Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen

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1 Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen Projektleitung: Dipl.-Ing. Manfred Wiemer Verein zur Förderung des Heinz-Piest-Instituts für Handwerkstechnik an der Leibniz Universität Hannover e.v.

2 Vorwort Hannover, April 2012 Die absehbare Markteinführung innovativer Produkte auf Basis der Brennstoffzellentechnologie im Bereich der dezentralen Hausenergieversorgung sowie auf Basis der Batterietechnologie im Bereich der Elektromobilität erfordert qualifiziertes Personal für die Beratung potenzieller Kunden sowie für die Installation und Wartung der Anlagen und Systeme. Damit dieses Personal zu Beginn der Markteinführung der verschiedenen Produkte zur Verfügung steht, muss rechtzeitig dessen Qualifizierung vorgenommen werden. Die aktuellen Berufsordnungsmittel für die relevanten Berufe ermöglichen bereits heute die Einbindung der Thematik in die Ausbildung. Die vorliegende Lern- und Ausbildungssituation wurde im Rahmen des Projektes Qualifizierungsoffensive Handwerk Brennstoffzelle & Batterietechnologie Niedersachsen von ausgewählten Berufsschullehrern und überbetrieblichen Ausbildern aus Niedersachsen erarbeitet. Die Lern- und Ausbildungssituation ist im Sinne der Lernortkooperation für den Einsatz sowohl in der Berufsschule als auch in der überbetrieblichen Ausbildung in den auf der nachfolgenden Seite aufgeführten Berufen vorgesehen. Inhaltlich verantwortlich für diese Prof. Dr. Manfred Hoppe Forschungsgruppe Praxisnahe Berufsbildung, Bremen Dr. Eric Manshusen Berufsschule II, Göttingen Projektleitung: Dipl.-Ing. Manfred Wiemer Verein zur Förderung des Heinz-Piest-Instituts für Handwerkstechnik an der Leibniz Universität Hannover e.v. Das Projekt wird gefördert, vom Land Niedersachen mit Mitteln des Europäischen Sozialfonds, der EWE Energie AG und der Wolfsburg AG. 2/16

3 Lern- und Ausbildungssituation Lern- und Ausbildungssituationen für Anlagenmechaniker für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik Elektroniker für Gebäude- und Energietechnik Anlagenmechaniker Lernfeld 15: Integrieren ressourcenschonender Anlagen in Systeme der Gebäude- und Energietechnik ÜLU: IH4/03: Gerätetechnik Wärme Elektroniker Lernfeld 11: ÜLU: Energietechnische Anlagen errichten, in Betrieb nehmen und in Stand setzen ETE4/04: Errichten, Prüfen und Inbetriebnahme von Energiewandlungssystemen und deren Leiteinrichtungen Unterrichtsstunden: 8 Quelle: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG 3/16

4 Hinweise und Materialien für Lehrkräfte Zur Einstimmung und Vorbereitung auf die Lern- und Ausbildungssituation werden folgende Materialien zur Lektüre empfohlen/erforderlich: Fachpartnerzugang zur Internetseite der Firma Vaillant Die Strom erzeugende Heizung, Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz ( BHKW-Grundlagen ( Zukunftsfähige Energieversorgung mit Brennstoffzellen-Heizgeräten ( Energiepass ( Selbst organisiertes Lernen, ein systemischer Ansatz für den Unterricht ( Die Empfehlungen stehen als Download zur Verfügung. Für Lehrkräfte sind folgende Vorlagen vorhanden: Verlaufsplanung zur Lern- und Ausbildungssituation Druckvorlage für Begriffe zum Strukturlegen Test zur Leistungskontrolle Lösungsvorschläge für die Aufgaben der Expertengruppen und der weiterführenden Aufgabe Informationsblatt zum Gruppenpuzzle. Für die Weitergabe an Schüler / Auszubildende werden den Lehrkräften folgende Materialien zur Verfügung gestellt: Einführender Überblick Ausgangslage und Aufgabenstellungen Aufgaben für Expertengruppen Infoblatt A: Klimaschutz Infoblatt B: Kraft-Wärme-Kopplung Infoblatt C: Energiepass 30 Begriffe zum Strukturlegen. 4/16

