. Bei der Beleuchtung sind Tageslichtqualität, Blendfreiheit und optimaler Sonnenschutz erwünscht. Der Schallschutz beinhaltet den Schutz gegen Verkehrslärm und Lärm aus benachbarten Räumen. Generell gilt: Diese Komfortverbes serungen und steigende Energieeffizienz stehen nicht im Widerspruch.

WO SIND ANSÄTZE FÜR EINE VERBESSERUNG DER ENERGIESITUATION IN SCHULGEBÄUDEN?

Blicken wir zunächst auf den Bedarf an Wärme. Die fol gende Zusammenstellung vermittelt eine Übersicht über Solltemperaturen: Klassenräume: 20 °C Flure: 12 bis 15 °C Toiletten: 15 °C Verwaltungsräume: 20 °C Klassische Heizsysteme in Schulgebäuden sind Öl-/ Gashei zungen oder ein Fernwärmeanschluss an ein Heizkraftwerk. Hier bedarf die Regelung einer besonderen Aufmerksam keit. Es ist sinnvoll, die Heizung über Nacht herunterzufah ren. Anstelle von 20 °C herrscht dann in den Räumen des Schulgebäudes eine Temperatur von nur 16 °C. Am Morgen fährt man die Anlage etwa ein bis zwei Stunden vor Unter richtsbeginn wieder hoch, sodass es zu Unterrichtsbeginn angenehm warm ist. Sinnvoll ist eine größere Anzahl von regelbaren Heizkreisen, sodass verschiedene Gebäudeteile unabhängig voneinan der bedarfsgerecht beheizbar sind. So muss z. B. nicht der gesamte Schulkomplex beheizt werden, wenn am Abend in einem einzelnen Gebäudeteil eine Veranstaltung stattfin det. Die Anpassung der Programmierung an die tatsächli chen Nutzungszeiten stellt eine wichtige organisatorische Maßnahme zur Steigerung der Energieeffizienz dar. Eine Beheizung des gesamten Schulkomplexes am Wochenen de oder gar in den Ferien wird auf diese Weise vermieden. In den einzelnen Klassenräumen gibt es häufig Heizkör perventile, mit denen sich die Heizkörper ein- und aus schalten lassen. Heute werden hierfür Thermostatventile eingesetzt. Sie regeln die Heizung so, dass eine vorher ein gestellte Raumtemperatur erreicht oder beibehalten wird. Die im Klassenzimmer verbrauchte Raumluft muss in regel mäßigen Abständen ausgetauscht werden. Gekippte oder dauernd geöffnete Fenster führen hierbei zur unnötigen Verschwendung von Heizenergie. Sinnvoll ist die soge nannte „Stoßlüftung“. Hierbei dreht man die Thermostat ventile der Heizkörper auf „aus“ und öffnet anschließend alle Fenster und Türen für etwa fünf Minuten (je nach Wind und Außentemperatur). Anschließend schließt man Türen und Fenster und dreht die Thermostatventile wieder in ihre alte Einstellung. Hierbei genügt es, nur diejenigen Ventile zu schließen, die sich unter den geöffneten Fenstern be finden.

In Schulgebäuden kommt der Beleuchtung eine große Be deutung zu. Grundsätzlich gehören Leuchten ausgeschal tet, wenn sie nicht benötigt werden. Dies gilt unabhängig davon, ob in den einzelnen Räumen (noch) Glühlampen, Leuchtstofflampen oder sogenannte Energiesparlampen im Einsatz sind. Bei längeren Pausen sollten elektrische Geräte (z. B. Fern sehgeräte, Videorekorder, Computer samt Peripherie wie Drucker) immer ganz ausgeschaltet werden. In den meisten Fällen ist eine Bereitschaftsschaltung, der sog. „Stand-byBetrieb“, nicht nötig. In der Praxis verwendet man hierfür schaltbare Steckerleisten. Damit lassen sich mehrere Ge räte auf einmal vom Stromnetz trennen. Vom gesamten Energieverbrauch eines Schulgebäudes entfallen im Mittel etwa 90 % auf Wärme und 10 % auf Strom. Bei den Energiekosten tragen die Heizung zu 70 % und der Stromverbrauch zu 30 % bei. Doch Schulgebäude können sich in Bezug auf Wärmebedarf, Tageslichteinfall, Baujahr der Heizungsanlage, Umfang der Computeraus stattung, Anzahl der hauswirtschaftlich genutzten Räume erheblich unterscheiden. Großen Einfluss auf den Energie verbrauch haben auch Nutzungskonzepte wie Ganztagsbetrieb der Schule oder Abendnutzung durch Volkshoch schule und Vereine.

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Wofür wird in der Schule Strom benötigt? 60 %

Beleuchtung

15 %

Hilfsenergie, Heizen

10 %

Zentrale Dienste

10 %

Haushaltsgeräte

5 %

Bürogeräte, Computer

Energieeffizienz sollte zu einer Selbstverständlichkeit im Schulalltag werden. Gefordert sind hier alle Schüler und Lehrer, aber auch die Schulleitung und Schulverwaltung sowie die Eltern und der Hausmeister. Die Sensibilisierung des Energie- und Umweltbewusstseins kann nur durch eine gemeinsame Anstrengung erreicht werden. Im Idealfall gilt: ↘↘ Schulleitungen/-verwaltungen unterstützen alle Pro jekte und Vorhaben, die zur Steigerung der Energieef fizienz führen. ↘↘ Lehrkräfte thematisieren „Energieeffizienz“ im Fachun terricht. Sie initiieren und steuern Schulaktivitäten und Effizienzmaßnahmen im Projektunterricht. ↘↘ Hausmeister sind Hauptansprechpartner in der Schule, wenn es um die Heizungsanlage und die elektrischen Verbraucher geht. Sie besitzen eine Schlüsselposition bei der energieeffizienten Betreuung und Überwachung aller Anlagen im Schulgebäude. ↘↘ Schüler erhalten fachliche Informationen und EinsparTipps; sie eignen sich entsprechende Kenntnisse an und verhalten sich energiebewusst. ↘↘ Eltern (ggf. auch der Schul-Förderverein) zeigen Inter esse an entsprechenden Projekten. Sie beteiligen sich an „Info-Tagen“ der Schüler und nehmen die Maßnahmen und Ergebnisse selbst in Augenschein. ↘↘ Aber auch Schulträger und Kommunen sowie Bera tungseinrichtungen der Energielieferanten unterstützen entsprechende Projekte mit Fach- und Informations medien.

