Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe Klima schützen Kosten senken UmweltBasis

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1 Bayerisches Landesamt für Umwelt Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe Klima schützen Kosten senken UmweltBasis

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3 Bayerisches Landesamt für Umwelt Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe

4 Impressum Impressum Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe Herausgeber: Bayerisches Landesamt für Umwelt (LfU) Bürgermeister-Ulrich-Straße Augsburg Tel.: (08 21) Fax: (08 21) Internet: Bearbeitung/Text/Konzept: LfU, Referat 22, Dr. Gerold Hensler, Dr. Josef Hochhuber, Vera Linckh LfU, Referat 12 Bildnachweis: Wolfgang Buttner, Landsberg (S. 30 u), ccvision.de (S. 27), Peter von Bischoffshausen, Energy Consulting Allgäu (S. 8, 10, 14, 15, 16, 19, 22, 24, 25 l+r, 26 r, 28 u, 33 o), Bilderbox Fotolia.com (Titelbild), AKhodi Fotolia.com (S. 12 o), Marlee Fotolia.com (S. 12 m), 12foto.de Fotolia.com (S. 38), Andrzej Puchta Fotolia.com (S. 35 l), Sven Hoppe Fotolia.com (S. 35 r), DeadWave Fotolia.com (S. 34 o), richard villalon Fotolia.com (S. 20), Maurizio Targhetta Fotolia.com (S. 36), c-chez-marc Fotolia.com (S.23), Kessler + Luch Entwicklungs- und Ingenieurgesellschaft mbh & Co. KG (S. 21), LfU (S. 17 o+u, 18, 26 l, 30 o, 31 o+m), MEV-Verlag Copyright STOCK4B-RF (S. 34 m), MTS Germany GmbH (S. 23 u), Rippert Anlagentechnik GmbH & Co. KG (S. 32 r), Thoma Metallveredelung GmbH (S. 33 m), Thorey Gera Textilveredelung GmbH (S. 28 o), Venjakob Maschinenbau GmbH & Co. KG (S. 32 l) Druck: Pauli Offsetdruck e. K., Am Saaleschlößchen 6, Oberkotzau Gedruckt auf Papier aus 100% Altpapier. Stand: November überarbeitete Auflage: Stück Diese Druckschrift wurde mit großer Sorgfalt zusammengestellt. Eine Gewähr für die Richtigkeit und Voll ständigkeit kann dennoch nicht übernommen werden. Sofern in dieser Druckschrift auf Internetangebote Dritter hingewiesen wird, sind wir für deren Inhalte nicht verantwortlich. Wollen Sie mehr über die Arbeit der Bayerischen Staatsregierung wissen? BAYERN DIREKT ist Ihr direkter Draht zur Bayerischen Staatsregierung. Unter Telefon oder per unter direkt@bayern.de erhalten Sie Informationsmaterial und Broschüren. Auskunft zu aktuellen Themen und Internetquellen sowie Hinweise zu Behörden, zuständigen Stellen und Ansprechpartnern bei der Bayerischen Staatsregierung. 4 Bayerisches Landesamt für Umwelt

5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Vorwort 6 Einführung 7 Der Weg zur Energieeffizienz 8 Wirtschaftlichkeit 12 Maschinen/Anlagen/Antriebe 14 Druckluft 18 Lüftung/Klima/Kälte 20 Trocknungstechnik 23 Raumheizung/Prozesswärme/Warmwasser 24 Energiebereitstellung 27 Beleuchtung 30 Oberflächenbehandlung 32 Logistik 34 Informations- und Kommunikationstechnik 35 Energiemanagement 36 Beratung und Förderung 38 Anhang 40 Bayerisches Landesamt für Umwelt 5

6 Vorwort Vorwort Dr. Markus Söder MdL Staatsminister für Umwelt und Gesundheit Melanie Huml MdL Staatssekretärin im Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit Der Schutz des Erdklimas ist eine der größten Herausforderungen für die Menschheit im 21. Jahrhundert. Nach Erkenntnissen des Weltklimarates (IPCC) lassen sich nur durch rasches und ambitioniertes Handeln die Folgen des Klimawandels auf ein erträgliches Maß begrenzen. In seinem jüngsten Sachstandsbericht spricht der IPCC von dem Erfordernis, bis 2050 die CO 2 -Emissionen in den Industriestaaten um 85 Prozent zu senken. Dies bedeutet eine Abkehr vom bisherigen Umgang mit Energieressourcen. Um die Chancen künftiger Generationen zu bewahren, ist eine nachhaltige Klimaschutzpolitik notwendig. Ihre Aufgabe ist es, einerseits die Treibhausgasemissionen konsequent zu vermindern und andererseits den unvermeidbaren Folgen der Klimaveränderung wirksam zu begegnen. Eine wachsende Belastung stellen auch die steigenden Energiepreise sowohl für Bürger als auch Betriebe und die öffentliche Hand dar. Die Bayerische Staatsregierung hat das Bayerische Klimaschutzprogramm aus dem Jahr 2000 (novelliert im Jahr 2003) im Jahr 2007 zu einem Klimaprogramm Bayern 2020 fortgeschrieben. Ein umfangreiches Maßnahmenpaket macht deutlich, dass Klimaschutz eine Querschnittsaufgabe für die gesamte Gesellschaft ist und in besonderem Maße vernetztes Handeln verlangt. Wirtschaft, Staat und Kommunen sind ebenso gefordert wie jeder einzelne Bürger. Besonders wichtig sind breit angelegte Information und Kommunikation, die Bewusstsein für das Thema Klimaschutz schaffen, Handlungsmöglichkeiten aufzeigen und alle gesellschaftlichen Gruppen einbeziehen. Eine erfolgreiche Klima- und Energiepolitik muss dort ansetzen, wo die großen Einsparpotenziale liegen und die Potenziale besonders wirtschaftlich und nachhaltig erschlossen werden können. Diese Anforderung trifft auf die Sektoren Industrie und Gewerbe in besonderem Maße zu. Das Bayerische Landesamt für Umwelt (LfU) führt seit vielen Jahren im Auftrag des Bayerischen Staatsministeriums für Umwelt und Gesundheit Projekte durch, die die Möglichkeiten sparsamer und effizienter Energienutzung vor allem im Gewerbebereich aufzeigen. Der vorliegende Leitfaden in der zweiten Auflage fasst die wichtigsten und wirtschaftlich attraktivsten Einsparpotenziale zusammen. Dr. Markus Söder MdL Staatsminister für Umwelt und Gesundheit Melanie Huml MdL Staatssekretärin im Staatsministerium für Umwelt und Gesundheit 6 Bayerisches Landesamt für Umwelt