5 Verlaufsplanung zur Lernsituation Phasen Inhalte / Themen / Kompetenzen Methoden / Medien 1. Phase: Analyse der Kundenanfrage KWK-Technologie Kostenentwicklung Text lesen lassen (Ausgangslage) Vorerfahrungen abfragen Interpretation der Grafik Energiepreise 2. Phase: Expertengruppen Einteilung in Expertengruppen Bearbeitung der vorgegebenen Themen 3. Phase: Präsentation der Ergebnisse Darstellung der Ergebnisse Strukturlegen - Memory Energetische Bewertung und Optimierung von Systemen und Anlagen Umweltberatung Energieberatung Vorträge Gruppe A: Klimaschutz Gruppe B: Energieeffizienz Gruppe C: Gebäude-Energie-Pass Expertengruppen bilden Blätter Expertengruppen Informationsblätter A, B, C Aufgabenstellung im Plenum lesen lassen Stammgruppenarbeit: Gegenseitige Vermittlung des Expertenwissens Strukturlegung 4. Phase: Zusammenfassung der Ergebnisse Ergebnissicherung Stammgruppenarbeit 5. Phase: Internetrecherche Visualisierung der Einsparpotentiale durch KWK- Technik Visualisierung der CO 2 -Minderung durch Einsatz der KWK-Technik EDV-Raum Internetzugang Vaillant 6. Leistungskontrolle 5 Aufgaben zu den Phasen 2 u. 3 Test 5/16

6 Einführender Überblick Kraft-Wärme-Kopplung Quellen: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG (oben) Bundesverband Porenbetonindustrie e.v (Ölfässer unten links) EnEV 2009; Holtschulte (unten rechts) 6/16

7 Expertengruppen 7/16 Ausgangslage Ihr Kunde Meyer hat in der Zeitung die nebenstehende Abbildung über die Entwicklung der Heizkosten gesehen. Er ist geschockt und spricht darüber mit seinem Nachbarn. Dieser berichtet ihm, dass ein Blockheizkraftwerk die Kostensteigerung der Energieträger ausgleichen kann. Da Herr Meyer in naher Zukunft eine neue Heizungsanlage benötigt, möchte er über effiziente Möglichkeiten der Energienutzung informiert werden. Sie erhalten von ihrem Chef den Auftrag, den Kunden speziell über die folgenden drei Themen zu informieren: A) Klimaschutz, B) Kraft-Wärme-Kopplung, C) Gebäude-Energieausweis. Aufgabenstellungen 1. Im Gruppenpuzzle sind Erklärungen zu den unten aufgeführten Stichworten zu erarbeiten. Expertengruppe A: Der Klimaschutz Stichworte: Klimaschutz, Entstehung von CO 2, Treibhauseffekt, Zusammenhang Treibhauseffekt Kohlendioxid-Emissionen / Förderung von Klimaschutz Expertengruppe B: Kraft-Wärme-Kopplung Stichworte: Kraft-Wärme-Kopplung / Nutzungsgrade der Wärme- und Stromerzeugung / Energiekosten / geordnete Jahresdauerlinie / Wärmebedarfsdeckungsanteil / Schadstoffverringerung Expertengruppe C: Gebäude-Energieausweis Stichworte: Energiekennwert, Energiebedarf von Gebäuden, Einflussfaktoren für Primärenergiebedarf, Erläuterung Energieeffizienzklasse 2. Durch Strukturlegen von vorgegebenen Begriffen sollen die Beziehungen und Abhängigkeiten der Themen und Inhalte aufgezeigt und diskutiert werden (Begriffe siehe Seite 11). 3. Zum Abschluss erfolgt die Simulation eines Kunden-Beratungsgesprächs, für das zwei Schüler ausgewählt werden! (Alternativ siehe weiterführende Aufgaben auf Seite 16). Hinweise Arbeitsmaterialien: Infoblätter A, B, C Die Inhalte sollen in den Expertengruppen erarbeitet (60 min.) und in den Stammgruppen erläutert (30 min.) werden.