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Die Schule als Lernort bietet viele Möglichkeiten, das The ma „Energieeffizienz“ aufzugreifen. Konkret zählen dazu: ↘↘ Initiierung, Durchführung und Steuerung von Unter richtsprojekten und Energiesparaktionen auf der Basis von Raumtemperatur-Messungen und StromverbrauchChecks. ↘↘ Beschaffung und Erarbeitung entsprechender Materi alien und Handreichungen, Ansprache und Einbindung von Experten. Das Schulgebäude selbst kann hierbei als Lehr- und De monstrationsobjekt für energieeffiziente Gebäude dienen. Energiebewusstes Verhalten und Handeln muss erlernt und trainiert werden! Von entscheidender Bedeutung ist hierbei ein Engagement von motivierten und qualifizierten Schüler- und Lehrergruppen, die als Energieeinspar-Team, Energiemanager, Energiebeauftragte, Energieverantwort liche oder Energiedetektive tätig sind. Sie analysieren den Verbrauch an Wärme, Strom und Wasser in der Schule und entwickeln Strategien und Programme zur Steigerung der Energieeffizienz. Oft beginnen die Aktivitäten mit einer energetischen Be standsaufnahme, einem „Energie-Rundgang“ durch das Schulgebäude. Der Rundgang sollte an mehreren Tagen möglichst in der Heizperiode stattfinden. Besichtigt werden Klassenzimmer, Fachräume, Werkstätten, Turnhallen, Ver waltungsräume, Lehrerzimmer, hauswirtschaftlich genutz te Räume, Aula, Mehrzweckräume, Cafeteria, Sanitärräume, Flure, Treppenhäuser, Heizungskeller, Außenanlagen, so lässt sich z. B. festhalten, wie die Heizungsventile einge stellt sind, wie gelüftet wird oder wo die Beleuchtung un nötig eingeschaltet ist. Im Heizungskeller kann gemeinsam mit dem Hausmeister überprüft werden, in welchem Maße die eingestellte Regelung mit der tatsächlichen Belegung der einzelnen Räume übereinstimmt. Alle Beobachtungen und Ergebnisse werden schriftlich festgehalten. Sie bilden die Basis für entsprechende Verbesserungsvorschläge. Die Motivation steigt, wenn die Schulen von den ein gesparten Energiekosten unmittelbar profitieren. Viele Schulträger und Kultusbehörden haben daher Anreiz- bzw. Prämiensysteme erarbeitet. Schulen erhalten z. B. Erfolgs prämien, die sich an der (langfristig) erreichten Energieein sparung der jeweiligen Schule orientieren. So wurde z. B. schon im Jahr 1994 in den Schulen in Hamburg das „Ener giesparprojekt fifty-fifty“ initiiert. Schulträger und Schu len teilen sich hierbei die eingesparten Energiekosten im Verhältnis 50 zu 50.

Energie und MobilitĂ¤t

In der von der EU verwendeten Bedeutung meint Energiewende eine komplexe Energierohstoffwende in den Bereichen Strom, WĂ¤rme und Verkehr.

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4.1 Transport von Personen und Gütern

Kraftstoffe sind Diesel und Benzin (Ottokraftstoff). Dabei hat Diesel einen um den Faktor 1,8 höheren Anteil als Benzin (2014).

Mobilität der Menschen und Transport von Gütern sind eine Voraussetzung für die Entwicklung der Wirtschaft, für Wohlstand, für unser Leben überhaupt. Vor 60 Jahren legte jeder Einwohner in Deutschland im Durchschnitt etwa 1.000 Kilometer pro Jahr zurück. 2008 waren es mehr als 14.000 Kilometer.

Etwa drei Viertel des Ölanteils am gesamten Endenergie verbrauch in Deutschland entfallen heute auf Kraftstoffe für Verkehrsleistungen. Hierbei umfasst der Sektor Ver kehr den Personen- und den Güterverkehr. Es dominiert der Personenverkehr. Das Verhältnis des Energiebedarfs für den Personenverkehr zum Güterverkehr liegt etwa bei drei Viertel zu einem Viertel. Die damit verbundene Importab hängigkeit ist aus gesamtwirtschaftlicher Sicht bedenklich.

Ohne Energie bewegt sich nichts. Wenn Fahrzeuge auf der Straße, der Schiene, dem Wasser oder in der Luft unterwegs sind, benötigen sie Energie. Der Sektor Verkehr hatte im Jahr 2015 einen Anteil von etwa 30 % am gesamten End energieverbrauch Deutschlands. Der Verkehrssektor stellt somit den größten Energieverbraucher dar, in der Größen ordnung vergleichbar mit dem Verbrauch der gesamten Industrie (29 %) oder aller privaten Haushalte (26 %). Im Jahr 2014 entfiel der weitaus größte Anteil des Ener gieverbrauchs im Verkehrsbereich mit ca. 82 % auf den Straßenverkehr. Der Anteil des Luftverkehrs beträgt etwa 15 %, Schienenverkehr und Binnenschifffahrt benötigen zusammen lediglich ca. 3 %. Dabei ist der Nutzungsgrad im Individual-Straßenverkehr besonders niedrig: Nur etwa ein Fünftel der eingesetzten Endenergie wird in die gewünschte Nutzenergie, also über wiegend Bewegungsenergie der Fahrzeuge, umgewandelt. Die für den Verkehrssektor bereitgestellte Endenergie be steht zu etwa 94 % aus Mineralölprodukten, zu knapp 2 % aus Strom und zu etwa 4 % aus sonstigen Energieträgern (Erdgas, Biodiesel etc.). Die primär im Verkehr eingesetzten

Verkehrsleistungen im Personenverkehr werden durch das Produkt aus zurückgelegten Kilometern und der Anzahl der transportierten Personen in „Personenkilometer“ (Pkm) charakterisiert. Fahren zum Beispiel in einem Pkw 5 Per sonen über eine Entfernung von 200 Kilometern zwischen den Orten A und B, so wird eine Beförderungsleistung von 1.000 Personenkilometern berechnet. In analoger Weise verwendet man „Tonnenkilometer“ (tkm) für Verkehrs leistungen des Güterverkehrs. PERSONENVERKEHR

Im motorisierten Verkehr mit Personen hat der Individu alverkehr eine überragende Stellung. Von den fast 71 Mrd. Personen, die im Jahr 2015 in Deutschland insgesamt be fördert wurden, haben 12 Mrd. Personen den Öffentlichen Straßen- und Eisenbahnverkehr genutzt. Im gleichen Jahr haben jedoch 58 Mrd. Personen auf Verkehrsmit tel des motorisierten Individualverkehrs (Personenkraft wagen und Zweiräder) zurückgegriffen. Der motorisierte Individualverkehr erbringt zurzeit in Deutschland etwa

Verkehrsleistung in Deutschland Beförderungsleistung Personenverkehr, in Personenkilometern (Pkm)

80 Mrd. Öffentlicher Straßen personenverkehr

947 Mrd. Motorisierter Individualverkehr

61 Mrd. Luftverkehr

91 Mrd.

Eisenbahnverkehr

Beförderungsleistung Güterverkehr, in Tonnenkilometern (tkm)