7 Einführung Einführung... eine Frage vorweg: Möchten Sie Ihre Energiekosten senken? Die Antwort liegt so sehr auf der Hand, dass sie fast überflüssig wird denn wer will das nicht. Doch leider zeigen unsere Erfahrungen immer wieder, dass in Betrieben unnötig viel Energie verbraucht wird. Und das kostet: Da ist zum Beispiel der Kunststoffbetrieb, der seine Halle gleichzeitig heizt und kühlt. Viel Geld kann auch der Maschinenbaubetrieb allein durch die Abdichtung seines Druckluftsystems einsparen: immerhin Euro im Jahr. Ein letztes, ebenso prägnantes Beispiel: Ein Lackierbetrieb, der seine Luftabsaugung durch günstigere Luftführung um zwei Drittel reduzieren kann. Für all diese Beispiele gilt: Die Steigerung der Energieeffizienz ist meist der kostengünstigste und umweltverträglichste Weg, die Emissionen von Treibhausgasen zu verringern. Aus Sicht des Bayerischen Landesamtes für Umwelt spielen Industrie und Gewerbe hier eine zentrale Rolle, denn sie verbrauchen zum Beispiel mehr als zwei Drittel des Stroms in Deutschland. vor Ort konkret Energie zu sparen. Darüber hinaus wird es in Ihrem Betrieb auch weitere Einsparmöglichkeiten geben. Allein geändertes Verhalten kann schon einen erheblichen Beitrag leisten, zum Beispiel durch Abschalten von Anlagen in Betriebspausen. Was der Leitfaden will: Ihren Blick aufs Ganze richten, zum Beispiel durch die systematische Herangehensweise an ein Energiemanagement. Denn die Betrachtung des Gesamtsystems enthüllt oft Einsparpotenziale, die bei der Optimierung der Einzelkomponenten allein nicht deutlich werden. Anregung zum Weiterdenken gibt auch die Überlegung, die Wirtschaftlichkeit einer Investition nicht allein an der Amortisationszeit zu bemessen, sondern auch die Nutzungsdauer zu berücksichtigen. Eine Vielzahl von Hinweisen zu Beratung, Förderung und weiterführender Literatur runden die Broschüre ab. Prof. Dr.-Ing. Albert Göttle Präsident des Bayerischen Landesamtes für Umwelt Was der Leitfaden nicht ist: ein Roman oder ein Lexikon. Denn Sie müssen ihn weder von vorne bis hinten lesen, noch werden Sie vollständige und erschöpfende Informationen zu allen Fragen finden. Vielmehr liegt der Fokus auf typischen und wichtigen Energiebereichen. Bewährte Tipps helfen, Prof. Dr.-Ing. Albert Göttle Präsident des Bayerischen Landesamtes für Umwelt Bayerisches Landesamt für Umwelt 7