8 Infoblatt A: Klimaschutz (Blatt 1) Energieverbrauch Der höchste Energieverbrauch eines Hauses entfällt auf die Heizung und Warmwasserbereitung. Klimaschutz (CO 2 -Reduzierung und Ressourcenschonung) heißt für den Fachhandwerker: Quelle AG Energiebilanzen Energieeffizienz erhöhen Energieverbrauch im Haushalt reduzieren. Kraft-Wärme-Kopplung kann hierzu beitragen. Was sind CO 2 -Emissionen? Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht als Reaktionsoder Verbrennungsprodukt Kohlendioxid (CO 2 ). Es ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und spielt eine wichtige Rolle beim Pflanzenwachstum. Die erhöhte Konzentration in der Atmosphäre allerdings ist mitverantwortlich für den sogenannten Treibhauseffekt. Die Emissionen werden in CO 2 -Äquivalent angegeben. Dabei werden neben CO 2 auch andere Entwicklung der CO 2 Emission Quelle: Philippe Rekacewicz, Emmanuelle Bournay, UNEP/GRID-Arendal Gase wie z.b. Methan oder Lachgas berücksichtigt, die bei der Energiegewinnung, der Aufbereitung und beim Transport freigesetzt werden. Je geringer die durch die Beheizung eines Gebäudes entstehenden Kohlendioxid-Emissionen sind, desto weniger wird das globale Klima belastet und desto geringer fällt der Treibhauseffekt aus. Die Abbildung Entwicklung der CO 2 Emission zeigt die zu erwartende globale Entwicklung der CO 2 -Emission. Selbst die pessimistischste Prognose (B1) geht von einem deutlichen Anstieg der CO 2 -Emission aus (ca. 550 ppm im Jahre 2100). 8/16

9 Infoblatt A: Klimaschutz (Blatt 2) Was ist der Treibhauseffekt? Quelle: dpa Die Energie, die durch die Sonne in Form von Licht auf unsere Erde trifft (1), wird von dieser teilweise direkt absorbiert. Ein Teil des Lichts wird aber in Form von Wärmestrahlung von der Erde wieder in den Weltraum reflektiert (2). Wärmestrahlung hat eine größere Wellenlänge als das Licht, das die Sonne ursprünglich auf die Erde geschickt hat. Das macht einen großen Unterschied, denn während ein Großteil des Sonnenlichtes die Erdatmosphäre ungehindert passieren kann, wird ein Gutteil der langwelligeren Wärmestrahlung, die die Erde abstrahlt, durch die Atmosphäre wieder zurückgespiegelt (3)! Dadurch wird verhindert, dass die Erde die Energie, die sie von der Sonne in Form von Licht bekommt, sofort wieder abstrahlt. Insofern ist der Treibhauseffekt für unser Überleben unersetzlich. Zum Problem kommt es, wenn die Menge der zurückgespiegelten Energie größeren Schwankungen ausgesetzt ist. Dann wird es nämlich entweder zu kalt oder zu warm - und letzteres ist derzeit der Fall (4). Zu den Substanzen in unserer Atmosphäre, die dafür verantwortlich sind, dass das von der Erde abgestrahlte Licht wieder reflektiert wird, gehört u.a. das Kohlendioxid. Steigt also der Kohlendioxidanteil in unserer Erdatmosphäre, dann erhöht sich auch der Treibhauseffekt. Förderung von Klimaschutz Die Kreditanstalt für Wiederaufbau bietet unterschiedliche Kreditprogramme für die Gebäudesanierung bzw. -modernisierung an. Bestandteil der Vor-Ort-Beratung ist die individuelle Empfehlung eines geeigneten Darlehens. Das KfW-CO 2 Gebäudesanierungsprogramm fördert durch zinsgünstige Darlehen Maßnahmen zur Energieeinsparung am Wohngebäude. Durch den Austausch der Heizungsanlage, den Einbau von Lüftungsanlagen, Anlagen zur Kraft-Wärme-Kopplung, Wärmepumpen, die Dämmung der Außenwände, der Kellerdecke oder des Daches erreicht man durch Einsparung von Energie eine enorme CO 2 -Minderung. Da die Förderbedingungen öfter geändert werden, sind Einzelheiten aktuell zu erfragen. 9/16

10 Infoblatt B: Kraft-Wärme-Kopplung (Blatt 1) Blockheizkraftwerke (BHKWs) produzieren sowohl Strom als auch Wärme. Hohe Verluste bei konventioneller Energieversorgung Getrennte Erzeugung von Strom und Wärme Verluste ca. 40% Mini-BHKWs reduzieren den Primärenergieverbrauch um mehr als ein Drittel Doppelte Nutzung der eingesetzten Energie Verluste < 10% Energiekosten sparen Quelle: Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG 10/16