18 Mrd.

Rohöl-Rohrleitungen

459 Mrd.

55 Mrd.

Straßengüterverkehr

Binnenschifffahrt

117 Mrd. 1.179 Mrd. Personenkilometer

Eisenbahnverkehr

650 Mrd. Tonnenkilometer

Quelle: Verkehr in Zahlen 2016/2017, Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015)

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Personenbeförderungsleistung in Mrd. Pkm

1.045

1.088

1.117

1.179

Öffentlicher Verkehr

Motorisierter Individualverkehr

2000

2005

2010

2015

Quelle: Verkehr in Zahlen 2016/2017, Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur

GÜTERVERKEHR

Nach wie vor hat der Straßengüterverkehr den stärksten Anteil am gesamten Gütertransportaufkommen. Mit 459 Mrd. Tonnenkilometern (tkm) wurde die Beförderungs leistung der Güter auf der Straße im Jahr 2015 gegenüber den Vorjahren erheblich gesteigert. Bei der Bahn betrug das Güterverkehrsaufkommen 117 Mrd. tkm. Das Transportauf kommen in der Binnenschifffahrt lag bei 55 Mrd. tkm. Nicht zu vergessen beim Güterverkehr ist der Transport von Roh öl über Rohrleitungen; immerhin lag die Leistung hier bei 18 Mrd. tkm. In Deutschland erfolgt derzeit etwa 70 % der gesamten Güterverkehrsleistung per Lkw über die Straße. Ein leichter Anstieg in der Frachtbeförderung findet in der Luftfahrt statt. Hier werden jetzt jährlich 4,4 Mio. t beför dert (2015). Dies sind etwa 0,1 % des gesamten Gütertrans ports von insgesamt ca. 4.500 Mio. Tonnen pro Jahr.

80 % der gesamten Personenverkehrsleistung von insge samt ca. 1.179 Mrd. Personenkilometern (Pkm). Die rasante wirtschaftliche Entwicklung und die damit verbundene Steigerung der Lebensqualität haben in den letzten Jahrzehnten zu einer starken Verbreitung des pri vaten Kraftfahrzeugs geführt. Betrug die Anzahl der Pkw auf 1.000 Personen Anfang der sechziger Jahre noch etwa 100 (alte Bundesländer), so stieg der Motorisierungsgrad in Deutschland auf 548 Pkw pro 1.000 Einwohner (Stand 2015). 77 % aller Haushalte verfügen über mindestens einen ei genen Pkw. Ein Teil der Haushalte besitzt mehr als ein Auto. Mit einem Bestand von rund 45,1 Mio. übersteigt in Deutschland die Zahl der Pkw die Anzahl aller Haushalte (1.1.2016). Der deutsche Motorisierungsgrad von rd. 548 Pkw pro 1.000 Einwohner liegt in einer Größenordnung, die in allen hoch entwickelten Volkswirtschaften zu finden ist. Diese beträgt etwa 400 bis 600 Pkw pro 1.000 Einwohner. In den Städten ist der Motorisierungsgrad meist etwas niedriger, da dort die Ziele auch gut mit dem öffentlichen Nahverkehr, zu Fuß oder per Rad erreichbar sind. Im ländlichen Bereich liegt der Motorisierungsgrad entsprechend höher. Der weltweite Durchschnitt beträgt etwa 120 Pkw pro 1.000 Einwohner.

4.2 Verkehrsmittel im Vergleich SPEZIFISCHER ENERGIEVERBR AUCH

Der Energieverbrauch eines Fahrzeugs hängt neben der Antriebsart entscheidend von der Gesamtmasse des jewei ligen Transportmittels und von seiner Form ab. Die mecha nische Antriebsenergie wird hauptsächlich für Beschleu nigungsarbeit und Hubarbeit (Steigung) benötigt. Beide Größen sind direkt proportional zur Masse des Fahrzeugs. Der Luftwiderstand wird durch die Form beeinflusst und wächst mit dem Quadrat der Geschwindigkeit des Fahr zeugs. Der durchschnittliche Kraftstoffverbrauch von Pkw liegt bei 7,3 Liter pro 100 km (2015), mit einer großen Streu breite bei den einzelnen Fahrzeugen, der Art des Fahrzyklus und den Fahrgewohnheiten. Pkw und Bus werden beide mit Verbrennungsmotoren betrieben, die den Gesetzen der Thermodynamik zufol ge einen relativ geringen Wirkungsgrad haben (ca. 20 %).

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Dieser Wirkungsgrad ist zwar bei den Elektromotoren der Bahn wesentlich höher. Allerdings wird der Bahnstrom in Deutschland (ca. 80 % der Strecken sind elektrifiziert) hauptsächlich in Wärmekraftwerken erzeugt. Diese weisen physikalisch bedingt ebenfalls größere Umwandlungsver luste auf. Damit ergibt sich ein etwa gleich hoher spezifi scher Energieverbrauch für Bus und Bahn in Deutschland. Der spezifische Energieverbrauch von Pkw liegt jedoch deutlich höher als der von Bus und Bahn. Das Erdöl stellt nach wie vor die Energiebasis im Verkehrs sektor dar, insbesondere im Personen- und Güterstraßen verkehr. Bei diesem Energieträger hängt Deutschland fast vollständig vom Ausland ab. Der spezifische Energieverbrauch (bezogen auf Personen kilometer) liegt beim Pkw bei etwa 2 MJ/Pkm. Er geht im Öffentlichen Personenverkehr auf einen Wert zwischen 1 und 1,3 MJ/Pkm zurück. Entscheidend ist die Auslastung der Fahrzeuge. Im Straßengüterverkehr liegt der spezifi sche Energieverbrauch bei 1,4 MJ/tkm. Im Schienengü terverkehr sowie in der Binnenschifffahrt werden 0,4 bis 0,5 MJ/tkm benötigt.

gasen sowie an Luftschadstoffen frei. Das Flugzeug und der Pkw (Personenverkehr) bzw. der Lkw (Güterverkehr) haben hierbei die größten Treibhausgas-Emissionen. Schadstoffemissionen im Personen- und Güterverkehr tre ten durch die unvollständige Verbrennung von Benzin und Dieselöl in Verbrennungsmotoren und bei der Erzeugung des Stroms für elektrisch betriebene Pkw und Schienen fahrzeuge in Kraftwerken auf. Beim motorisierten Indivi dualverkehr sowie beim Straßengüterverkehr führen diese Emissionen an Luftschadstoffen zu einer erheblichen Be lastung insbesondere der Ballungszentren.

