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Einführung in die Energieeffizienz für Auszubildende
Curriculum Energie-Scouts 2014
Inhalte
24.04.2014 2
I. Energie und Gesellschaft
II. Energietechnische Grundlagen
III. Energie und Unternehmen
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden, Prozessen und
Anlagen
I. Energie und Gesellschaft
24.04.2014 3
• Was ist Energie?
• Energieerzeugung bzw. -verbrauch
• Endliche Ressourcen
• Energiewende und Klimawandel
6
I. Energie und Gesellschaft Was ist Energie?
Energie, die
Wortart: Substantiv, feminin
1. mit Nachdruck, Entschiedenheit [und Ausdauer]
eingesetzte Kraft, etwas durchzusetzen; starke körperliche
und geistige Spannkraft, Tatkraft
„Enérgeia ist die Wirkkraft, durch die
Mögliches in Seiendes übergeht.“
Aristoteles
(384 v. Chr. – 322 v. Chr.)
„Energie kann nicht erzeugt, sondern nur von der
einen Form in die andere umgewandelt werden.“
James Prescott Joule
(1818 − 1889)
Brockhaus-Konversations-Lexikon
(14. Aufl. 1898)
Duden - Deutsches Universalwörterbuch
(7. Aufl. 2011)
2. (Physik) Fähigkeit eines Stoffes, Körpers oder
Systems, Arbeit zu verrichten
I. Energie und Gesellschaft Energieerzeugung bzw. -verbrauch
Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB) 09/2011
Eigene Darstellung
Primärenergie
Sekundärenergie
Endenergie
Energieflussbild 2011
für die Bundesrepublik
Deutschland
7
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I. Energie und Gesellschaft Energieerzeugung bzw. -verbrauch
Mineralöl
32,9%
Erdgas
21,5%
Steinkohle
12,9%
Braunkohle
12,0%
Kernenergie
7,9%
Andere
1,3% Erneuerbare
11,6%
Primärenergiebedarf 2012
für die Bundesrepublik
Deutschland
Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB)
Eigene Darstellung
24.04.2014 9
I. Energie und Gesellschaft Energieerzeugung bzw. -verbrauch
Raumwärme
26,0%
Beleuchtung
4,0%
Warmwasser
5,0% Prozesswärme
23,0% Prozesskälte
2,0%
mechanische
Energie
38,0%
Informations- und Kommunikationstechnik
2,0%
Quelle: Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AGEB), Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW)
Eigene Darstellung
Energieverbrauch nach
Anwendungsbereichen in der
Bundesrepublik Deutschland
2012
24.04.2014 10
I. Energie und Gesellschaft Endliche Ressourcen
Quelle: BMWi, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, 2012
Eigene Darstellung
Geschätzte Reichweiten der weltweiten Rohstoff-Reserven
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I. Energie und Gesellschaft Endliche Ressourcen
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Gas- und Ölpreisentwicklung in der Bundesrepublik Deutschland (Monatswerte quartalsweise geglättet, in Cent/kWh)
Gaspreise Haushalte (Gesamtpreis inkl. USt.)
Ölpreise Haushalte
(Gesamtpreis inkl. USt.)
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I. Energie und Gesellschaft Endliche Ressourcen
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Strompreisentwicklung in der Bundesrepublik Deutschland 2003-2013 (in Indexpunkten gemessen an 2010=100%, Monatswerte quartalsweise geglättet)
Strompreisindex
Sondervertragskunden
Strompreisindex
Endverbraucher
I. Energie und Gesellschaft
Energiewende
Als Energiewende wird die Realisierung einer nachhaltigen Energieversorgung in
den Sektoren Strom, Wärme und Mobilität mit erneuerbaren Energien
bezeichnet. Hierzu zählen Windenergie, Sonnenenergie (Solarthermie,
Photovoltaik), Wasserkraft, Bioenergie (einschließlich Energie aus Deponiegas
und Klärgas) und Erdwärme.
Energiewende und Klimawandel
24.04.2014 13
24.04.2014 14
I. Energie und Gesellschaft Energiewende und Klimawandel
Die Energiewende der Bundesrepublik Deutschland
Treibhausgasreduktion
Energieeffizienz Ausbau erneuerbarer
Energien
Energie-
wende
I. Energie und Gesellschaft
• Reduzierung der Treibhausgas-Emissionen bis 2020 um mindestens 40
Prozent gegenüber dem Stand von 1990. Zielwert von 80-95 Prozent im Jahr
2050 über Maßnahmen nach einem noch nicht definierten Klimaschutzplan.
• Ausbau der erneuerbaren Energien wird gesetzlich festgelegt. 40-45 Prozent
bis zum Jahr 2025. 55-60 Prozent im Jahr 2035.
• Im Jahr 2014 soll ein neuer Nationaler Aktionsplan Energieeffizienz erstellt
werden und über verschiedene Fördertöpfe unterstützt umgesetzt werden.
• Ziel der Koalition ist es, bis 2050 einen klimaneutralen Gebäudebestand in der
Bundesrepublik zu erreichen. Dies soll durch Sanierung und den dezentralen
Einsatz erneuerbarer Energien umgesetzt werden.
Energiewende und Klimawandel
24.04.2014 15
Ziele der Bundesregierung (Koalition SPD/CDU/CSU) (Stand März 2014)
24.04.2014 16
I. Energie und Gesellschaft Energiewende und Klimawandel
CO2-Relevanz eingesetzter Energieträger
Energieträger CO2-Emission
(in g
CO2/kWh)
Steinkohle 340
Braunkohle 360
Heizöl 280
Flüssiggas 230
Erdgas 200
Strom (Strommix Deutschland) 565 Quelle: Statistisches Bundesamt, 2012
Bei der Stromerzeugung mit einem Brennstoff muss zusätzlich der
Kraftwerkswirkungsgrad berücksichtigt werden.
24.04.2014 17
I. Energie und Gesellschaft Energiewende und Klimawandel
CO2-Emission bei der Herstellung ausgewählter Produkte
Produkt CO2-Emission
Eine Tasse Kaffee 75 g CO2
Eine Packung Erdbeeren 442 g CO2
Eine Rolle Toilettenpapier 250 g CO2
Sechser-Packung Freiland Bioeier 1178 g CO2
Telefonanschluss 144 kg CO2
Quelle: Plattform Klimaverträglicher Konsum Deutschland, 2012
I. Energie und Gesellschaft
Klimawandel
Unter dem Begriff Klimawandel versteht man eine messbare Veränderung des
Klimas der Erde, unabhängig von den Ursachen.
Die gegenwärtige, vor allem durch den Menschen verursachte globale
Erwärmung ist ein Beispiel für einen Klimawandel.