8 Der Weg zur Energieeffizienz Der Weg zur Energieeffizienz Energieeffizienz ist ein wichtiger Baustein für den Unternehmenserfolg. Energie lässt sich im Betrieb oft produktiver nutzen. Bevor man regenerative Energien einsetzt, sollte die Energieeffizienz verbessert werden. Unnötig hohe Energiekosten schmälern unmittelbar den Unternehmensgewinn. Die Kenntnis über eine unwirtschaftliche Energienutzung kann allerdings lange verborgen bleiben. Gewachsene Strukturen der Energieversorgung hinken häufig den sich schnell ändernden Produktionsprozessen hinterher. Damit sind sie nicht für die tatsächliche Nutzung optimiert. Die Energieeffizienz leidet besonders darunter. Erst wenn die relevanten Energieverbraucher identifiziert sind, kann man sich auf die Bereiche konzentrieren, die eine hohe Energieeinsparung bringen. Erstellung eines Energiekonzepts Wie können Unternehmen die vorhandenen Einsparpotenziale erkennen und ausschöpfen? Dies gelingt mithilfe eines Energiekonzeptes. Die Basis für ein Energiekonzept ist die Energieanalyse mit Bestandsaufnahme der Energieverbräuche und Ermittlung von Einsparpotenzialen. In einem Energiekonzept werden die Energieeffizienz bewertet und Verbesserungsmöglichkeiten einschließlich ihrer Wirtschaftlichkeit dargestellt. Besonders für kleine und mittlere Unternehmen kann es sinnvoll sein, neutrale und kompetente Energieberater hinzuzuziehen. Die energetische Optimierung eines Betriebes sollte dort beginnen, wo der Energiebedarf besteht. Häufig lassen sich dadurch Investitionen in die Erweiterung der Versorgungseinrichtungen vermeiden oder aufschieben. Nach der Optimierung des Energiebedarfs kann dann eine angepasste effiziente Versorgungsstruktur für den Betrieb entwickelt werden. Für eine energetische Optimierung sollte nach folgender Reihenfolge vorgegangen werden: 1. Vermeiden von unnötigem Energieverbrauch Unnötiger Verbrauch bewirkt weder eine zusätzliche Produktion oder Dienstleistung noch eine Komfortsteigerung. z. B. Verminderung unnötigen Leerlaufs von Maschinen z. B. Vermeiden unnötiger Aufheiz- und Abkühlphasen z. B. Überprüfung der Prozessparameter und Sicherheitsreserven 2. Senken des spezifischen Energieverbrauchs Der spezifische Energiebedarf lässt sich durch technische Maßnahmen reduzieren. z. B. Trocknen mit mechanischer anstelle von thermischer Energie 3. Verbesserung der Wirkungsund Nutzungsgrade Der Nutzungsgrad liegt unter normalen Bedingungen oft deutlich unter dem Nennwirkungsgrad der Anlagen. Gründe dafür sind eine geringe Anlagenauslastung und ein mangelhafter Wartungszustand. Wichtig sind: hohe Auslastung der Produktionsanlagen gute Regeleinrichtungen Senkung der Verteilungsverluste sorgfältige Instandhaltung Prüfung von Kraft-Wärme-Kopplung (ein gleichzeitiger Bedarf von Wärme und Strom im Verhältnis 2:1 ist Voraussetzung) Einsatz optimal geeigneter Energieträger Bei einer Neuplanung: richtige Dimensionierung passende Konstruktion 4. Wärmerückgewinnung Nutzung im selben Prozess Nutzung innerhalb des Betriebes Abgabe an Dritte Aufwertung von Abwärme mit niedrigen Temperaturen mittels Wärmepumpe 5. Nutzung regenerativer Energiequellen 8 Bayerisches Landesamt für Umwelt

9 Der Weg zur Energieeffizienz Bestandsaufnahme im Betrieb Voraussetzung für ein Energiekonzept ist eine Ist-Analyse. Wo und wie viel Energie wird verbraucht? Wie wird die Energie bereitgestellt? Die Kenntnis der Energieverbräuche einzelner Abteilungen, Prozesse und Anlagen erlaubt dem Betrieb eine bessere Prozessüberwachung und Kostenkalkulation. Der Weg der Energie durch einen Betrieb lässt sich in vier Teilabschnitte gliedern: Energiebezug, Energieumwandlung und -verteilung, Energieanwendung und Energieverluste. Energiebezug Energieumwandlung und -verteilung Energieanwendung Energieverluste Fernwärme Wärmerückgewinnung Fossile Brennstoffe Dampf- und Heißwasser- Erzeuger Raum - wärme Gebäude Erneuerbare Energieträger Strom Kraft-Wärme- Kopplungs- Anlage Strom Kälteanlage Prozesswärme Druckluftanlage elektrische Antriebe Kälte Druckluft Mechanik Prozessanwendungen Abwärme Betrieb Beleuchtung Licht Beschaffung der Energiedaten Die Auswertung von Lieferscheinen und Rechnungen verschafft einen Überblick über die Höhe und den zeitlichen Verlauf des Gesamtenergiebedarfs im Betrieb. Zähler ermöglichen eine genaue Ermittlung des zeitlichen Verlaufs und die Zuordnung des Energiebedarfs zu einzelnen Verbrauchern: Stromzähler, Wasserzähler, Wärmezähler, Gaszähler sowie Protokolle von Kaminkehrern und Prüfberichte von Messfirmen. Der Einbau von Unterzählern für Strom, Gas, Wärme und Wasser ist oft auch Voraussetzung für eine verursachungsgerechte Kostenzuweisung in der Produktion. Sind keine Zähler vorhanden, so kann der Energiebedarf einzelner Anlagen über Nennleistung, Durchschnittsleistung und Laufzeiten (Betriebsstundenzähler) abgeschätzt werden. Energiemonitoring Ein Monitoring, insbesondere von energierelevanten Prozessen und Maschinen, ermöglicht eine detaillierte, zeitlich aufgelöste Datenerfassung. Es ist dabei darauf zu achten, dass notwendige Daten gezielt erfasst und in Bezug zur Produktionsleistung gebracht werden. Aufbereitung der Daten Es empfiehlt sich, die Ergebnisse grafisch aufzubereiten, um die einzelnen Energieströme vergleichen zu können. Energieströme in einem Betrieb Können Sie Ihre Energiekosten den einzelnen Bereichen genau zuordnen? Bayerisches Landesamt für Umwelt 9