Treibhausgas-Emissionen der einzelnen Verkehrsträger als CO2-Äquivalente Güterverkehr

CO2-Emissionen in g/tkm

Bahn

23 g/tkm

Binnenschiff

33 g/tkm

Lkw

97 g/tkm

Flugzeug 1.540 g/tkm Personenverkehr CO2-Emissionen in g/Pkm

Unschlagbar im Energieverbrauch ist das Transportmittel Fahrrad: Ein Mensch benötigt im Durchschnitt nur 67 kJ Energie, um einen Kilometer zurückzulegen, zu Fuß sind dies immerhin rund 300 kJ. Der spezifische Energiever brauch liegt also bei nur 0,067 bzw. 0,300 MJ/Pkm. Natür lich ist diese menschliche Energiebilanz nicht ernsthaft mit den übrigen Transportmitteln zu vergleichen und soll hier nur zum Größenvergleich dienen. UMWELTASPEKTE

Neben dem spezifischen Energieverbrauch ist die Umwelt verträglichkeit der einzelnen Verkehrsmittel ein wichtiges Vergleichskriterium. Was sind die wichtigsten Umweltaus wirkungen und Umweltfaktoren? ↘↘ Emissionen klimarelevanter Gase (z. B. CO2, CH4 und N2O) ↘↘ Emission von Luftschadstoffen wie Stäube, CO, NOx, SO2 ↘↘ Lärmbelästigung ↘↘ Flächenbedarf (Landschaftsveränderungen) ↘↘ Unfallrisiko Die jährliche CO2-Emission des Verkehrssektors liegt bei 155 Mio. Tonnen. Dies sind 16 % der Gesamtemissionen in Deutschland. Der motorisierte Individualverkehr und der Straßengüterverkehr sind zusammen für fast 80 % der CO2-Emissionen verantwortlich. Die einzelnen Verkehrs träger setzen pro Verkehrsaufwand (Personenkilometer bzw. Tonnenkilometer) unterschiedlich viel an Treibhaus

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Reisebus

30 g/Pkm

Bahn/Fernverkehr

45 g/Pkm

Straßen-, S-, U-Bahn

Linienbus Bahn/Nahverkehr

78 g/Pkm 75 g/Pkm

78 g/Pkm

Pkw

142 g/Pkm

Flugzeug

230 g/Pkm

Quelle: Verkehr in Zahlen 2016/2017, Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (2015)

WIE WIRD SICH DER VERKEHRSSEKTOR WEITERENTWICKELN?

Die Verkehrsprognose 2030 (2014) des Bundesverkehrsmi nisteriums schätzt die Entwicklung in Deutschland bis zum Jahr 2030 wie folgt ein: Der technologische Fortschritt führt zwar zu immer ener gieeffizienteren Fahrzeugen. Die Effizienzsteigerung wird jedoch dadurch kompensiert, dass der Personen- und der Güterverkehr noch weiter expandieren. Im gesamten Personenverkehr wächst die Verkehrsleistung gegenüber dem Referenzjahr 2010 um etwa 13 %. Ein be sonders starker Anstieg wird mit plus 65 % beim Flugzeug prognostiziert, gegenüber 19 % bei der Bahn und 10 % beim Pkw. Die Hauptgründe liegen im Wirtschaftswachstum so wie in der Zunahme der Individualmotorisierung aufgrund

der gesellschaftlichen Entwicklung. Die gesamte Verkehrs leistung erreicht dann in Deutschland einen Wert von über 1.300 Mrd. Pkm. Der motorisierte Individualverkehr hat da ran einen Anteil von ca. 95 %.

Tipps und Hinweise zum Autofahren

↘↘ Kurzstrecken mit dem Auto sind besonders teuer. Der Treibstoffverbrauch beispielsweise eines Mittelklassewagens liegt direkt nach dem Start

Erheblich stärker nimmt der Güterverkehr zu. Er wächst bis zum Jahr 2030 gegenüber 2010 um ca. 38 %, der Straßen güterverkehr um 39 %. Der Bahngüterverkehr nimmt sogar um 43 % zu. In der Summe erreicht die Verkehrsleistung einen Wert von 935 Mrd. tkm.

bei 30 l/100 km. Das „normale“ Verbrauchsniveau wird erst nach vier Kilometern erreicht.

↘↘ Konstante Fahrweise anstreben: „Lückenspringen“ vermeiden. Unter energetischen Gesichtspunkten ist es verschwenderisch und zeitlich ergibt sich nur ein kleiner Gewinn. Laut einer

4.3 Strategien zum Energiesparen im Verkehrswesen

Untersuchung des ADAC bringt es nur wenige Minuten Zeitgewinn und treibt den Benzinverbrauch um bis zu 40 % in die Höhe.

↘↘ Überflüssige Ladung erhöht den Verbrauch. Der Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs wird

GRENZEN BEIM VERKEHRSWACHSTUM

durch das Gesamtgewicht des Fahrzeugs stark beeinflusst. Überflüssige Ladung sollte ausge-

Der Personen- und der Güterverkehr nehmen zwar in einer modernen Industriegesellschaft eine Schlüsselfunktion ein. Dennoch sind dem Verkehrswachstum Grenzen gesetzt.

räumt werden, denn bei 100 kg Zuladung erhöht sich der Kraftstoffverbrauch um bis zu 0,7 l pro 100 km.

↘↘ Reifendruck bei kalten Reifen messen und ggf. Damit Energieverbrauch und Umweltbelastungen nicht im gleichen Maße wie die Verkehrsleistungen zunehmen, sind Maßnahmen unerlässlich, welche ↘↘ die vorhandenen Verkehrsträger mit neuen Technologi en effektiver gestalten; ↘↘ den privaten Personenverkehr viel stärker mit dem öf fentlichen Verkehr verbinden; ↘↘ den Energiebedarf und die Schadstoffemissionen pro Personenkilometer bzw. Tonnenkilometer deutlich re duzieren. Die Fahrweise beim Auto hat einen erheblichen Einfluss auf den Kraftstoffverbrauch. Hier ist jeder einzelne Autofahrer gefordert. Beispielhaft sind hierzu in der Tabelle Tipps und Hinweise zum Autofahren zusammengestellt.

erhöhen. Es sollte mindestens immer der optimale Reifendruck aufgepumpt sein, denn bereits 0,5 bar zu wenig erhöht den Rollwiderstand und damit den Spritverbrauch um rund 5 %.