Energiewende und Klimawandel
24.04.2014 18
II. Energietechnische Grundlagen
24.04.2014 19
• Energieformen und ihre Einheiten
• Effizienz und Effektivität
• Energie aus erneuerbaren Quellen
1 J (Joule) = 1 Ws (Wattsekunde)
1 kJ (Kilojoule) = 0.2778 Wh
1 MJ (Megajoule) = 0.2778 kWh
1 GJ (Gigajoule) = 0.2778 MWh = 0.02388 toe
1 kWh (Kilowattstunde = 3.600000 J = 3.600 kJ = 3.6 MJ
1 MWh (Megawattstunde) = 3.6 GJ = 0.086 toe
1 toe (Tonne Oil Equivalent) = 11.63 MWh = 41.868 GJ
103 kilo (k) = Tausend
106 mega (M) = Million
109 giga (G) = Milliarde
1012 tera (T) = Billion
1015 peta (P) = Billarde
1018 exa (E) = Trillion
24.04.2014 20
II. Energietechnische Grundlagen Energieformen und Ihre Einheiten
Einheiten der Energie
II. Energietechnische Grundlagen
mechanische mechanische mechanische
Leistung Arbeit Kraft
P = W/t W = F s F = m a
P = Leistung in Watt [W] / Joule pro Sekunde [J/s]
W = Arbeit in Newtonmeter [Nm] / Joule [J]
t = Zeit in Sekunden [s]
F = Kraft in Newton [N]
s = Strecke in Meter [m]
m = Masse in Kilogramm [kg]
a = Beschleunigung in Meter pro Sekunde-Quadrat [m/s²]
Energieformen und Ihre Einheiten
24.04.2014 21
Formeln im Überblick…
* vereinfacht dargestellt
II. Energietechnische Grundlagen
elektrische elektrische*
Leistung Energie
P = U I E = P t
P = Leistung in Watt [W]/ Joule pro Sekunde [J/s]
U = Spannung in Volt [V]
I = Stromstärke in Ampere [A]
E = Energie in Joule [J] / Wattsekunde [Ws]
t = Zeit in Sekunden [s]
Energieformen und Ihre Einheiten
24.04.2014 22
Formeln im Überblick…
II. Energietechnische Grundlagen
• 2 Minuten duschen
• Smartphone 166 Stunden aufladen (6 Watt)
• 5 Stunden Xbox spielen
• 13-20 Stunden Fernsehen (40 Zoll LCD)
• 17 Stunden Licht einer Glühlampe (60 Watt)
• 90 Stunden Licht einer Stromsparlampe (11 Watt)
• 60 Minuten auf mittlerer Stufe staubsaugen (1000W-Staubsauger)
• Eine Maschine Wäsche bei 60 Grad waschen
• 8 Baumwollhemden bügeln
Energieformen und Ihre Einheiten
24.04.2014 24
Was kann man mit einer Kilowattstunde Strom machen? (1 kWh Strom entspricht für den Endkunden etwa 28 Cent)
Formen der Energie
Mechanische Energie
Thermische Energie
Elektrische Energie
Chemische Energie
Beispiele
Kernenergie
Wenn ein beliebiger Körper sich bewegt, besitzt er
kinetische Energie. Wird er angehoben, spricht man
von potentieller Energie. Ein Motor setzt elektrische
in mechanische Energie um.
Gas, Öl und Kohle werden verbrannt, so entsteht
thermische Wärmeenergie.
Strom aus der Steckdose ist elektrische Energie. Sie
wird genutzt, um Maschinen u. ä. zu betreiben
Wenn Kohle verbrennt, wird die in ihr gespeicherte
chemische Energie durch die Abgabe von Wärme und
Licht in thermische Energie umgesetzt.
Die in Atomen gespeicherte Energie wird z. B. in
Kernkraftwerken in thermische Energie
umgewandelt, welche später in elektrische Energie
umgewandelt wird. 24.04.2014 25
II. Energietechnische Grundlagen Energieformen und Ihre Einheiten
II. Energietechnische Grundlagen
Die Energieeffizienz ist ein Maß für den Energieaufwand zur Erreichung eines
festgelegten Nutzens. Im Gegensatz zum Wirkungsgrad bedarf der Nutzen hier
keiner energetischen Definition. Ein Vorgang ist dann effizient, wenn ein
bestimmter Nutzen mit minimalem Energieaufwand erreicht wird. Die
Steigerung der Energieeffizienz führt zu einer Energieeinsparung.
Effizienz und Effektivität
24.04.2014 28
Energiemix Erneuerbare Energien
in der Bundesrepublik
Deutschland 2012
Quelle: Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat)
Eigene Darstellung 24.04.2014 29
II. Energietechnische Grundlagen Energie aus erneuerbaren Quellen
III. Energie und Unternehmen
24.04.2014 30
• Energieverbrauch in Unternehmen
• Kostenstruktur in der Industrie
• Amortisation von Einsparpotenzialen
• Beispiele aus Unternehmen
Chemische Erzeugnisse 34,3
Metalle 17,8
Kokerei- und Mineralölerzeugnisse 9,7
Glas, Glaswaren, Keramik, verarbeitete
Steine und Erden 7,8
Papier, Pappe und Waren daraus 6,3
Nahrungs- und Futtermittel, Getränke,
Tabakerzeugnisse 5,9
Kraftwagen und Kraftwagenteile 3,2
Metallerzeugnisse 2,8
Gummi- und Kunststoffwaren 2,5
Maschinen 2,5
Holz, Holz-, Kork-, Flecht- und Korbwaren 1,8
Elektrische Erzeugnisse 0,8
Möbel und sonstige Waren 0,8
Textilien, Bekleidung, Leder und
Lederwaren 0,8
Pharmazeutische Erzeugnisse 0,7
Druckereileistungen 0,7
Sonstige Fahrzeuge 0,4
Reparatur, Instandhaltung und Installation
von Maschinen 0,4
Quelle: Statistisches Bundesamt Datenbank Genesis, Stand 2012
24.04.2014
III. Energie und Unternehmen Energieverbrauch in Unternehmen
Primärenergieverbrauch nach Branchen in der Bundesrepublik Deutschland 2011
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Eisengießereien 51,1 37,3 8,1 3,3 1,1 0,9 0,9 0,4
Herstellung von chemischen Erzeugnissen 61 25,7 4,4 2,6 0,8 2,7 1,3 0,5 Herstellung von Textilien 55,3 33 3,7 1,7 1,8 2,5 1 0,6
Herstellung von Bier 31,2 42,2 3,5 3,2 3,4 5,9 0,9 9,1
Obst- und Gemüseverarbeitung 65,9 24,2 2,8 2,4 1,8 2,2 0,8 0,5
Herstellung von sonstigen Kunststoffwaren 50,7 36,3 2,5 1,9 2,3 3,2 0,8 0,9
Herstellung von Druckerzeugnissen 44,6 44,6 2,4 2,4 3,8 4,3 1,3 0,5 Herstellung von sonstigen Möbeln 49,6 39,9 1,7 1,6 2,4 1,9 0,6 0,6 Herstellung von Kabeln und elektrischem Installationsmaterial 55,3 32,2 1,1 1,5 1,4 2,7 0,8 0,6
Quelle: Statistisches Bundesamt Datenbank Genesis, Tabelle 42251-0006 (Fachserie 4, Reihe 4.3), 2012
Kostenstruktur der Industrie
in der Bundesrepublik
Deutschland 2011
(Anteile am Bruttoproduktionswert in %)
24.04.2014 34
III. Energie und Unternehmen Energieverbrauch in Unternehmen
24.04.2014 37
III. Energie und Unternehmen Beispiele aus der Praxis
Ressourcen- und Energiescouts der Wirtschaftsjunioren Lippe (2013)
• Firmeninternes Projekt der Auszubildenden
• Optimierung des Druckluftsystems inklusive
Leckage-Suche
• Insgesamt 75 Undichtigkeiten aufgedeckt
• Alter Kompressor inzwischen zu groß, da
der Druckluftbedarf durch die Beseitigung
von Leckagen stark reduziert worden ist.