10 Der Weg zur Energieeffizienz Kennzahlen ermöglichen den Vergleich von Energieverbräuchen. Energiekennzahlen Um Energieverbrauchsdaten vergleichen zu können, sind Kennzahlen ein geeignetes Mittel: zur Eigenkontrolle des Unternehmens bei Vergleich der Zahlen über einen bestimmten Zeitraum hinweg zum Planen, Steuern und Kontrollieren zum Vergleich des eigenen Unternehmens oder Produktionsverfahrens mit anderen Unternehmen der Branche (Voraussetzung: Vergleichbarkeit des Produktes) Typische Kennzahlen sind z. B. spezifischer Energiebedarf pro Produkt (kwh/stück, kwh/kg), pro Fläche (kwh/m²), pro Mitarbeiter (kwh/ma) oder Energiekostenanteil am Umsatz bzw. an den Herstellkosten. Tipps für die Planung energieeffizienter Anlagen Transparenz: Schlüsseln Sie die Energiekosten auf und ordnen Sie sie den jeweiligen Kostenstellen zu. Anpassung der Versorgungsanlagen: Nutzen Sie Produktionsveränderungen zur Optimierung der Versorgungsanlagen. Energieversorgung: Berücksichtigen Sie bei der Planung von Produktionsabläufen die dazugehörige Energieversorgung. Wartungsverträge: Mangelnde Wartung kann zu überhöhtem Energieverbrauch führen. Überprüfen Sie vorhandene Wartungsverträge, schließen Sie fehlende ab und lösen Sie unnötige auf. Energielieferverträge: Gleichen Sie Energielieferverträge an den aktuellen Bedarf an. 10 Bayerisches Landesamt für Umwelt

11 Der Weg zur Energieeffizienz Energieverschwendung: Kann man Energie verbrauchen? Energieumwandlung: Physikalisch betrachtet wird Energie nicht verbraucht, sondern von einer Form in eine andere umgewandelt. In der Praxis gibt es Energieformen, die sehr gut und für viele verschiedene Zwecke nutzbar sind (z. B. elektrischer Strom oder Prozessdampf auf hohem Temperatur- und Druckniveau) und solche, die weniger gut nutzbar sind (z. B. Wärme auf geringem Temperaturniveau). Energieverbrauch: Die Nutzung von hochwertiger Energie unter Umwandlung z. B. in Abwärme. Energieverschwendung: Der unnötige Energieverbrauch oder die unnötige Entwertung hochwertiger Energie (durch Umwandlung). Wird von einer hochwertigen Energieform mehr als nötig eingesetzt, verschwindet die überschüssige Energie zwar nicht, sie wird aber in eine geringerwertige Energieform umgewandelt und damit entwertet. Energieerzeugung: Die Umwandlung von z. B. chemisch in Kohle oder Öl gebundener Energie in Strom oder Wärme. Tipps für die Planung energieeffizienter Anlagen Langfristig denken: Beziehen Sie in die Kostenkalkulation nicht nur die Anschaffungskosten, sondern auch die Betriebskosten mit ein. Gesamtenergiekonzept: Vor anstehenden Investitionen in Versorgungsanlagen sollte ein Gesamtenergiekonzept erstellt werden. Koordinierte Planung: Beziehen Sie neben Fachplanern rechtzeitig betriebseigene Fachleute und Energieberater mit ein. Projektierung: Die Anlagenkomponenten sollten aufeinander abgestimmt sein nur ein gut geplantes Gesamtsystem ist wirklich energieeffizient. Abwärme als Energiequelle nutzen: Abwärme (z. B. von Druckluftkompressor oder Kälteanlage) kann genutzt werden und sollte bei der Berechnung des Prozess- und Raumwärmebedarfs berücksichtigt werden. Einfluss von Anlagen auf Energieversorgung berücksichtigen: Bei Automatisierung steigt häufig der Energiebedarf. Ist andererseits eine Anlage energetisch optimiert, braucht sie oft weniger Energie als ursprünglich veranschlagt. Somit kann man unter Umständen eine Erweiterungsinvestition in die Energieversorgungsanlage vermeiden. Ausschreibung: Lassen Sie sich in den Angeboten den Energieverbrauch einer Anlage angeben. Lastenheft: Geben Sie im Lastenheft energieeffiziente Bauteile vor. Datenerfassung und -aufzeichnung: Messeinrichtungen für den anlagenspezifischen Verbrauch von Energie und anderen Medien (z. B. Wasser, Abwasser) sind notwendig für ein Energiecontrolling bzw. -management. Viele Energiesparmaßnahmen sind wirtschaftlich, wenn sie mit ohnehin ausstehenden Vorhaben kombiniert werden. Weitere Informationen: Energieanalyse in kleinen und mittleren Unternehmen Wirtschaftsministerium Baden- Württemberg, 2005: (Suchbegriff: Energieanalyse) Energieeffizienz-Check: Unser Angebot > Informationen zu Energieeffizenz Bayerisches Landesamt für Umwelt 11