↘↘ Auch bei Kurzstopp Motor ausschalten. Schon nach 30 Sekunden Leerlauf hat der Motor mehr Schadstoffe produziert als durch einen Neustart. Quelle: Umweltbundesamt „Sprit sparen und mobil sein“ (2009)

PRODUKTION UND HANDEL

Wichtig ist, dass eine integrierte Verkehrswegeplanung die Netze des Straßenverkehrs, der Bahn und der Binnenschiff fahrt unter Berücksichtigung der jeweiligen spezifischen Leistungsfähigkeit aufeinander abstimmt und weiterent wickelt. Dies gilt besonders für die Optimierung der Ver kehrsabläufe bei der Zulieferung für die Produktion und bei der Verteilung von Gütern. Alle Warenbewegungen werden heute zunehmend knapper disponiert. Dies spart teure und unrentable Lagerkapazitä ten. Die Folge ist, dass die Anlieferungen zu fest vorgege benen Tageszeiten an den entsprechenden Produktions orten oder Handelsplätzen zuverlässig und sicher erfolgen müssen. Zulieferfirmen und Spediteure erhalten nur dann Aufträge, wenn sie schnell, termingerecht und kosten günstig arbeiten können.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

KOMBIVERKEHR

Die gleichen Kriterien müssen auch das Leistungsbild der Bahn bestimmen, wenn eine stärkere Übernahme des Gütertransports auf den Schienenweg erfolgen soll. In telligente Verkehrsleitsysteme, die vor allem auch die Umschlagplätze Straße-Schiene und Schiene-Straße ein beziehen, können erheblich dazu beitragen. Aus ökologischer Sicht ist eine Förderung des Eisenbahn verkehrs bzw. kombinierter Verkehrsmittel wünschens wert. Voraussetzung dazu ist aber der Abbau von Hemm nissen im grenzüberschreitenden Eisenbahnverkehr bzw. diskriminierungsfreier Zugang zur Eisenbahninfrastruktur. Das bedeutet, dass die notwendigen Organisations- und Kommunikationsstrukturen für die Logistik dieses „Kom biverkehrs“ geschaffen bzw. verbessert werden. Ein besonderer Vorteil der Bahn ergibt sich, wenn große Mengen über weite Strecken transportiert werden. Im Zuge der Verwirklichung des Europäischen Binnenmarktes sind viele Zoll- und Handelsschranken gefallen. Leider er zwingen unterschiedliche Bahnsysteme und dazugehörige Signalsysteme heute noch unnötige Wartezeiten im Durch gangsverkehr. Dem europaweiten Bahnverkehr stehen so mit noch große Herausforderungen bevor.

Aus Gründen der Energieersparnis sollten sie im Verhältnis zu ihrem Gewicht möglichst vielen Personen Platz bieten können. Das kann durch eine extreme Leichtbauweise und eine bessere Raumaufteilung in den Fahrgasträumen ge schehen. Doppelstockzüge sind im Personennahverkehr der Bahn nicht mehr wegzudenken, liegt doch der Vorteil klar auf der Hand: Bei vergleichbarem Energieaufwand las sen sich wesentlich mehr Personen befördern. Das Um steigen vom privaten Pkw auf öffentliche Verkehrsmittel setzt ausreichende und sichere Parkmöglichkeiten an den Umsteigeplätzen voraus. Neben den in vielen Großstädten eingeführten Park-and-Ride-Systemen sind auch Lösun gen gefragt, die das Umsteigen innerhalb eines Verkehrs verbundes erleichtern und die notwendigen Wartezeiten verkürzen. Der Ausbau von sicheren Fahrradwegen, Fahr radparkboxen und Mitnahmemöglichkeiten von Fahrrädern in öffentlichen Verkehrsmitteln fördern die Nutzung dieses umweltfreundlichsten und energiesparendsten Fahrzeugs überhaupt.

4.4 Alternative Antriebe und Kraftstoffe Individuelle Mobilität in den Städten – energiesparend und umweltfreundlich – das ist eine Forderung, die immer mehr an Bedeutung gewinnt. Diese Forderung spielt angesichts der Treibhausgasemissionen und der Schadstoffbelas tung in der Luft vor allem in Ballungsräumen eine große Rolle. Verstärkt wird deshalb geforscht, in welchem Maße man den „Sprit“ für den Verbrennungsmotor aus anderen Rohstoffen als aus Erdöl herstellen kann. Auf diese Weise könnte man das wertvolle und nur endlich verfügbare Erdöl einsparen und gleichzeitig die Umwelt entlasten. BIODIESEL, BIOETHANOL

Ein Konzept besteht darin, auf Rohstoffe zurückzugreifen, die sich immer wieder erneuern. In Deutschland ist dies die Biomasse. ÖFFENTLICHER PERSONENNAHVERKEHR

Der Öffentliche Personennahverkehr (ÖPNV) muss attrak tiver werden – eine Forderung, die schon seit Jahrzehnten besteht. Eigene Fahrspuren und Vorrangregeln für Busse in Innenstädten sowie ein modernes Verkehrsmanagement gehören dazu. Verbindungen aus den umliegenden Regio nen der Städte sollten ohne hinderliches und zeitrauben des Umsteigen bis in die Stadtzentren angeboten werden. Schnelle Verbindungen könnten Züge des Regionalver kehrs sichern, die sowohl im Bundesbahnnetz als auch weiterführend im U- und Stadtbahnnetz einsetzbar sind.

04 | ENERGIEEFFIZIENZ

Bekannt und genutzt wird Biodiesel, der weltweit aus Raps, Sonnenblumen oder Ölpalmen hergestellt wird. Mit Biodiesel kann der Dieselkraftstoff substituiert werden. In Deutschland ist der Grundstoff meistens Rapsöl, deshalb wird Biodiesel oft als RME (Rapsöl-Methylester) bezeichnet. Weiterhin wird in Deutschland Bioethanol als Zusatz zum fossilen Ottokraftstoff (Benzin) verwendet. Bekannt ist dieser Kraftstoff unter der Bezeichnung E 10. Dies ist Su perbenzin mit bis zu 10 % Bioethanol. Bioethanol wird durch Vergärung biogener Rohstoffe und anschließende Destil lation hergestellt.

In Deutschland werden für die Herstellung von Bioethanol vorwiegend Zuckerrüben und Getreide verwendet. Das Angebot an Biokraftstoffen wird in Deutschland durch das Biokraftstoffquotengesetz geregelt. Das Ge setz verpflichtet die Mineralölwirtschaft, bestimmte An teile an Biokraftstoffen einzusetzen. Dieses Gesetz dient der Umsetzung einer EU-Richtlinie, die vorgibt, dass jeder Mitgliedstaat im Jahr 2020 mindestens 10 % seines End energieverbrauchs im Verkehrssektor aus erneuerbaren Energiequellen decken soll. Der Vorteil der Biokraftstoffe ist, dass hierbei kein zusätz liches CO2 freigesetzt wird. Denn bei der Verbrennung der Biomasse im Motor wird ungefähr so viel Kohlendioxid freigesetzt, wie die Pflanzen in ihrer Wachstumsphase aus der Atmosphäre entnommen haben. Biomasse ist daher regenerativ und weitgehend klimaneutral. Der Nachteil ist, dass es sich bei ölhaltigen Pflanzen um Lebens- und Fut termittel handelt, die letztlich zu schade zum Verbrennen sind. Darüber hinaus werden für den Anbau große land wirtschaftliche Flächen benötigt. Deshalb arbeitet die For schung daran, Verfahren zu optimieren, bei denen nicht nur die ölhaltigen Samen, sondern ganze Pflanzen oder auch Holzabfälle zur Gewinnung von Biokraftstoffen verwendet werden können. Übrigens: „Biokraftstoff“ bedeutet nicht, dass die Gewin nung der Biomasse im Rahmen einer ökologisch ausgerich teten Landwirtschaft erfolgt. „Bio“ ist nur ein Hinweis auf den pflanzlichen, also biologischen Ursprung des Kraftstof fes (im Gegensatz zu den Mineralölprodukten).