24.04.2014 38
III. Energie und Unternehmen Beispiele aus der Praxis
Ressourcen- und Energiescouts der Wirtschaftsjunioren Lippe (2013)
• Firmeninternes Projekt der
Auszubildenden
• Reduzierung des Wasserverbrauchs an
Handwaschplätzen und Beseitigung von
Druckluftleckagen
• Insgesamt 29 aufgedeckte Leckagen im
Druckluftsystem
• Einsparungen von rund 8880,- € pro Jahr
• Einsparung von 8911,5 m³ Wasser pro
Jahr
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III. Energie und Unternehmen Beispiele aus der Praxis
Ressourcen- und Energiescouts der Wirtschaftsjunioren Lippe (2013)
• Firmeninternes Projekt der
Auszubildenden
• Umsetzung eines neuen Walz-
Klebeverfahrens in der Produktion
• Gesamtkosten der neuen Technik:
12.635,- €
• Einsparungen von 35.719,- € pro Jahr
• Amortisierung innerhalb von 0,4 Jahren
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III. Energie und Unternehmen Beispiele aus der Praxis
Unternehmen Branche: Chemische Erzeugnisse
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III. Energie und Unternehmen Beispiele aus der Praxis
Unternehmen Branche: Eisen-, Blech- und Metallwaren
24.04.2014 42
III. Energie und Unternehmen Beispiele aus der Praxis
Unternehmen Branche: Herstellung von sonstigen Kunststoffwaren
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden, Prozessen und
Anlagen
24.04.2014 43
• Die richtige Messtechnik
• Arbeiten an elektrischen Betriebsmitteln
• Einbeziehung der Mitarbeiter
• Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
• Strombasierte Querschnittstechnologien
• Thermisch basierte Querschnittstechnologien
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Arbeitssicherheit: Wer darf was?
• Elektrofachkraft
Die fachliche Qualifikation als Elektrofachkraft wird im Regelfall durch eine
Ausbildung z. B. als Elektroingenieur, -techniker oder -geselle nachgewiesen.
• Elektrofachkraft für festgelegte Tätigkeiten
Das Unternehmen kann für spezielle Tätigkeiten einen elektrotechnischen Laien
(mit abgeschlossener Berufsausbildung) ausbilden lassen, so dass z. B. ein
Küchenmonteur auch den Elektroherd anschließen darf.
• Elektrotechnisch unterwiesene Personen (EuP)
Als elektrotechnisch unterwiesene Person gilt, wer durch eine Elektrofachkraft
ausreichend unterrichtet wurde, so dass sie Gefahren vermeiden kann, die von
der Elektrizität ausgehen können.
Arbeiten an elektrischen Betriebsmitteln
24.04.2014 46
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrotechnisch unterwiesene Personen (EuP)
Die Unterweisung sollte folgende Einzelpunkte umfassen:
• Gefahren des elektrischen Stroms für den menschlichen Körper
• Rechtsgrundlagen, insbesondere Unfallvorschrift BGV A3 „Elektrische
Anlagen und Betriebsmittel“ unter Berücksichtigung der zutreffenden VDE-
Bestimmungen
• die fünf Sicherheitsregeln
• notwendige Schutzeinrichtungen und Schutzmaßnahmen
• praktische Unterweisung in den durchzuführenden Arbeiten
Arbeiten an elektrischen Betriebsmitteln
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Arbeiten an elektrischen Betriebsmitteln
24.04.2014 48
Die 5 Sicherheitsregeln
1. Freischalten An der Arbeitsstelle müssen alle Zuleitungen spannungsfrei sein.
2. Gegen Wiedereinschalten sichern
Zuverlässig verhindern, dass die elektrischen Anlagen und Betriebsmittel wieder unter Spannung gesetzt werden.
3. Spannungsfreiheit feststellen
An der Arbeitsstelle muss mit einem geeigneten Prüfgerät die Spannungsfreiheit zuverlässig festgestellt werden.
4. Erden und Kurzschließen In Anlagen mit Nennspannungen bis 1 kV kann auf die Sicherheitsregeln 4 und 5 im Regelfall verzichtet werden, wenn an der Anlage die Sicherheitsregeln 1 bis 3 eingehalten worden sind.
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken.
Quelle: Berufsgenossenschaft Handel und Warendistribution (BGHW), 2014
24.04.2014 49
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Quelle: Smart ET GmbH, 2014
Einbeziehung der Mitarbeiter
Quelle: Smart ET GmbH, 2014
24.04.2014 50
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einbeziehung der Mitarbeiter
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Haupt-Energieverbraucher im Büro und der Verwaltung
• Büro- und andere Elektrogeräte
• Beleuchtung
• Raumwärme
• Lüftungsanlagen
• Fenster
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Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
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Quelle: Initiative Energieeffizienz, dena
Eigene Darstellung
Bei 200 PCs und Monitoren mit 50 Druckern ergeben sich 7000 € im Jahr.*
*(bei 15,5 ct/kWh)
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Check Liste - Energieeffizienz
1. Büro- und Elektrogeräte
• Prüfung der Liste der Elektrogeräte auf Redundanz. Benötigt z. B. wirklich
jeder Mitarbeiter einen eigenen Drucker oder kann ein Netzwerkdrucker für
mehrere Kollegen aufgestellt werden?
• Müssen es wirklich mehrere Einzelgeräte sein? Die Investition in ein
Multifunktionsgerät, das z. B. Fax, Drucker, Scanner und Kopierer verbindet,
sollte geprüft werden.
• Moderne PCs / Notebooks bieten diverse Stromsparfunktionen. Ist in der
Energieverwaltung der Standby-Modus aktiviert, damit der Computer bei
Arbeitspausen in einen Strom sparenden Modus wechselt?
• Generell empfiehlt sich, die Geräte bei längeren Arbeitspausen oder nach
Feierabend vollständig vom Stromnetz zu trennen. Steckerleisten mit Strom-
Kippschalter ermöglichen das Ausschalten aller angeschlossenen
Elektrogeräte mit einem Handgriff.
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Verbrauchsmessung von
elektrischen Kleinanlagen
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Check Liste - Energieeffizienz
2. Beleuchtung am Arbeitsplatz
• Das Licht sollte nur eingeschaltet werden, wenn es wirklich benötigt wird.
Das Tageslicht reicht meistens für eine ausreichende Beleuchtung aus.
• In vielen Büros werden veraltete Leuchten genutzt. Je nach Benutzungsdauer
und Arbeitsplatzanforderungen amortisieren sich Energiesparlampen sehr
schnell.