12 Wirtschaflichkeit Wirtschaftlichkeit Eingesparte Energiekosten sind Gewinn! Berücksichtigen Sie die Lebenszykluskosten einer Investition. Manchmal lassen sich schon durch einfache und praktisch kostenfreie organisatorische Maßnahmen (z. B. Abschalten von Beleuchtung oder Lüftungsanlage über eine Zeitschaltuhr) Energieeinsparungen erreichen. Häufig sind jedoch erhebliche Investitionen dazu notwendig Investitionen, die sich in der Regel lohnen! Bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung müssen die anfallenden fixen und variablen Kosten sowie die zu erwartenden Energieund Kosteneinsparungen bestimmt werden. Es wird zwischen statischen und dynamischen Verfahren unterschieden. Statische Verfahren zeichnen sich durch hohe Transparenz und leichte Nachvollziehbarkeit aus. Die dynamischen Verfahren sind insbesondere bei längeren Betrachtungszeiträumen genauer. Sie sind allerdings mit einem höheren Aufwand verbunden. Zusätzlich zur wirtschaftlichen Bewertung sollten auch andere Kriterien Berücksichtigung finden, die für Unternehmen allerdings häufig unterschiedliche Priorität besitzen. Beispiele solcher Kriterien sind Versorgungssicherheit, Emissionsbilanz, zu erwartende neue Vorschriften, Förderprogramme, regionale oder branchenspezifische Entwicklungen sowie das Image des Unternehmens. Lebenszykluskosten Oft wird vernachlässigt, dass die Anschaffungskosten für eine Anlage über die gesamte Nutzungszeit oft nur einen Bruchteil der Gesamtkosten ausmachen. Bei einem Elektromotor können 95 Prozent der Kosten auf den Energieverbrauch fallen. Daher sollten bei der Planung einer Anlage nicht ausschließlich die Anschaffungskosten im Vordergrund stehen: Es müssen die verschiedenen Kosten einer Anlage über die gesamte Lebensdauer (Lebenszyklus) betrachtet werden. Lebenszykluskosten Pumpensysteme 82 % 10 % 8 % Energie Anschaffung Instandhaltung Gesamtkosten für ein beispielhaftes Pumpensystem (Investitions- und Betriebskosten) 12 Bayerisches Landesamt für Umwelt

13 Wirtschaftlichkeit Amortisation und Rentabilität Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine Investition zu beurteilen. In der Praxis wird oft die Amortisationszeit als Kriterium verwendet. Die Amortisationszeit gibt jedoch nur an, wann das eingesetzte Kapital wieder zurückgeflossen ist, trifft aber keine Aussage zur Rentabilität. Vielfach scheitern Investitionsvorhaben an den geforderten kurzen Amortisationszeiten. Bei Investitionen im Energiebereich, die sich durch eine lange Nutzungsdauer auszeichnen, lässt ein Unternehmen dadurch möglicherweise erhebliche Einsparpotenziale ungenutzt. Um dies zu verhindern, sollte besser die Rentabilität betrachtet werden. Ein geeignetes Rentabilitätsmaß ist die Kapitalrendite (interne Verzinsung). Die nachfolgende Tabelle zeigt, welche rentablen Investitionsmöglichkeiten ausgeschlossen werden, wenn eine bestimmte Amortisationsdauer (hier 3 Jahre) als alleiniges Kriterium für die Wirtschaftlichkeit herangezogen wird. Als rentabel wurde in diesem Beispiel eine interne Verzinsung von mindestens 10 Prozent angesehen. Vielfach scheitern Investitionsvorhaben an kurzen geforderten Amortisationszeiten. Investitionen in Energieeffizienz, Nutzungsdauer der Anlage: 15 Jahre Geforderte Amortisationszeit/ Geldrückfluss Interne Verzinsung/ Rendite des investierten Kapitals Bemerkung Die wirtschaftlichen Potenziale für Energieeffizienz sind nach wie vor sehr groß. 2 Jahre 50 % Bei Amortisationszeiten bis zu drei Jahren und 3 Jahre 33 % einer Nutzungsdauer von 15 Jahren haben Energieeffizienzmaßnahmen sehr hohe Kapitalrenditen. 4 Jahre 24 % Auch bei doppelt so langen Amortisationszeiten 5 Jahre 18 % weisen solche Investitionen eine gute Rentabilität auf. 6 Jahre 15 % 7 Jahre 12 % 8 Jahre 9 % Investitionen mit einer internen Verzinsung unter 10 Prozent werden von Unternehmen als nicht rentabel angesehen. Bayerisches Landesamt für Umwelt 13

14 Maschinen/Anlagen/Antriebe Maschinen/Anlagen/Antriebe Etwa 70 Prozent des Stromverbrauchs in der Industrie entfallen auf Elektromotoren. Mehr als die Hälfte davon wird für den Antrieb von Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren benötigt. Pumpen Aufteilung des Stromverbrauchs für elektrische Antriebssysteme 32 % 30 % Ventilatoren Pumpen Druckluft 14 % 32 % 10 % 14 % 14 % 10 % 30 % 14 % Kälte Ventilatoren Druckluft Sonstiges (z. B. Mischen, Fördern) Kälte Sonstiges (z. B. Mischen, Fördern) Effiziente Motoren haben einen neuen Namen: IE2, IE3 Energieeffizienzklassen von Motoren Die Motoren werden in drei Klassen unterteilt: IE1 bedeutet Standardwirkungsgrad (bisher EFF2) IE2 Hocheffizienzmotor (bisher EFF1) IE3 Premium-Effizienz-Motor Mit dem Wirkungsgrad wird die Effizienz von Elektromotoren bei der Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie beschrieben. Besonders bei kleinen Motoren sind die Unterschiede zwischen Standard- und Hocheffizienzmotor groß. Energieeffizienzklassen Besonders bei kleinen Motoren gibt es große Unterschiede im Wirkungsgrad. Hocheffiziente Motoren lohnen sich schon ab einer Laufzeit von Stunden pro Jahr. Wirkungsgrad in % % 0, Motorleistung in kw 0,75 kw bis 375 kw IE3 IE2 IE1 2 % Berücksichtigt man, dass die Stromkosten in der Regel über 90 Prozent der gesamten Lebenszykluskosten eines Motors ausmachen, amortisieren sich die Investitionskosten in einen Hocheffizienzmotor typischerweise in ein bis drei Jahren, je nach Motorlaufzeit. 14 Bayerisches Landesamt für Umwelt