ERDGAS-AUTO

Automobile, die mit einem Verbrennungsmotor angetrie ben werden, lassen sich auch mit komprimiertem Erdgas als Kraftstoff betreiben. Hierbei entspricht der Motor einem herkömmlichen Ottomotor, bei dem anstatt des BenzinLuft-Gemisches ein Erdgas-Luft-Gemisch verbrannt wird. Im englischen Sprachraum bezeichnet man diese ErdgasStraßenfahrzeuge als CNG vehicles (Compressed Natural Gas). Die ersten Serienfahrzeuge sind in Deutschland schon seit dem Jahr 1994 auf dem Markt. Zahlreiche Betreiber von Auto-Flotten setzen Erdgas-Autos ein. Weiterhin verfügen Verkehrsträger über Omnibusse für den Stadtverkehr, die auf Erdgasbasis fahren. Zum 31.12.2016 lag der Gesamtbe stand an Erdgasfahrzeugen in Deutschland bei rund 94.000, darunter rund 1.300 Omnibusse und 15.000 Lastkraftwagen. Der Anteil der Erdgasfahrzeuge am gesamten Bestand an Kraftfahrzeugen liegt in Deutschland bei etwa 0,2 %. Welt weit betrachtet haben Erdgas-Autos in anderen Ländern eine z. T. erheblich größere Verbreitung, beispielsweise im Iran, in China oder in Pakistan. Weltweit sind über 15 Mio. Erdgas-Fahrzeuge zugelassen. Erdgas-Autos sind in der Anschaffung teurer als entspre chende Benzinfahrzeuge. Doch Kraftstoffpreis und KfzSteuer liegen niedriger. Entscheidend für die Nutzung von Erdgas als Kraftstoff ist ein entsprechend dichtes Netz an Erdgas-Tankstellen. In Deutschland stehen zurzeit fast 900 Tankstellen zur Verfügung. Sie sind am CNG-Hinweisschild zu erkennen. Damit ist deutschlandweit inzwischen eine gute Flächenabdeckung erreicht.

Anzahl Erdgasfahrzeuge in Deutschland*

27.175

2005

85.728

2010

93.766

2017

* Zugelassene Erdgasfahrzeuge jeweils zum 1. Januar des Jahres (Pkw und Nutzfahrzeuge)

Quelle: KBA, gibgas

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Im Vergleich zum benzinbetriebenen Auto emittieren Erdgas-Fahrzeuge bis zu 25 % weniger Kohlendioxid und setzen kaum Luftschadstoffe frei. Obgleich die Lager stätten groß sind, ist Erdgas ein erschöpflicher fossiler Energieträger. Doch Erdgas-Fahrzeuge können auch mit entsprechend aufbereitetem Biogas (Biomethan) sowie einer beliebigen Mischung aus Erdgas und Biogas betrie ben werden. Biomethan ist ein heimischer Energieträger, der durch Vergärung aus Rest- und Abfallstoffen, also aus anfallender Biomasse gewonnen wird. In diesem Sinn leis ten Erdgas und Biomethan als Kraftstoff einen Beitrag zum Klimaschutz und zur Erhöhung der Versorgungssicherheit.

Technik im Elektroauto

ELEKTROAUTO

Der Verbrennungsmotor hat im Straßenverkehr eine mehr als 100-jährige Entwicklungsgeschichte hinter sich. Ein völ lig anderes Konzept für die Mobilität auf Straßen stellt der Elektromotor dar. Die mit elektrischer Energie angetriebe nen Autos bezeichnet man als Elektroautos. Die benötigte Antriebsenergie Strom wird meist in einem Akkumulator im Auto mitgeführt. Sie kann aber auch an Bord aus anderen Energieträgern erzeugt werden, z. B. in einer Brennstoff zelle.

1 Ladeanschluss, Ladestecker 2 Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie 3 Leistungselektronik (Steuerung) 4 Elektromotor 5 Batterie-Management-System, BMS (App-fähig) 6 Motorraum (Antriebs- & Nebenaggregate) 7 Antiblockiersystem (ABS) & elektronischesStabilitätsprogramm (ESP)

Doch der Elektromotor ist dem Antrieb über einen Verbren nungsmotor in vielen Eigenschaften überlegen: ↘↘ einfacher Aufbau des Antriebsstrangs, ↘↘ Schaltgetriebe, Automatikgetriebe oder eine Kupplung sind nicht erforderlich, ↘↘ hoher Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung, ↘↘ geringe Geräuschentwicklung, ↘↘ keine Emission von Abgasen, also keine Umweltbelas tung vor Ort. Der Elektromotor ist technisch ausgereift. Elektroautos können jedoch mit den heutigen Akkumulatoren noch nicht die Reichweiten erreichen, die bei einem Auto mit Verbrennungsmotor möglich sind. Dies liegt an der gerin geren Energiedichte der elektrischen Energiespeicher im Vergleich zu den konventionellen Kraftstoffen. Eine breite Markteinführung von Elektroautos setzt leis tungsfähige, leicht handhabbare, alltagstaugliche und im Preis angemessene Speicher für elektrische Energie voraus. Von besonderem Interesse sind hierbei die sogenannten Lithium-Ionen-Batterien. Die Speicherung elektrischer Energie beruht hierbei auf der Einlagerung von Lithium- Ionen (Li+) in die Schichtstruktur einer Kathode aus Graphit. Diese Akkumulatoren haben besonders hohe Energiedich ten, sie sind thermisch stabil und liefern eine weitgehend konstante Spannung.

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8 Rekuperation (Umwandlung kinetische E nergie in elektrische Energie > Bremsen) 9 Hochvoltkabel (von Ladedose zu Akku, 324 V) 10 Niedervoltbatterie (12 V, DC-Wandler) Quelle: www.elektromobilitaet.com

Die Technologie der Akkumulatoren ist heute zwar alltags tauglich. Jedoch ist ihre Weiterentwicklung insbesondere unter folgenden Aspekten erforderlich: Energiedichte Derzeit beträgt die Energiedichte etwa 140 Wh/kg; an gestrebt wird eine Steigerung auf 200, langfristig auf 250 Wh/kg. Mit Akkumulatoren der nächsten Generationen dürften Elektroautos die gleiche Reichweite erreichen wie ein Automobil mit klassischem Verbrennungsmotor. Ladezeit Viele Elektroautos können ihre Akkumulatoren an Schnell ladestationen aufladen. Hier wird an der Verkürzung der La dezeit in den Bereich weniger Minuten geforscht. Lebensdauer Zurzeit etwa 3.000 vollständige Ladezyklen; bei einer Reichweite von 100 km pro Ladung liegt die Gesamt-Reich weite des Akkumulators bei 300.000 km.