• Es sollte festgelegt werden, dass das Licht in Toiletten, Fluren, Küchen etc.
ausgeschaltet wird, wenn niemand anwesend ist. Bewegungsmelder, die an
den Lichtschalter gekoppelt sind, erledigen dies automatisch.
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Messung der
Beleuchtungsstärke
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Check Liste - Energieeffizienz
3. Belüftung
• Durchgehend gekippte Fenster führen zu keiner verbesserten Frischluftzufuhr
im Vergleich zum Stoßlüften. Zudem geht beim Kipplüften durch den
langsamen und stetigen Luftaustausch mehr gespeicherte Wärme verloren
(Auskühlen der Wände).
• Alternativ sollte der Einsatz von Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung
geprüft werden. Diese bedeuten je nach Systemqualität höhere
Anschaffungskosten, erledigen die Lüftung jedoch automatisch und sparen
sofort und langfristig Heizkosten.
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Check Liste - Energieeffizienz
4. Heizung
• In Großraumbüros sollte unter den Mitarbeitern über das persönliche
Wärmeempfinden gesprochen werden. So verhindern Sie, dass Kollege A die
Heizung runter dreht, weil er schwitzt, und Kollege B die Heizung danach
umso höher dreht, weil ihm kalt ist. Der Mittelweg ist meist die Lösung.
• Die Heiztemperatur sollte je nach Raum festgelegt werden. In der Büroküche,
auf dem Flur und in den Toiletten kann die Temperatur niedriger gehalten
werden. Im Büro liegt die empfohlene Raumtemperatur bei 20 °C.
• Türen zwischen beheizten und nicht beheizten Räumen sollten geschlossen
bleiben. Zusätzlich sollte darauf geachtet werden, dass die Fenster und Türen
möglichst dicht sind, da sonst an diesen Stellen ein hoher Wärmeverlust
entsteht.
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Check Liste - Energieeffizienz
5. Klimatisierung
• Wird im Büro eine Klimaanlage genutzt, können Sie mit der richtigen
Handhabung erhebliche Strommengen sparen. Die Klimaanlage nur
aktivieren, wenn die Fenster und Türen geschlossen sowie alle Heizungen
ausgeschaltet sind.
• Vermeidung extremer Kühlung im Sommer, da jedes Grad Raumtemperatur,
das nicht runtergekühlt wird, Strom spart und zudem beim Betreten des
Büros nicht in die Gefahr der bekannten Klimaanlagen-Erkältung durch zu
starken Kalt-/Warm-Wechsel besteht.
• Die Klimageräte sollten regelmäßig gewartet werden. Die Kühlleistung nimmt
bei schlecht gewarteten Anlagen ab, so dass für den gleichen Kühleffekt mehr
Strom verbraucht wird.
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
Temperaturmessungen
24.04.2014 60
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Einsparpotenziale in Büro und Verwaltung
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden, Prozessen und
Anlagen
24.04.2014 61
• Strombasierte Querschnittstechnologien
– Beleuchtung
– Drucklufttechnik
– Elektrische Motoren und Antriebe
– Pumpen
– Server und Rechenzentren
Stromverbrauch für Beleuchtung nach Sektoren 2007
Industrie Endenergieverbrauch 2.441 PJ
davon für Beleuchtung 41 PJ
Haushalte Endenergieverbrauch 2.318 PJ
davon für Beleuchtung 41 PJ
Gewerbe, Handel,
Dienstleistung
Endenergieverbrauch 1.386 PJ
davon für Beleuchtung 114 PJ
Endenergieverbrauch in der Bundesrepublik gesamt 8.815 PJ
Quelle: Energieeffizienz in der Industrie, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2013
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
Kenngrößen der Beleuchtungstechnik
Name Formelzeichen Einheit
Leistungsaufnahme P Watt (W)
Lichtstrom ф Lumen (lm)
Beleuchtungsstärke En Lux (lx)/ lm/m²
Lichtstärke I Candela (cd)
Lichtausbeute η lm/W
Lichtfarbe Tcp Kelvin (K)
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
Auszug aus der Arbeitsstättenverordnung ASR 7/3
Art des Innenraums bzw. der Tätigkeit Nennbeleuchtungsstärke En
[lux]
Vergolden, Prägen, Arbeiten
an Druckmaschinen
500
Bedienungsstand 200
Lagerräume mit Suchaufgabe bei nicht
gleichartigem Lagergut
100
Versand 200
Übrige Pausen- und Liegeräume 100
Büroräume 500
Ständig besetzte Arbeitsplätze in
verfahrenstechnischen Anlagen
200 Quelle: Arbeitsstättenverordnung ASR 7/3
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
Check Liste - Energieeffizienz
1. Effiziente Beleuchtung
• Werden die für die jeweiligen Anforderungen (Beleuchtungsstärke,
Farbwiedergabe etc.) am Arbeitsplatz am besten geeigneten Leuchtmittel
verwendet?
• Ist eine Verwendung effizienter Leuchtmittel möglich und geprüft worden?
• Werden zum Betrieb der Leuchtstofflampen elektronische Vorschaltgeräte
(EVG) eingesetzt?
• Sind Spiegelreflektoren zur Optimierung der Lichtverteilung an
Leuchtstoffröhren im Einsatz?
• Sind Maßnahmen zur Tageslichtnutzung getroffen worden, wie z. B.
Oberlichter?
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
Check Liste - Energieeffizienz
2. Lichtmanagement
• Ist eine Anpassung der künstlichen Beleuchtung an den tatsächlichen Bedarf
umgesetzt? Sind Tageslichtsensoren im Einsatz?
• Ist in wenig frequentierten Bereichen eine Präsenzsteuerung vorhanden?
24.04.2014 66
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
LED (light-emitting diode) Halogenlampe Glühlampe
Leuchtstoffröhre Energiesparlampe Halogen-Metalldampflampe
24.04.2014 68
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
Eigenschaften und Kenngrößen von Leuchtmitteln
Lampenart Lebensdauer Lichtausbeute Kosten Bemerkung
[h] [lm/W]
Glühlampe 1.000 12-15 + Stufenweises
Verbot ab 2009
Halogenlampe 5.000 25 +
Leuchtstofflampe 5.000- 20.000 90-100 +
Energiesparlampe 15.000 50-86 ++ EVG* einsetzen
LED 50.000 50-120 +++ Keine EVG*
Halogen- 30.000 100 ++
Metalldampf
* EVG = Elektronisches Vorschaltgerät
Verwendung effizienter Leuchtmittel und Beleuchtungstechnik
24.04.2014 69
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
T8 T8 LED T5 HE
Anzahl Leuchtmittel
Kosten pro Stück*
300 Stck.
8 €
300 Stck.
55 €
300 Stck.
18 €
Leistungsaufnahme
58 W/Stck.
17,4 kW/300 Stck.
22 W/Stck.
6,6 kW/300 Stck.
35 W/Stck.
10,5 kW/300 Stck.