11 Infoblatt B: Kraft-Wärme-Kopplung (Blatt 2) Quelle: Buderus 11/16

12 Infoblatt C: Gebäudeenergieausweis (Blatt 2) Energieausweis Bei Errichtung, Änderung oder Erweiterung von Gebäuden ist nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) ein Energiebedarfsausweis auszustellen. Der Energieausweis ist ein Dokument über die energetische Bewertung des Gebäudes. Ausstellung von Energieausweisen Besitzer von Gebäuden müssen potenziellen Käufern/Mietern seit dem 1. Januar 2009 einen Energieausweis für ihr Gebäude vorlegen. Bei Verkauf und Neuvermietung ohne Nachweis drohen Bußgelder bis zu Euro. In einer Übergangsfrist bis 1. Oktober 2008 bestand noch die Möglichkeit für alle Gebäudeeigentümer, sich einen preiswerten verbrauchsbasierten Energieausweis erstellen zu lassen. Wer als Hauseigentümer sein Heim weder verkaufen noch vermieten möchte, benötigt keinen Energieausweis. Ausgenommen sind auch unter Denkmalschutz stehende Gebäude. Grundsätzlich können Energieausweise für bestehende Gebäude entweder auf der Grundlage des berechneten Energiebedarfs (a) oder des gemessenen (b) Energieverbrauchs ausgestellt werden. Dabei gelten folgende differenzierte Regelungen: Für Wohngebäude mit max. 4 Wohnungen mit Bauantrag vor 1. November 1977 müssen Energieausweise ab 1. Oktober 2008 auf der Grundlage des Energiebedarfs ausgestellt werden. Für Nichtwohngebäude besteht Wahlfreiheit zwischen Energiebedarf oder -verbrauch als Basis des Energieausweises. a) Energieausweise auf der Grundlage des Energiebedarfs Energieausweise bei Neubau und bei alten Bestandsgebäuden (Bauantrag vor 1. November 1977) sind auf der Grundlage des Energiebedarfs zu erstellen. Im Bedarfsausweis werden der Primär- und der Endenergiebedarf ausgewiesen: Primärenergiebedarf Dieser Wert soll die Umweltverträglichkeit der Energienutzung des Gebäudes signalisieren. Er umfasst die Qualität der Gebäudehülle (Wände, Fenster...), Energiegewinne durch Sonneneinstrahlung, die Qualität der Heizungsanlage und den Energieträger (Heizöl, Holz, Erdgas, Solar...). Endenergiebedarf Der Endenergiebedarf ergibt sich aus einer theoretischen Berechnung für das Gebäude. Ein niedriger Bedarf kann durch gute Wärmedämmung, Fenster mit Wärmeschutzverglasung, eine effiziente Anlagentechnik und eine effiziente Anlagensteuerung und Überwachung erreicht werden. Beim Energieausweis zur Vorlage bei Eigentümeroder Mieterwechsel erlaubt die Verordnung die Quelle EnEV 2007, Anlage 6 Erfassung von erforderlichen Gebäudedaten durch den Eigentümer, die dieser dann dem Aussteller zur Verfügung stellt. Die Daten müssen dann vom Aussteller auf ihre Plausibilität geprüft werden. Diese Regelung soll zur Kostenbegrenzung und zur 12/16