Energieströme im Hybrid-Auto bei normalem Fahrbetrieb

Mechanische Energie 1 Getriebe 2 E-Motor

bei niedriger Geschwindigkeit

Elektrische Energie 3 Generator 4 Batterie

Recycling Das Ziel: Alle Teile des Akkumulators sollten wiederver wertbar sein. Ausgemusterte Autobatterien werden teil weise erneuert und als Hausbatteriespeicher verwendet. Kosten Ohne den Akkumulator sind die Herstellungskosten eines Elektroautomobils durchaus vergleichbar mit denen eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Der zusätzliche und entscheidende Kostenfaktor ist der Akkumulator. Kostet ein Standard-Auto etwa 25 Tsd. Euro, so liegt der Preis für das entsprechende Elektroauto mit vergleichbarer Ausstat tung im Bereich von 35 Tsd. Euro. Die Anzahl der batterieelektrischen Fahrzeuge in Deutsch land liegt zurzeit bei ca. 77.000 (inklusive Plug-in-Hybrid). Auf dem Markt sind etwa 30 Serienmodelle mit Elektroan trieb. Erst der Durchbruch bei der Produktion von kosten günstigen und leistungsfähigen Akkumulatoren wird dazu führen, dass das Elektroauto große Stückzahlen erreicht. Für den Ladevorgang bei den Elektrofahrzeugen stehen zurzeit in Deutschland etwa 7.400 öffentliche Ladepunkte zur Verfügung. Über 1.140 Städte und Kommunen sind mit mindestens einer Ladestation ausgestattet. Weltweit sind zurzeit 750.000 Elektroautos auf den Straßen unterwegs. Sie laufen unter der Bezeichnung „Zero Emissi on Vehicle“ (ZEV), da bei ihrem Betrieb keine Schadstoffe emittiert werden. Sicherlich wird auf absehbare Zeit der Verbrennungsmotor seine Bedeutung im Straßenverkehr noch behalten. Doch das Elektroauto erfährt zunehmend große Aufmerksam keit. Elektroautos können einen wichtigen Beitrag zur CO2Vermeidung leisten. Schon mit dem aktuellen Strommix in Deutschland sind Elektroautos klimaschonender als Ben

beim Bremsen

Chemische Energie 5 Tank 6 Motor

zin- oder Dieselfahrzeuge. Der weitere Ausbau der Erneu erbaren Energien zur Stromerzeugung wird die Klimabilanz noch verbessern. Ein weiterer Aspekt sind die möglichen Synergien zwischen dem Verkehrssektor und der Energie versorgung: Autos werden im Mittel nur etwa zwei Stun den am Tag gefahren. Mit seinem Akku stellt jedes Auto während der Parkzeit einen potenziellen Stromspeicher dar. Diese Energie kann vom Auto während der Fahrt selbst ge nutzt werden. Sie lässt sich aber auch bei Bedarf wieder ins Stromnetz zurückspeisen. Da die Akkus der Elektroau tos zeitlich variabel geladen werden können, lässt sich die Netzeinspeisung aus tages- und jahreszeitlich schwanken den Erneuerbaren Energien besser ausgleichen. Die Technologien für die Energiespeicher sowie die In frastruktur für die Elektromobilität bilden zurzeit einen Schwerpunkt intensiver Forschung und Entwicklung. Die Bundesregierung hat hierzu den „Nationalen Entwick lungsplan Elektromobilität“ erstellt. Dieser Plan verfolgt das Ziel, dass auf Deutschlands Straßen bis zum Jahr 2020 eine Million Elektrofahrzeuge fahren. Eine Lösung, die jetzt schon größere Verbreitung gefun den hat, sind Hybridfahrzeuge. Dies sind Autos, die sowohl von einem Elektromotor als auch von einem Verbren nungsmotor angetrieben werden und die ihre Energie aus einem Kraftstofftank und einem Speicher für elektrische Energie (z. B. Akkumulatoren im Fahrzeug) beziehen. Der Hybridantrieb wird im Serienautomobilbau eingesetzt, um die Effizienz zu verbessern und den Verbrauch an fossi len Kraftstoffen zu verringern. Der Verbrennungsmotor kann beim Hybridantrieb häufiger und länger in einem günstigen Wirkungsgradbereich betrieben werden. An fallende überschüssige Energie wird über einen Genera tor für die Akkuladung verwendet. Beim Beschleunigen arbeiten Verbrennungs- und Elektromotor gemeinsam.

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Es kann also ein kleinerer Verbrennungsmotor verwendet werden. Beim Bremsen und im Schubbetrieb wird ein Teil der Bremsenergie in den Akkumulator zurückgeführt. Ins besondere im Stadtverkehr und beim Bergab-Fahren trägt die Rückgewinnung zur Verbrauchsverminderung bei. Wird keine oder wenig Antriebsleistung benötigt, schaltet der Verbrennungsmotor ganz ab.

Entscheidend ist, woher der Wasserstoff stammt. Grund sätzlich muss der Wasserstoff, bevor er in der Brennstoff zelle genutzt werden kann, mit Hilfe von elektrischer Ener gie erzeugt werden (Elektrolyse des Wassers). Eine andere Möglichkeit besteht darin, Wasserstoff aus wasserstoffhal tigen Brennstoffen wie Erdgas oder Methanol zu gewinnen. Allerdings könnte dann das Erdgas auch direkt getankt und im Verbrennungsmotor (Gasmotor) des Fahrzeugs direkt genutzt werden.

Wird der Akkumulator nur über den eingebauten Genera tor geladen, bezeichnet man den Hybrid als „autark“. Wird der Akku vor der Fahrt am Stromnetz geladen, ist dies ein sogenannter Plug-in-Hybrid.

Optimal für den Klimaschutz wäre es, wenn sich der ge nutzte Wasserstoff mittels Erneuerbarer Energie kosten günstig aus Wasser herstellen ließe. Dies würde dann auf einen Kreislaufprozess hinauslaufen. Strom aus Photovoltaikanlagen oder aus Windkraftwerken zerlegt Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. In der Brennstoffzelle wird der für den Elektromotor erforderliche Strom wieder durch eine Reaktion des Wasserstoffs mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser erzeugt. Allerdings lässt sich dieser regenerativ erzeugte Strom auch direkt ins Stromnetz einspeisen und damit nutzen, ohne die relativ hohen Energieverluste, die bei der Wasserzerlegung entstehen.