Betriebsstunden 16 h/Tag
3680 h/Jahr
16 h/Tag
3680 h/Jahr
16 h/Tag
3680 h/Jahr
Energieverbrauch
Lfd. Kosten durch Energie
64,03 kWh/a
10.474,80 €/a
24,29 kWh/a
3.973,20 €/a
38,64 kWh/a
6.321,00 €/a
Ersparnis (abzügl. Kosten)
Amortisation (dynamisch)
5.425,20 €/a
3,38 a
4.319,40 €/a
1,32 a
CO2-Emissionsreduktion
(Strommix 2012)
22,89 t 14,63 t
* Retrofitlösung inklusive Austausch und Adapter bei T5 HE.
24.04.2014 70
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Beleuchtung
• Der Stromverbrauch von Druckluftanlagen in der Europäischen Union beträgt
jährlich ca. 80 Milliarden kWh.
• Auf Deutschland entfallen 14 Milliarden kWh für die Drucklufterzeugung.
• Dies entspricht rechnerisch in etwa der Stromerzeugung von
1,3 Kernkraftwerken.
• Deutschland hatte zum Vergleich 2013 einen Brutto-Stromverbrauch von
596 Milliarden kWh.
24.04.2014 71
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Drucklufttechnik
Check Liste - Energieeffizienz
1. Detektion und Beseitigung von Leckagen
• Überprüfung sämtlicher Werkzeuge, Maschinen und Schläuche
• Ersetzen von vorhandene Armaturen und Kupplungen durch verlustarme
Typen
24.04.2014 72
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Drucklufttechnik
Check Liste - Energieeffizienz
2. Druckniveau und Druckverluste minimieren
• Prüfung der Druckluftanforderungen aller Produktionsanlagen und
Anwendungen hinsichtlich Druck, Menge und Qualität. Gegebenenfalls sind
Anpassungen vorzunehmen.
• Ersetzen von Spiralschläuchen durch gerade PU-Schläuche wo möglich.
• Lässt sich das allgemeine Druckniveau reduzieren, z. B. durch Booster oder
Substitution der Hochdruckanwendungen?
24.04.2014 73
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Drucklufttechnik
Check Liste - Energieeffizienz
3. Sind Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung vorhanden?
• Nutzung einer automatischen Abkopplung von Teilsträngen im Stillstand
• Ersetzen der zeitgesteuerten durch eine elektronisch niveaugesteuerte
Kondensat-Ableitung.
• Jährliche Wartung der Kompressoren, Filter, Armaturen und Ventile
4. Optimierung des Druckluftanlagenbetriebs durch organisatorische Maßnahmen
24.04.2014 74
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Drucklufttechnik
Ermittlung von Leckage-Verlusten:
Beobachtung des Druckverlustes über
das Gesamtsystem
- Näherungsweise über Anzeige
an Druckluftbehälter nach
Abschaltung des Kompressors
- Bestätigung durch Messung der
Füll- und Entladezeiten
24.04.2014 75
Quelle: Smart ET GmbH, 2014
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Drucklufttechnik
Ermittlung von Leckage-Verlusten:
Beobachtung des Druckverlustes über
einzelne Leckagen
- Lokalisierung von Leckagen durch
Ultraschallmessgerät
24.04.2014 76
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Drucklufttechnik
Zusatzkosten durch Druckluftleckagen
Ø Leckage
[mm]
Luftverlust bei 6 bar
[l/s]
Energieverlust pro
Jahr bei 8.760 h
in kWh
Energieverlust pro Jahr
bei 8.760 h und
19 ct/kWh in €
1 1,24 2.891 549,29
3 11,14 26.017 4.943,23
5 30,95 72.270 13.731,30
24.04.2014 77
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Drucklufttechnik
• Elektromotoren verbrauchen weltweit 43-46 % des Stroms und sind damit
die größten Umsetzer elektrischer Energie.
• In der Industrie der EU benötigen Antriebssysteme 69 % des Stroms (= 900
Milliarden kWh).
24.04.2014 78
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
Kostenverteilung über die ersten drei Jahre bei einem IE3-Motor (Die Daten beruhen auf einer Betriebslaufzeit von 2.000 h/a bzw. 8.000 h/a über 3 Jahre.)
Pro
zent
[%]
Quelle: Smart ET GmbH, 2014
24.04.2014 79
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
Beispielberechnung zum Austausch der Motorentechnik
Alter Motorenstandard
IE 1
(Standardwirkungsgrad)
Moderner
Motorenstandard
IE3
(Premiumwirkungsgrad)
Elektr. Motorleistung (Pel) 14,5 kW 14,0 kW
Wirkungsgrad 88,8 % 92 %
Betriebsdauer pro Jahr 2.000 h 2.000 h
Energieverbrauch pro Jahr 29.000 kWh 28.000 kWh
Einsparung pro Jahr
in kWh
in Euro bei 20 ct/kWh
1.000 kWh
200,00 €
Einsparung in 20 Jahren
in €
in t CO2 bei 565g CO2/kWh
4.000,- €
1,13 t CO2
24.04.2014 80
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
Check Liste - Energieeffizienz
1. Überdimensionierung vermeiden
• Anlagen vor Ort begutachten und klären, ob die Motoren überdimensioniert
sind.
• Betriebszeiten der Motoren prüfen und an die Prozessbetriebszeiten
anpassen.
24.04.2014 82
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
Check Liste - Energieeffizienz
2. Hocheffiziente Motoren einsetzen
• Alter des Motors überprüfen und eine Neuinvestition aufgrund der
Energieeinsparung berechnen. Moderne Motoren haben einen besseren
Wirkungsgrad und sind somit effizienter.
• Bei Neuinvestitionen sollte mindestens in Effizienzklasse IE2 oder bereits in
IE3 investiert werden. Die Mehrkosten rechnen sich bald durch die
Energieeinsparungen.
24.04.2014 83
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
Check Liste - Energieeffizienz
3. Effiziente Getriebe einsetzen
• Je nach Getriebeart können Energieverluste von bis zu 50 % auftreten. Je
nach Getriebetyp lässt sich der Wirkungsgrad deutlich steigern.
• Geregelte Direktantriebe sind vorteilhafter als Untersetzungsgetriebe.
24.04.2014 84
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
Check Liste - Energieeffizienz
4. Auf Einsatz von Frequenzumrichter und Drehzahlregelung prüfen
• Bei dynamischen Anwendungen Frequenzumrichter verwenden. Dies lohnt
sich besonders bei häufigen Anfahrvorgängen und bei Teillastbetrieb.
• Weitere Vorteile sind der geringere Verschleiß an mechanischen Bauteilen
und ein niedrigerer Geräuschpegel im Betrieb.
24.04.2014 85
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
Erfassung und Aufzeichnung von
Verbrauchsdaten größerer
Anlagen.
24.04.2014 86
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Elektrische Motoren und Antriebe
• Pumpen sind in der Industrie allgegenwärtig. Typische Anwendungsgebiete
sind das Fördern von Flüssigkeiten wie beispielsweise Kühlmittel, Abwasser
oder Heizöl.
• 30 % des gesamten durch elektrische Motoren verbrauchten Stroms wird von
Pumpenantrieben verbraucht.
• Eine Lebenszyklus-Analyse zeigt, dass die Energiekosten wesentlich zu den
Gesamtkosten einer Pumpe beitragen und je nach Anwendung etwa 45-85 %
betragen können.