15 Maschinen/Anlagen/Antriebe Elektrischer Antrieb im Gesamtsystem Über die Effizienz einer Antriebseinheit entscheidet nicht nur der Motor allein. Auch bei Getrieben gibt es große Unterschiede im Wirkungsgrad. Für wechselnde Lasten empfiehlt sich in der Regel ein Frequenzumrichter, der die Leistung dem jeweiligen Bedarf anpasst. Konventioneller Pumpen-Antrieb mit Drossel, System-Wirkungsgrad = 31 % Konventioneller Pumpen-Antrieb mit Drossel, System-Wirkungsgrad = 31 % Eingangsleistung = 100 % EFF3 Im folgenden Bild werden ein elektrischer Antrieb (in diesem Fall ein Pumpensystem) in konventioneller Ausführung und ein optimierter Antrieb miteinander verglichen. Eine Optimierung des Gesamtsystems (Motor, Leistungsregelung, Kraftübertragung) einschließlich Prozessoptimierung spart bis zu 60 Prozent Energie. Drossel- Wirkungsgrad = 66 % Drossel- Wirkungsgrad = 66 % Rohr- Wirkungsgrad = 69 % Rohr- Wirkungsgrad = 69 % Die größten Einsparungen werden erzielt, wenn ein System im Ganzen optimiert wird. Konventioneller und energieeffizienter Pumpenantrieb im Vergleich Ausgangsleistung = 31 % Eingangsleistung = 100 % Motor- EFF3 Wirkungsgrad = 90 % Getriebe- Wirkungsgrad = 98 % Pumpen- Wirkungsgrad = 77 % Motor- Wirkungsgrad = 90 % Getriebe- Wirkungsgrad = 98 % Pumpen- Wirkungsgrad = 77 % Energieeffizienter Pumpen-Antrieb mit Frequenzumrichter, System-Wirkungsgrad = 72 % Energieeffizienter Pumpen-Antrieb mit Frequenzumrichter, System-Wirkungsgrad = 72 % Eingangsleistung = 43 % Eingangsleistung = 43 % Frequenz- Umrichter Frequenz- Umrichter Wirkungsgrad = 95 % IE2 Effizienz-Motor IE2 Wirkungsgrad = 95 % Getriebe- Wirkungsgrad = 99 % Pumpen- Wirkungsgrad = 88 % Reibungsarme Rohre, Wirkungsgrad = 90 % Reibungsarme Rohre, Wirkungsgrad = 90 % Ausgangsleistung = 31 % Umrichter Wirkungsgrad = 95 % Effizienz-Motor Wirkungsgrad = 95 % Einen Überblick über Einsparpotenziale in elektrischen Antriebssystemen gibt folgende Tabelle: Überblick über Maßnahmen und Einsparpotenziale Getriebe- Wirkungsgrad = 99 % Pumpen- Wirkungsgrad = 88 % Maßnahme Wirtschaftliches Einsparpotenzial Verbesserung des Antriebs Einsatz hocheffizienter Motoren Einsatz drehzahlvariabler Antriebe Systemverbesserungen 3 % 11 % Frequenzumrichter regeln die Leistungsaufnahme. bei Druckluftsystemen 33 % bei Pumpensystemen 30 % bei Kältesystemen 18 % bei raumlufttechnischen Anlagen und Ventilatoren 25 % Motorensysteme gesamt % Bayerisches Landesamt für Umwelt 15

16 Maschinen/Anlagen/Antriebe Ein optimiertes Gesamtsystem bedeutet: keine Überdimensionierung, effiziente Antriebe, Abstimmung der Komponenten. Tipps für die Optimierung Anlagen nach dem Stand der Technik: Viele Maschinen und Antriebe wurden in den letzten Jahren hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz enorm weiterentwickelt. Gerade bei langen Betriebszeiten kann sich die Anschaffung einer Neuanlage mit verringerten Betriebskosten sehr schnell lohnen. Lebenszykluskosten: Bei einem Standardmotor mit einer jährlichen Nutzungsdauer von Stunden entfallen weniger als 3 Prozent der Lebenszykluskosten auf die Anschaffung, über 95 Prozent auf den Energieverbrauch. Motoren mit Effizienzklasse IE2 oder IE3: Achten Sie insbesondere beim Neukauf von Maschinen und Anlagen auf die Verwendung von hocheffizienten Elektromotoren mit Energieeffizienzklasse IE2 oder IE3 (beim Anlagenhersteller nachfragen). Die möglichen Mehrkosten amortisieren sich je nach Laufzeiten nach wenigen Jahren. Drehzahlgeregelte Antriebe: Bei wechselnder Last besteht ein hohes Energiesparpotenzial durch die Verwendung von regelbaren (z. B. drehzahlgeregelten) elektrischen Antrieben. Drehstrommotoren: Achten Sie darauf, dass gering belastete Drehstrommotoren von Dreieck- auf Sternschaltung umgeschaltet werden, wenn die Auslastung des Motors häufig geringer als 1/3 der Nennlast ist. Blindleistungskompensation: Blindstrom belastet das Stromversorgungsnetz. Die Blindleistungskompensation reduziert den unerwünschten Blindstrom, trägt zur Senkung der Übertragungsverluste in allen elektrischen Energieversorgungsnetzen bei und spart unmittelbar Kosten. Reduktion der Maschinenlaufzeiten: Schalten Sie nach Möglichkeit in Arbeitspausen besonders die energieintensiven Geräte und Anlagen ab. Für regelmäßig wiederkehrende Abläufe oder Arbeitspausen empfehlen sich Zeitschaltuhren. Betreiben Sie Hilfsmaschinen (z. B. Gebläse) nur, solange die Hauptmaschine arbeitet. Elektrische Antriebe Tipps für Transformatoren und Gleichrichter Leerlaufverluste: Wählen Sie Anlagen mit den geringsten Leerlaufverlusten aus. Nachrüstung von Gleichrichtern: Ein Austausch von Selenplatten durch Siliziumdioden kann den Wirkungsgrad um Prozent steigern. Nutzung der Gleichrichterabwärme für Heizzwecke, das heißt zur Erwärmung der Frischluft im Betrieb oder zur Brauchwassererwärmung. Weitere Informationen: Effizienz im Antrieb: Motor Challenge Programm: Technischer Leitfaden 16 Bayerisches Landesamt für Umwelt