13 Infoblatt C: Gebäudeenergieausweis (Blatt 2) Vereinfachung der Ausstellung von Bedarfsausweisen beitragen und kostenintensive Ortstermine vermeiden. b) Energieausweise auf der Grundlage des Energieverbrauchs Für bestehende Gebäude, die bereits die Wärmeschutzverordnung vom 1. November 1977 einhalten, können Energieausweise auch auf der Grundlage des gemessenen Energieverbrauchs erstellt werden. Dazu muss der witterungsbereinigte Energieverbrauch entsprechend EnEV 2009 angegeben werden: Bei Wohngebäuden für Heizung und zentrale Warmwasserbereitung in Kilowattstunden pro Jahr und Quadratmeter Gebäudenutzfläche; bei Nichtwohngebäuden für Heizung, Warmwasser, Kühlung, Lüftung und eingebaute Beleuchtung in Kilowattstunden pro Jahr und Quadratmeter Nettogrundfläche. Zur Ermittlung des Energieverbrauchskennwertes sind Verbrauchsdaten aus Heizkostenabrechnungen oder anderen geeigneten Quellen (z. B. Abrechnungen des Energielieferanten) für mindestens Quelle: drei aufeinander folgende Abrechnungsperioden zu Grunde zu legen, aus denen ein Durchschnittswert zu ermitteln ist. Dies soll Aussageungenauigkeiten aufgrund des Nutzerverhaltens entgegenwirken. Um eine energetische Bewertung und eine Vergleichbarkeit mit entsprechenden Referenzdaten zu ermöglichen, sind die Daten einer Witterungsbereinigung zu unterziehen. Ausstellungsberechtigte für Wohngebäude Zur Ausstellung von Energieausweisen für bestehende Gebäude sind u.a. berechtigt: Ingenieure oder Techniker in den Bereichen Hochbau, Bauingenieurwesen oder Gebäudetechnik. Handwerksmeister, deren wesentliche Tätigkeit die Bereiche von Bauhandwerk, Heizungsbau, Installation oder Schornsteinfegerwesen umfasst, und Handwerker, die berechtigt sind, ein solches Handwerk ohne Meistertitel selbständig auszuüben. Die Energieeffizienzklassen Die Energieeffizienzklasse wird auf der Grundlage des PRIMÄRENERGIEBE- DARFS ermittelt. Die genannten Werte geben keine tatsächlichen Energieverbräuche, sondern unter normierten Quelle: Bedingungen berechnete Bedarfswerte an. Diese Methode ermöglicht eine von den individuellen Gewohnheiten der Nutzer unabhängige Ermittlung der Energieeffizienz von Gebäuden. Die Energieeffizienzklasse richtet sich auch danach, wie effizient die verwendete Energie erzeugt wird. Das heißt, die Verwendung von regenerativer Energie wirkt sich positiv, die Verwendung von z.b. Strom negativ aus. 13/16

14 Strukturlegen Druckvorlage für Begriffe zum Strukturlegen (33 zentrale Begriffe) Treibhauseffekt Energiebilanz CO 2 Heizungsanlage Atmosphäre Energie-Einspar- Verordnung EnEV Verbrennung Heizwärmebedarf Energiebedarf Förderung Einsparpotential Wärmeleistung Gebäude-Energiepass Wärmedämmung Zukunft Energieeffizienzklasse Stromeigenverbrauch Stromeinspeisung Umweltschutz Blockheizkraftwerk normale Energieversorgung Emission Aufheizung Energieeinsparung Heizöl Ressourcenschonung 40 % Verluste Durchschnittstemperatur Fossile Brennstoffe 10 % Verluste Wärmebedarf Grundlast lange Laufzeit 14/16

15 Weiterführende Aufgabe Erweiterte Aufgabenstellung Um dem Kunden leicht verständlich die Einsparpotentiale durch KWK-Technik darzustellen, erarbeiten Sie bitte eine Visualisierung mithilfe der Vaillant Software plansoft. Zum Abschluss erfolgt die Simulation eines Kunden-Beratungsgesprächs, für das zwei Schüler per Los ausgewählt werden! Geben Sie die folgende Internetadresse ein: (Fachpartner Login: XXXXXX) Rufen Sie Vaillant plansoft auf. Folgende Eckdaten sind nun von Ihnen einzugeben: a. Modernisierung b. Einfamilienhaus c. Gasheizung Baujahr: 1985 d. Brennstoffverbrauch: 35000kWh/a e. Brennstoffkosten: f. Stromkosten: 15/16

16 Test Erlaubte Hilfsmittel: Tabellenbuch 1. Wie hoch sind die Anteile des Energieverbrauchs für Heizung und Trinkwassererwärmung in privaten Haushalten? 2. Erklären Sie, was mit dem Begriff Energieeffizienz gemeint ist! 3. Stellen Sie den Zusammenhang von Energieverbrauch und Klimawandel dar! 4. Begründen Sie, warum KWK-Anlagen als besonders energieeffizient gelten! 5. Welche Aufgabe hat der Energieausweis? Frage Max. Punkte Erreicht Prozent: Note: 16/16