24.04.2014 87
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Pumpen
24.04.2014 88
Fördermenge Förderhöhe Einsatzgebiet
Heizungsumwälzpumpen Gering bis ~18 m • Geschlossener
Heizungskreislauf
Zirkulationspumpen Gering bis ~10 m • Brauchwasserversorgung
• Fernwärmesysteme
Inline- oder Blockpumpen Hoch bis ~50 m • Frisch- und Kühlwasser
• Speisewasser
• Druckerhaltung
• Kondensat
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Pumpen
Check Liste - Energieeffizienz
1. Pumpendimensionierung prüfen
• Zu groß dimensionierte Pumpen sind die häufigste Ursache für vergeudete
Pumpenenergie.
24.04.2014 89
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Pumpen
Check Liste - Energieeffizienz
2. Laufräder austauschen oder abdrehen
• Das Abdrehen von Kreiselpumpenrädern ist die kostengünstigste Methode zur
Korrektur überdimensionierter Pumpen. Die Förderhöhe kann durch Ändern
des Pumpenraddurchmessers (Austausch oder Abdrehen) innerhalb der vom
Hersteller für das Pumpengehäuse empfohlen Abmessungsgrenzen um
10-50 % verringert werden.
• Bei Neuinvestitionen sollte mindestens in Effizienzklasse IE2 oder bereits in
IE3 investiert werden. Die Mehrkosten rechnen sich bald durch die
Energieeinsparungen.
24.04.2014 90
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Pumpen
Check Liste - Energieeffizienz
3. Unnötige Pumpen stilllegen
• Diese auf der Hand liegende, aber häufig übersehene Energiesparmaßnahme
kann oft nach einer wesentlichen Verbrauchsreduktion im Produktionsablauf
durchgeführt werden.
• Bei stark schwankenden Förderströmen kann die Anzahl der in Betrieb
befindlichen Pumpen automatisch durch den Einbau von Druckschaltern an
einer oder mehreren Pumpen geregelt werden.
24.04.2014 91
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Pumpen
Check Liste - Energieeffizienz
4. Internes Spiel wiederherstellen
• Diese Maßnahme sollte ergriffen werden, wenn die Leistung der Pumpe stark
abnimmt. Pumpenleistung und Wirkungsgrad sinken, wenn die interne
Leckage durch übermäßiges Rückplatten- und Laufradspiel und abgenutzte
Saugstutzen, Laufradringe, Gleitlager und Laufräder zunimmt.
24.04.2014 92
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Pumpen
• Der Energiebedarf der Rechenzentren in Deutschland hat sich zwischen 2000
und 2006 von 3,98 TWh auf 8,67 TWh mehr als verdoppelt.
• Die Energiekosten dafür haben sich durch gleichzeitig gestiegene
Energiepreise in diesem Zeitraum mehr als verdreifacht.
24.04.2014 93
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Server und Rechenzentren
Verteilung des
Stromverbrauchs in einem
Rechenzentrum
Unterbrechungsfreie
Stromversorgung
10 %
Quelle: Smart ET GmbH, 2014
24.04.2014 94
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Server und Rechenzentren
DCIE-Wert (Data Center Infrastructure Efficiency)
DCIE = Energieverbrauch der IT / Gesamtenergieverbrauch des
Rechenzentrums
Dieser Wert bezeichnet den Anteil des Stromverbrauchs der IT-Hardware im
Rechenzentrum im Verhältnis zum Gesamtstromverbrauch des Rechenzentrums.
Die IT-Hardware ist umso effizienter, je größer der DCIE-Wert ist.
24.04.2014 95
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Server und Rechenzentren
Größe des
Unter-
nehmen
Installierte
Server in
Deutschland
Durchschn.
Verbrauch pro
Server
Gesamtenergie-
verbrauch Server
& Rechenzentren
Durchschn.
DCIE-Wert
Energiekosten
(Stck.) (kWh/a) (TWh) (%) (Mio. €)
1-9 505.288 1.500 1,015 77 112
10-19 201.815 1.800 0,598 67 66
20-99 258.597 2.000 1,043 55 115
100-199 141.961 2.000 0,715 47 79
200-249 44.298 2.100 0,255 45 28
250-499 132.894 2.100 0,798 45 88
500-999 161.958 2.100 0,973 45 107
>1000 720.812 2.200 4,709 45 518
Gesamt 2.176.624 10,107 1.112
Energieverbrauch bei Servern und Rechenzentren in Deutschland 2008
Quelle: Energieeffizienz in der Industrie, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2013
24.04.2014 96
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Server und Rechenzentren
Check Liste - Energieeffizienz
1. Datenverwaltung und Datenmanagement
• Prüfung des Speicherplatzbedarfs privater Daten. Begrenzung privater
Datenhaltung. Kein Backup privater Daten.
• Löschung nicht mehr gebrauchter Daten und Anwendungen sowie
Vermeidung von mehrfacher Datenhaltung.
24.04.2014 97
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Server und Rechenzentren
Check Liste - Energieeffizienz
2. Kühlung
• Werden die Kühlgeräte regelmäßig gewartet und die Luftfilter gereinigt?
• Strömungshindernisse im Doppelboden und in den Racks eliminieren.
• Erfolgt eine automatische Anpassung der Kühlleistung an die im Tages- und
Wochengang bedingten Schwankungen der Wärmelast?
• Komfortkühlgeräte sollten ggf. durch Präzisionsklimageräte ersetzt werden.
• Ist eine freie Kühlung möglich?
• Die Zuluft-Temperatur sollte 18-20 °C betragen – gemessen direkt am
Klimagerät oder im Doppelboden. Die Ablufttemperatur sollte mind. 28 °C
erreichen. Die Differenz zwischen Zuluft- und Abluft-Temperatur sollte
mindestens 10 °C betragen.
24.04.2014 98
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Server und Rechenzentren
Check Liste - Energieeffizienz
3. Stromversorgung
• Austausch der USV (Unterbrechungsfreien Stromversorgung), falls deren
Wirkungsgrad kleiner als 90 % ist.
• Wird die USV im optimalen Auslastungsbereich bei ca. 80 % betrieben?
Gegebenenfalls sollten mehrere USV-Anlagen parallel geschaltet werden.
• Erfolgt eine regelmäßige Erfassung der Energieverbräuche im
Rechenzentrum? Intelligente Stromleisten erlauben auch die
Energieverbrauchsmessung der angeschlossenen Geräte.
24.04.2014 99
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Server und Rechenzentren
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden, Prozessen und
Anlagen
24.04.2014 100
• Thermisch basierte Querschnittstechnologien
– Wärmerückgewinnung und Abwärme-Nutzung
– Trocknung
– Dampferzeugung und Prozesswärme
– Kühlung und Prozesskälte
– Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung
Kenngrößen der Wärmetechnik
Name Formelzeichen Einheit
Wärmekapazität Cp J/K
Spezifische Wärme-
Kapazität c J/kgK
Wärmestrom Qh, фth W
Wärmeleitfähigkeit W/mK
Heizwert; Brennwert Hi; Hs kJ/kg
24.04.2014 101
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Wärmerückgewinnung und Abwärme-Nutzung
Potenzial der Wärmerückgewinnung unterschiedlicher Branchen
in Deutschland 2010
Wärm
ebed
arf
in P
J/a
Quelle: Bundesländerspezifische Potenziale von Blockheizkraftwerken und Brennstoffzellen, Statistisches Landesamt Baden-Württemberg, Stuttgart 2010.