Seit Anfang 2016 fahren in Deutschland über 130.000 Hy bridfahrzeuge, also Fahrzeuge mit mindestens zwei An triebsarten. In der Praxis sind dies Fahrzeuge mit einem Verbrennungs- und einem Elektromotor. BRENNSTOFFZELLE

Bei der Suche nach neuen Speichermöglichkeiten kann Wasserstoff eine Alternative sein. Wasserstoff bildet die Basis für die Zukunftstechnologie: Brennstoffzelle. Mit der Brennstoffzelle können Wasserstoff und Sauerstoff zu Was ser verbunden werden, dabei entsteht elektrische Energie, mit der schon heute versuchsweise Fahrzeuge angetrieben werden. Einige führende Autohersteller betreiben For schungsprojekte zu Brennstoffzellenfahrzeugen. Denn ein Fahrzeug anzutreiben mit elektrischem Strom, der aus Was serstoff und dem Sauerstoff aus der Luft, zusammengeführt in der Brennstoffzelle, entsteht, klingt sehr verlockend. Das „Verbrennungsprodukt“ ist Wasser. Das BrennstoffzellenFahrzeug setzt überhaupt kein Treibhausgas frei.

Neben der Herstellung des Wasserstoffs bleibt noch ein weiteres Problem: Brennstoffzellen mit der gewünschten Leistung sind noch sehr teuer, deshalb ist es bis zum mas senhaften Einsatz von Brennstoffzellen in Fahrzeugen noch ein weiter Weg.

Aufbau einer Brennstoffzelle Gleichstrom entsteht 2 Elektronen

Sauerstoff O2

2 Freie Elektronen durch äußeren Kreislauf als elektrischer Strom genutzt. Protonen breiten sich durch Membran zur Kathode aus.

Reformer Erdgas

Wasserstoff H2 (bzw. wasserstoffreiches Prozessgas)

H+

Anode

Elektrolyt / Membran

1 Wasserstoffatome teilen sich in Elektronen und Protonen.

warmes Wasser H2O Kathode

3 Sauerstoff aus der Luft verbindet sich mit Elektronen aus dem äußeren Kreislauf und Protonen zu Wasser. Dabei entsteht Wärme.

Quelle: BDEW

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Ausblick

Mit Energieeffizienz in die Zukunft Wie werden wir 2030 oder 2050 leben? Plus-Energiehäuser sind dann lange schon Standard, das passende Elektrofahrzeug auf einem, zwei oder vier Rädern ist abrufbereit. Oder nutzen wir ein schwebendes Board? Wird überhaupt noch zur Arbeit „gefahren“ oder arbeitet jeder vom Platz seiner Wahl in der Community und steuert die Prozesse?

Science Fiction-Filme aus früheren Jahrzehnten muten heute reichlich skurril an, denn sie haben mit unserer Le benswirklichkeit meist wenig zu tun. Insofern muss man sich eine Welt vorstellen, deren technologische Möglich keiten heute noch nicht annähernd bekannt sind. Geforscht und entwickelt wird in alle Richtungen, durchsetzen sollen sich die effizientesten, besten Lösungen. Die rasante Entwicklung der mobilen Internetnutzung ist hier ein Beispiel: Smartphones machten viele nützliche An wendungen für breite Schichten überhaupt erst interessant und zugänglich. Eine Entwicklung, die vor 20 Jahren wohl kaum jemand so vorhergesehen hat, als man sich mit einem piepsenden Modem noch in das Internet eingewählt hat. Heute sind Jugendliche permanent im Internet.

Die UN schätzt, dass die Weltbevölkerung von heute bis 2050 um rund ein Viertel auf 9,7 Mrd. ansteigt. Umso wich tiger ist es, den vom Menschen verursachten Klimawan del zu begrenzen. Damit auch so viel mehr Menschen über eine sichere und bezahlbare Energieversorgung verfügen können, ist eine Erhöhung der Energieeffizienz weltweit unerlässlich. Die Bundesregierung hat das bereits erkannt und für die Energiewende den Grundsatz „Efficiency first“ – sinngemäß: „Vorrang für Energieeffizienz“ ausgegeben. Doch bei der Umsetzung sind wir alle gefragt, die Politik kann nur die Weichen stellen. Energieeffizienz geht daher jeden an: im Industriebetrieb, im Büro, unterwegs oder zu Hause. Dabei lässt sich auch ohne Verzicht auf Komfort oder Leistung sehr viel erreichen. Bewusstsein für mehr Energieeffizienz ist daher sehr wichtig und gehört zu den grundlegenden Werten der Gesellschaft.

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Autor Dr. rer. nat. Jan Witt hat nach dem Studium der Physik und Mathematik in Leipzig als wissenschaftlicher Assistent an der Universität Leipzig gearbeitet und 1991 promoviert. Seit 1992 war er u. a. mehrere Jahre als Referent für die Schulinforma tion bei der Hauptberatungsstelle für Elektrizitätsanwen dung – HEA– e. V. in Frankfurt am Main tätig. Seit 2008 ist er Geschäftsbereichsleiter im Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) e. V. und Geschäftsführer der HEAFachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e. V. in Berlin.

Fotonachweise

Impressum HERAUSGEBER

BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. Reinhardtstraße 32, 10117 Berlin VERLAG

wvgw Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH Josef-Wirmer-Straße 3, 53123 Bonn Tel. 0228 9191-40, Fax. 0228 9191-499 info@wvgw.de, www.wvgw.de REDAKTION

Claudia Oberascher, BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. DRUCK

Titel: shutterstock.com/ Ivan Smuk; Seite 3: BDEW/Roland Horn; Seite 8: www.co2online.de/Phil Dera; Seite 16: AEG; Seite 22: Christian Thomas; Seite 32: istockphoto.com; Seite 38: Initiative Energieeffizienz/dena; Seite 40: inno2grid GmbH/ Vipul Toprani; Seite 42: Deutsche Bahn AG; Seite 45: Pro Mobilität/Schilp

Zimmermann Druck + Verlag GmbH, Balve 1. Auflage, Juni 2017 Artikelnummer: 309554 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urhe berrechtlich geschützt. Jede Verwertung außer halb des Urheberrechtsgesetzes ist ohne schrift liche Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt vor allem für Vervielfältigungen in jedweder Form. Weiterhin sind Übersetzungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektroni schen Systemen verboten.

Onlineportal Berufswelten Energie & Wasser Die Energiewende ist eine der wichtigsten, aber auch eine der komplexesten Herausforderungen unserer Zeit. Für den Übergang zu den Erneuerbaren Energien und eine nachhaltige und sichere Energieversorgung von morgen benötigen die Unternehmen der Energiewirtschaft bereits heute motivierte und qualifizierte Nachwuchskräfte mit unterschiedlichen Stärken und Fähigkeiten. Das Onlinepor tal „Berufswelten Energie & Wasser“ gibt einen fundierten Überblick zu den Einstiegsmöglichkeiten in diese vielfältige und zukunftsorientierte Branche. Nutzen auch Sie die „Berufswelten“, um Ihre Schülerinnen und Schüler über die spannenden Studien- und Ausbildungsmöglichkeiten im Bereich der Erneuerbaren Energien zu informieren!

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