17 Maschinen/Anlagen/Antriebe Pumpen Der Gesamtwirkungsgrad eines Pumpensystems ist entscheidend für den Energieverbrauch (siehe Grafik S. 15). Ein Pumpensystem besteht in der Regel aus Behältern, wie Tanks oder Becken, Rohrleitungen, Armaturen, Messgeräten, Einbauten wie Wärmetauschern oder Filtern, sowie der Pumpe mit ihrem Antrieb. Für Pumpen gilt, ähnlich wie für Antriebssysteme, dass durch eine sorgfältige Auslegung des Pumpensystems, richtige Dimensionierung sowie durch eine passende Regelung viel Energie im Betrieb eingespart werden kann. Tipps und Hinweise Gesamtsystem: Die Optimierung der Pumpen sollte immer eine Betrachtung des Gesamtsystems inklusive Leitungen und Verbraucher beinhalten. Laufzeiten: Lassen Sie Pumpen nur so lange laufen, wie es nötig ist. Überdimensionierte Pumpen arbeiten nicht im optimalen Betriebspunkt und verbrauchen daher mehr Energie als notwendig. Drehzahlregelung oder Parallelschaltung: Für veränderliche Förderleistungen bieten sich Drehzahlregelung oder Parallelschaltung von mehreren Pumpen an. Eine Drosselregelung ist nicht effizient. Rohrleitungssystem: Um den Druckverlust gering zu halten, müssen Rohre ausreichend dimensioniert und reibungsarm sein und sie dürfen nur wenige Engstellen enthalten. Wartung und Instandhaltung sind wichtig: Aufgrund von fehlender Wartung können Pumpen im Laufe ihres Lebens bis zu 20 Prozent ihres Wirkungsgrades einbüßen. Hocheffiziente Kühlwasserpumpe Drei Viertel der Pumpensysteme sind überdimensioniert. Auch Heizungsumwälzpumpen werden in Energieeffizienzklassen eingeteilt. Hierbei stellt die Klasse A den höchsten Wirkungsgrad dar. Hocheffiziente geregelte Heizungsumwälzpumpe ( W) Weitere Informationen: Initiative EnergieEffizienz der Dena: Technologien Motor Challenge Programm: Module Bayerisches Landesamt für Umwelt 17

18 Druckluft Druckluft Druckluft ist eine teure Energie! In Industrie- und Gewerbebetrieben liegt der Energiebedarf für Druckluft bei durchschnittlich 10 Prozent des Strombedarfs, aber auch 30 Prozent sind im Einzelfall möglich. Druckluft bietet zahlreiche Vorteile: sie ist sauber, leicht zu handhaben, flexibel einsetzbar, praktisch ungefährlich. Die Drucklufterzeugung ist allerdings sehr energie- und kostenintensiv. Die Anschaffungskosten sind gering im Vergleich zu den laufenden Betriebskosten (Strom). Ein Druckluft-System besteht im Wesentlichen aus drei Bereichen: Erzeugung und Aufbereitung Druckluftanlage Verteilung (Netz) Anwendung und Verbraucher Schematischer Aufbau einer Druckluftanlage Steuerung Trockner Filter Behälter Verbraucher 1 Verbraucher Kondensatableiter Kondensataufbereitung Verbraucher 3 Kompressoren Aufbereitung Druckluftzentrale Druckluftverteilung Verbraucher Jede Optimierung beginnt bei den Verbrauchern: Man verbessert Schritt für Schritt das gesamte System, um als letztes die Kompressoren zu optimieren. Gibt es Alternativen zu Druckluft? Unsichtbare Verluste: Oft gehen 50 Prozent der Druckluft auf dem Weg zum Werkzeug verloren. Tipps für organisatorische Maßnahmen Alternativen für Druckluft: Verwenden Sie Druckluft nur für die fertigungstechnisch notwendigen Zwecke und nicht für Trocknung, Reinigung usw. Zudem lassen sich viele Anwendungen (z. B. auch Schalter und Ventile) elektrisch effizienter bewegen als pneumatisch. Wartung und Instandhaltung: Wechseln Sie regelmäßig die Filter und prüfen Sie das Leistungsnetz auf Leckagen. Druckniveau: Halten Sie den Netzdruck möglichst niedrig. Benötigen einzelne Verbraucher ein höheres Druckniveau, kann ein eigenes Netz oder eine dezentrale Druckerhöhung sinnvoll sein. Kostenfaktor Druckluft : Wie hoch sind die Energiekosten für Druckluft? Zur Messung des Druckluftverbrauchs sind Betriebsstunden- und Stromzähler notwendig. Eine eigene Kostenstelle für Druckluft ist zu empfehlen. Leckageverluste in Druckluftnetzen liegen durchschnittlich bei 30 Prozent. Leckagen können mit Ultraschall oder Schaumsprühgeräten geortet werden. 18 Bayerisches Landesamt für Umwelt