Eigene Darstellung 103
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Wärmerückgewinnung und Abwärme-Nutzung
24.04.2014 104
Produktion
Absaugung
Abluft
Frischluft
Ventilator
Abluft
Beheizte Gebäude-
teile
Temperatur-
intensive
Prozesse
Wärmetauscher
Wärme-
tauscher
Heiz-
körper
Funktionsskizze zur
Wärmerückgewinnung
Quelle: Smart ET GmbH, 2014
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Wärmerückgewinnung und Abwärme-Nutzung
Vorteile der Wärmerückgewinnung
• Niedrigere Anschlussleistungen [kW] für Heiz- und Kälteenergie
• Verringerung des Energieverbrauchs [kWh] für Heizung und Kühlung
• Verringerung der Investitions- und Betriebskosten in anderen Technologien
(z. B. Heizung, Kühlung)
• Verringerung der Schadstoffemissionen
• Verringerung der Temperaturdifferenz (Entfall oder Verminderung des
Nacherwärmers für komfortable Zuluft-Temperatur)
24.04.2014 105
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Wärmerückgewinnung und Abwärme-Nutzung
• Ein erheblicher Teil der Prozesswärme im Temperaturbereich bis 200 °C wird
für Trocknungsprozesse eingesetzt.
• In Deutschland wird der jährliche Energieverbrauch für Trocknungsprozesse
auf rund 300 PJ geschätzt.
• Vor allem die Trocknung von Holz, Granulaten, Kohle, Ziegeln, Papier, Lacken
und Farben, Feinkeramik, Nahrungsmitteln und Textilien sorgt für einen
hohen Energiebedarf in den jeweiligen Branchen.
24.04.2014 106
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Trocknung
Gliederung von Trocknungsprozessen
• Thermische Prozesse (Wärme oder Kälte)
• Sorptive Prozesse (Absorption, Adsorption)
• Mechanische Abtrennprozesse (Druck, Zentrifuge, Absetzprozess)
24.04.2014 107
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Trocknung
Check Liste - Energieeffizienz
1. Mechanische Entfeuchtung
• Ist eine mechanische Vorentfeuchtung des Trocknungsgutes mit Pressen oder
Zyklonen möglich?
• Ist das Trocknungsgut gegenüber den Abgasen einer direkten Beheizung
tolerant? Ist eine Umrüstung der indirekten Beheizung auf eine direkte
geprüft worden?
• Ist die Anlagen-Dämmung ausreichend? Wurde die Dämmung mit
Thermografie-Aufnahmen überprüft? Werden Oberflächentemperaturen von
35-40 °C überschritten?
2. Optimierung von Beheizung und Dämmung
24.04.2014 108
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Trocknung
Check Liste - Energieeffizienz
3. Optimierung der Prozesssteuerung
• Ist eine Taupunktregelung im Einsatz?
• Wird der Transmitter regelmäßig überprüft und gereinigt? Tritt in der Anlage
Tröpfchen-Bildung bzw. lokale Kondensation auf? Dies ist ein Anzeichen für
eine falsche Positionierung des Transmitters.
• Wird der Trockner im Umluftbetrieb gefahren? Ist eine Umrüstung von Frisch-
bzw. Abluftbetrieb hin zu Umluftbetrieb geprüft worden? Eine Trocknung der
Ofenabluft durch Kondensation oder Adsorption ermöglicht eine
Kreislaufführung der Ofenatmosphäre.
24.04.2014 109
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Trocknung
Check Liste - Energieeffizienz
4. Anwendung alternativer Trocknungsverfahren
• Sind die Alternativen zu einer thermischen Trocknung mittels Heiß- oder
Kaltluft geprüft worden?
• Ist eine Trocknung mit überhitztem Dampf möglich?
• Ist eine Strahlungstrocknung möglich?
• Wurde eine Niederdruck- bzw. Vakuumverdampfung hinsichtlich der
Prozessdauer und des Energieverbrauchs geprüft?
24.04.2014 110
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Trocknung
• Industrieöfen sind ein wesentlicher Schwerpunkt des Energieverbrauchs in
der Industrie. 30-40 % des industriellen Energieverbrauchs entfallen darauf.
• Die spezifische Verdampfungsenergie, die nötig ist, um 100 Liter Dampf zu
erzeugen, liegt bei 74,33 kWh (= 0,74kWh/kg).
24.04.2014 111
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Dampferzeugung und Prozesswärme
Wärmebehand
-lungsprozess
Beschreibung Beispielprozess
Sterilisieren Wasserdampf tritt direkt mit dem Gut in
Kontakt.
Molkerei, Brauerei, Bäckerei, etc.:
Reinigung von Anlagen und Behältern
(Flaschen, Fässer, Bleche etc.)
Waschen Wasser unterhalb der Siedetemperatur wird
durch Dampf oder Verbrennungsgase erwärmt.
Textilindustrie: Waschen,
Lebensmittelindustrie: Spülprozesse
(Gläser, Flaschen, Anlagen)
Schmelzen Elektro- bzw. Dampfheizung:
Ohne direkten Kontakt mit dem
Wärmeträgermedium
Kunststoffverarbeitung:
Schmelzen und anschließende
Formgebung in Werkzeugen
Trocknen Über Wärmetauscher wird ohne direkten
Kontakt mit dem Wärmeträgermedium das zu
verarbeitende Gut durch einen Luftstrom
erwärmt.
Fahrzeugindustrie: Lacktrocknung
Futtermittelindustrie:
Trocknungsprozesse
Textilindustrie: Textilientrocknung
Härten Gefüge-Änderung in Metallbauteilen durch
direkten Kontakt mit heißem Öl
Fahrzeug- und Maschinenbau
24.04.2014 112
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Dampferzeugung und Prozesswärme
Produkte/
Branchen
Ofentyp Produkt / Branche Ofentyp
Roheisen Hochöfen Zement Drehrohröfen
Sintern Sinteröfen Investitionsgüter Wärmebehandlungs-
öfen
Oxygen-Stahl Schmelzöfen Glas Wannenöfen
Elektrostahl Tiegelöfen Keramit Tunnel- und
Kammeröfen
Walzstahl Wärmeöfen
NE*-Gießereien Schmelzöfen
24.04.2014 113
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Dampferzeugung und Prozesswärme
* NE-Gießerei = Nichteisenmetall-Gießerei
Check Liste - Energieeffizienz
1. Wärmeverluste reduzieren
• Thermische Dämmung, Dichtheit, Wandaufbau prüfen.
• Wärmebrücken eliminieren.
• Ofentüren so klein wie möglich gestalten und so kurz wie möglich öffnen.
Dichtheit von Türen und Schaugläsern sicherstellen.
24.04.2014 114
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Dampferzeugung und Prozesswärme
Check Liste - Energieeffizienz
2. Moderne Brenner und Beheizung einsetzen und ggf. Wärmerückgewinnung nutzen
• Mit steigender Temperatur nimmt die NOx-Bildung exponentiell zu, so dass
bei Luftvorwärmung NOx-mindernde Maßnahmen erforderlich sein können.
24.04.2014 115
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Dampferzeugung und Prozesswärme
Check Liste - Energieeffizienz
3. Weitere Abwärme-Nutzung
• Abwärme kann ggf. zur Gutvorwärmung bzw. zur Vorwärmung der
Transporteinrichtungen genutzt werden.
• Ggf. weitere Wärmesenken wie Hallenheizung oder Brauchwassererwärmung
prüfen.
• Bei diskontinuierlich anfallender Abwärme ist zu prüfen, ob diese in
geeigneten Medien zwischengespeichert und einer weiteren Nutzung
zugeführt werden kann.
24.04.2014 116
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Dampferzeugung und Prozesswärme
24.04.2014 117
Einsatzgebiet Gesamtenergiebedarf [GWh/a]
Elektrisch Nichtelektrisch
Haushaltskälte 24.138 -
Supermarktkälte 8.582 -
Nahrungsmittelherstellung 6.748 138
Gewerbe 5.396 110
Transport 563 1.134
Klimatisierung 10.795 12.301
Industrie 9.804 200
Medizin 1.348 -
Kühlhäuser 1.406 -
Wärmepumpen 1.532 -
Sonstiges 632 300
Gesamt 70.944 14.183
Kälteenergiebedarf in
der Bundesrepublik
Deutschland 2009 nach
Anwendungsbereichen
Quelle: VDMA, Neue Studie zum Energiebedarf für Kältetechnik, 2011
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kühlung und Prozesskälte
Verschiedene Technologien:
• Kompressionskältemaschinen
• Adsorptionskühlanlagen
• Absorptionskühlmaschinen
• Gaskältemaschinen
• Verdunstungskühlung
• Vakuumkühlung
24.04.2014 118
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kühlung und Prozesskälte
Kompressor
Kältemittel gasförmig
Expansionsventil Kältemittel flüssig
Konden
sato
r Verd
ichter
Kompressions-
kältemaschinen
Über 90 % aller installierten
Anlagen basieren auf dem
Prinzip der Kompressions-
kältemaschinen.
24.04.2014 119
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kühlung und Prozesskälte
Check Liste - Energieeffizienz
1. Kälteerzeugung
• Kommen Kompressoren mit Effizienzklasse IE3 zum Einsatz?
• Verfügt der Kompressor über eine drehzahlgesteuerte Regelung?
• Wurden die Möglichkeiten und Rahmenbedingungen für eine
Wärmerückgewinnung geprüft?
• Gibt es Abwärme auf einem Temperaturniveau > 80 °C? Wurde der Einsatz
einer Absorptionskälteanlage geprüft?
24.04.2014 120
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kühlung und Prozesskälte
Check Liste - Energieeffizienz
2. Kälteverteilung
• Verfügen die Kälteträger-Rohrleitungen über eine entsprechende
Wärmedämmung?
• Wird das Kälteverteilernetz regelmäßig auf Leckagen untersucht?
• Wurden die Möglichkeiten zum Einsatz eines Kältespeichers geprüft?
3. Kältespeicherung
24.04.2014 121
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kühlung und Prozesskälte
„Kraft-Wärme-Kopplung ist die gleichzeitige Umwandlung von eingesetzter
Energie in elektrische Energie und in Nutzwärme in einer ortsfesten technischen
Anlage.“
aus: Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz-Gesetz (KWKG)
24.04.2014 122
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung
• Insgesamt werden in der Industrie rund 20 % des Stromverbrauchs in KWK-
Anlagen eigenerzeugt.
• Potenzial für den Ausbau der KWK-Anlagen besteht in allen Branchen mit
einem Prozesswärmebedarf bis rund 500 °C.
• In der Industrie eignen sich vor allem die Sektoren Papier-, Chemie-,
Ernährungs- und Metallindustrie sowie der Fahrzeugbau für den Einsatz von
KWK-Anlagen.
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IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung
Geeignete
Temperaturniveaus und
Prozesse für die KWK
Industriesektor Prozess Temperatur
in °C
Lebensmittel,
Getränke
Trocknen
Waschen
Pasteurisieren
Kochen
Sterilisieren
Wärmebehandlung
30-90
40-80
80-110
95-105
140-150
40-60
Textilindustrie Waschen
Bleichen
Färben
40-80
60-100
100-160
Chemieindustrie Kochen
Destillieren
Einzelne chemische Prozesse
95-105
80-300
120-180
Alle Sektoren Kesselwasservorwärmung
Raumheizung
Kältebereitstellung
Klimatisierung
30-100
30-80
80-200
80-110
Quelle: Energie- und klimaeffiziente Produktion, Springer Verlag, 2012 24.04.2014 124
IV. Energieeffizienz bei Gebäuden,
Prozessen und Anlagen
Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung
Prozesse für
Kraft-Wärme-Kopplung
Indirekte
Wärmezufuhr
Kalte
Verbrennung
Direkte Wärmezufuhr
Diesel-/
Ottoprozess
Gas-
Turbine
Dampf-
Generator
Stirling-
Motor
Brennstoff-
zelle
Gas- und Dampfprozess
(GuD)
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Prozessen und Anlagen
Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung
Hotelbetrieb: Heizkessel Energiepreis
je kWh
Energie-
kosten in €
KWKAnlage
+ Heizkessel
Energie-
kosten in €
Brennstoff-
verbrauch
300.000
kWh
6 ct/kWh
18.000 €
340.000
kWh
20.400 €
Strombezug
pro Jahr
120.000
kWh
20 ct/kWh
24.000 €
60.000 kWh
13.200 €
Gesamte
Energiekosten
42.000 €
33.600 €
So ergeben sich 20 % Kostenersparnis und eine Reduzierung der CO2-Emissionen
von etwa 30 Tonnen pro Jahr.
Berechnung einer Beispielanlage in einem Hotelbetrieb (Die Angaben beziehen sich auf den Betrieb eines Jahres.)
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Prozessen und Anlagen
Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung
Impressum
Dieses Curriculum dient als Grundlage für die Qualifizierung von Auszubildenden zu
Energie-Scouts in Workshops der IHK-Organisation. Die Inhalte können von den
Industrie- und Handelskammern, den teilnehmenden Unternehmen und den Partnern der
Mittelstandsinitiative Energiewende frei verwendet werden.
Das Curriculum wurde im März 2014 im Rahmen der Mittelstandsinitiative Energiewende
erstellt von:
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Frank Meyer zur Heide
Felix Dahm
Alte Kirchstraße 1
D-34508 Willingen
+49 (0)5231/ 9807627
www.smartet.de
Projektleitung
Servicestelle der Mittelstandsinitiative Energiewende im Deutschen Industrie- und
Handelskammertag e. V. | Breite Str. 29 | 10178 Berlin | Tel. 0800 934 23 75
[email protected] | http://www.mittelstand-energiewende.de/