19 Druckluft Kosten für Undichtigkeiten im Druckluftnetz Loch- größe Energie- verlust Zusatz- kosten 1 mm kwh 380 /Jahr 3 mm kwh /Jahr 5 mm kwh /Jahr 10 mm kwh /Jahr Basis: h/a, 7 bar und 0,10 Euro/kWh Druckluftkompressoren Tipps für technische Maßnahmen Kompressoren nach dem Stand der Technik: Setzen Sie technisch optimierte Kompressoren mit Hocheffizienzmotoren und drehzahlvariablen Antrieben ein. Viele veraltete Kompressoren verursachen hohe Betriebskosten und gefährden die Versorgungssicherheit. Auslastung der Kompressoren: Optimieren Sie die Auslegung der Druckluftstation: Der Einsatz mehrerer Kompressoren mit unterschiedlichen Leistungen und übergeordneter intelligenter Steuerung ermöglicht eine bessere Auslastung des einzelnen Kompressors. Geeigneter Aufstellungsort: Er sollte die Ansaugung ausreichender Mengen trockener, kalter (Nordseite), sauberer Luft gewährleisten und die Möglichkeit der Abwärmenutzung zur Lufterwärmung oder Warmwasserbereitung bieten. Leitungsnetz: Achten Sie bei der Verlegung des Leitungsnetzes zur Vermeidung unnötiger Druckverluste auf Rohre mit ausreichendem Querschnitt, geringer Innenrauigkeit sowie weiten Bögen und Hosenstücken statt Knie- und T-Stücken. Eine sorgfältige Rohrnetzberechnung ist sinnvoll. Druckluftspeicher: Anlagen mit starken Verbrauchsschwankungen benötigen ausreichend große Druckluftspeicher. Druckluftaufbereitung: Verfahren Sie bei Trocknung und Entölung nach dem Prinzip So viel wie nötig so wenig wie möglich. Abwärmenutzung: Nutzen Sie Kompressorenabwärme für Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung, am einfachsten, indem Sie die Kühlluft der Kompressoren in der Heizperiode als Frischluft für den Betrieb verwenden. Zonierung: Nicht benötigte Verbraucher können durch Magnetventile vom Druckluftnetz getrennt werden. Verlustarme Kupplungen, Armaturen und Schläuche: Ersetzen Sie altes Anschlussmaterial. Das wirtschaftliche Einsparpotenzial liegt bei circa 30 Prozent. Weitere Informationen: Bayerisches Landesamt für Umwelt: Luft > Fachinformationen > Druckluftcheck Dena: Technologien > Druckluft Effiziente Druckluft: Bayerisches Landesamt für Umwelt 19

20 Lüftung/Klima/Kälte Lüftung/Klima/Kälte Lüftungs- und Klimaanlagen gewährleisten eine definierte Luftqualität. Es werden Schadstoffe abgeführt, Frischluft kontrolliert zugeführt und die Raumtemperatur reguliert. Neben der reinen Zuführung von Luft ist oft auch ein Erwärmen, Kühlen, Be- und Entfeuchten der Luft erforderlich. Mithilfe von Lüftungsanlagen lässt sich auch Wärme aus der Raumluft zurückgewinnen. Anlagen, die mindestens zwei Funktionen ausführen, werden als raumlufttechnische (RLT) Anlagen bezeichnet. Raumlufttechnische Anlagen sind Großverbraucher: Lange Benutzungszeiten und leistungsstarke Komponenten führen zu einem hohen Gesamtenergieverbrauch. In Deutschland werden etwa 15 Prozent des industriellen Stromverbrauchs für den Betrieb von Ventilatoren (dem Herzstück einer RLT-Anlage) aufgewandt. Gleichzeitig wird das Energieeinsparpotenzial eines Ventilatorsystems in der Industrie auf über 20 Prozent beziffert. Energieverluste in einem Ventilatorsystem Energieeinsatz = 100 % Energie für Ventilation = 54 % Energieverluste Frequenz- Umrichter Frequenzumrichter Keilriemenantrieb Antriebsmotor Ventilator 6 % 15 % 5 % 20 % Lüftungsanlagen verbrauchen viel Energie, weil sie in der Regel lange Laufzeiten und hohe Leistungen haben. Tipps für den optimalen Betrieb von Anlagen Bedarfsgerechte Steuerung und Regelung (z. B. drehzahlgeregelte Ventilatoren): Die Anlagen sollten nur dann laufen, wenn tatsächlich ein Bedarf besteht, und sie sollten in dieser Zeit nur mit der wirklich notwendigen Leistung betrieben werden die Maximalleistung wird oft nur kurz benötigt. Einzelne Bereiche mit unterschiedlicher Nutzung sollten getrennt voneinander regelbar sein. Effizienter Betrieb: Zuluft- und Abluftklappen sollten außerhalb der Betriebszeiten geschlossen sein. Anforderungsprofil für das Raumklima: Lassen Sie möglichst große Toleranzen der Sollwerte (z. B. Temperatur, Luftfeuchte) zu. Hinterfragen Sie die veranschlagten Luftleistungen und den Aufbereitungsgrad der Luft. Übertriebene Sicherheitszuschläge und Komfort-Standards verursachen erhebliche Kosten. Instandhaltung: Warten Sie die Anlagen regelmäßig, am besten zustandsorientiert (Filterwechsel, Riemenprüfung, Reinigung von Wärmetauscher und Verdampfer). 20 Bayerisches Landesamt für Umwelt