Auf der Suche nach Einsparpotenzialen im Einzelhandel

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1 Auf der Suche nach Einsparpotenzialen im Einzelhandel Auf der Suche nach Einsparpotenzialen im Einzelhandel IEE/12/671/S Duration: The sole responsibility for the content of this publication lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission are responsible for any use that may be made of the information contained therein.

2 Inhaltsverzeichnis 1. Handbuch 2. Schulungsunterlagen 3. Broschüren & Informationsmaterial 4. Bewertungsbogen Teilnehmer 5. Trainingsbericht 6. Checkliste IEE/12/671/S Duration: The sole responsibility for the content of this publication lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Union. Neither the EACI nor the European Commission are responsible for any use that may be made of the information contained therein.

3 SÄCHSISCHE ENERGIEAGENTUR SAENA GMBH TRAINING KIT Dokumentation

4 D 3.1 Training Kit Germany Details der Veröffentlichungen Titel: Energy Checks in Shops Night Hawks Handbook for Energy Advisers Autoren: Jan Jantzen and Michael Kristensen, Samso Energy Academy Herausgeber: Night Hawks, Jahr: 2013 URL: Onlinepublikation mit Tiki Wiki CMS Groupware (v 1.9.7) gehostet bei DomainDirect und kostenlos zur Verfügung gestellt. D 3.1 Training Kit SAENA Dieses Handbuch ist ein Arbeitsergebnis des Projekts Night Hawks, welches durch das intelligent Europe Programm der Europäischen Union gefördert ist (grant agreement IEE/12/671/SI ). Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren. Es wird nicht zwangsläufig die Meinung der Europäischen Union widergespiegelt. Weder die EACI noch die Europäische Kommission übernehmen Verantwortung für jegliche Verwendung der hier enthaltenen Informationen

5 Inhaltsverzeichnis 1 Kapitel 1 Das Projekt Night Hawks Night Walks Energie Checks bei Night Hawks Anhand drei Wegen die Energieeffizienz erhöhen Checklisten und Sparfaktoren Kapitel 2 Wärme und Kühlung Theorie Wärme Praxis Wärme Theorie Kühlung Praxis Kühlung Kapitel 3 Beleuchtung Theorie Praxis Kapitel 4 Belüftung Theorie Praxis Kapitel 5 Zusammenstellung möglicher Energiesparmaßnahmen Kapitel 6 Maßnahmencheckliste und Sparfaktoren Kapitel 7 Praxisbeispiele Kapitel 8 Energierechner Kapitel 9 Sparfaktoren und weitere Definitionen und Umrechnungen Raumheizung und Kühlung Kühlgeräte, Gefriergeräte und Warmwasserspeicher Beleuchtung Lüftung Kapitel 10 - Energieumrechnung Energie (kwh) Leistung (kw) Analogie Gradtage Klimadaten Kapitel 11 Der Einzelhandel in Sachsen... 44

6 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Einordnung des Energie-Checks bei Night Hawks simpler Beratung und Energieaudits Abbildung 2: Energiefluss in einem Gebäude Abbildung 3: Wärmefluss in einem Gebäude. Symboldefinition Abbildung 4: Bei Senkung von 1 C, Einsparung des roten Anteils... 6 Abbildung 5: Datenlogger für Temperatur- und Feuchtigkeit (Lascar EL-USB-2) Abbildung 6: Steuereinheit für das Innenklima (Lennox DC 50)... 8 Abbildung 7: Thermostatventil (Danfoss)... 8 Abbildung 8: Kühlgerät mit Schauglass (Vibocold Paris 185) Abbildung 10: Temperaturmessung innerhalb eines Flaschenkühlers durch einen Datenlogger (Lascar EL-USB-2+) Abbildung 11: Simulation der Temperatur (a) und der benötigten Kühlleistung (b), welche die Temperatur eines Flaschenkühlers steuert Abbildung 12: Berechnungsschritte des Energiesparfaktors Abbildung 13: Kühlgerät mir Schauglas (Vibocold FKDv 4312) Abbildung 14: Messgerät für das Raumluftqualität (Testo 435) Abbildung 15: Verglasung der Kühltheken. Quelle: Dipl.-Ing. Matke, Leipzig Abbildung 16: Wärmerückgewinnung aus verbrauchtem Warmwasser. Quelle: Dipl.-Ing. Matke, Leipzig Abbildung 17: Wärmefluss in einem Gebäude. Symboldefinition Abbildung 18: Soll-Luftstrom pro Person als Funktion der gewünschten CO2- Raumkonzentration Abbildung 19: Alter Stromzähler. Die Anzahl an Umdrehungen gibt den Stromverbrauch an Abbildung 20: Tacho eines Autos (photo: Wikimedia commons) Abbildung 21: Aufgenommene Gradtage (degreedays.net) in Wochen eines Jahres ab dem Start der Heizungsperiode im Oktober Abbildung 22: Gradtage im Jahr auf Rosnas, Dänemark (dmi.dk) Abbildung 23: Durchschnittliche Monatstemperaturen der Orte der Night Hawks Partner (RetScreen 2008). Die Daten stammen von Sattelliten und Wetter Stationen Abbildung 24: Energieeinsparpotentiale des Einzelhandels in Sachsen

7 D 3.1 Training Kit Germany 1 Kapitel 1 Das Projekt Night Hawks 1.1 Night Walks Bei Night Walks handelt es sich um nächtliche Betriebsbesuche (engl. Night Walks).Dies sind Energie-Checks in Einkaufs-, Fachmarktzentren oder Einzelgeschäften, die als Startpunkt der Energieeffizienzarbeit eines Einzelhandelsunternehmens dienen sollen. Die Methode wird bereits seit mehreren Jahren in Schweden benutzt. Der Energieberater kann dabei eventuell offene Gefrierfächer, umsonst laufende Lüftung, unnötig brennende Lampen und Computer die im den Standby-Modus sind entdecken. Manchmal werden die Lichter am frühen Morgen eingeschaltet, obwohl es völlig ausreichend wäre, nur einen Teil davon in bestimmten Zonen anzuschalten, bevor der Laden öffnet (Rydqvist 2010). Die Leerlaufverbrauch ist der Energieverbrauch, wenn das Geschäft leer ist - und diese sind manchmal höher als nötig. 1.2 Energie Checks bei Night Hawks Die Nachtfalken finden Energieeinsparpotentiale in Einzelhandelsgeschäften und Einkaufszentren. Beleuchtung, Belüftung, Heizung, Warmwasser, Fahrstühle und Rolltreppen verbrauchen alle Energie vor allem elektrische Energie. Der Kühlbedarf kann dabei größer als der Heizbedarf werden, sogar in kälteren Klimaregionen. Bei Night Hawks versuchen wir Energieeinsparpotentiale genau in diesen Bereichen zu finden. In der Abbildung 1 ist verdeutlicht, dass Energiechecks innerhalb von Night Hawks zwar weniger detailliert sind als ein Energieaudit, aber viel umfangreicher als reine Beratungsmaßnahmen. In der Tat wird ein Energie-Check in wenigen Stunden durchgeführt sein und das Ergebnis stellt lediglich eine grobe Schätzung der möglichen Einsparungen dar. Die Energieberater besuchen die teilnehmenden Unternehmen und gehen gemeinsam mit einen Mitarbeiter auf die Suche nach Einsparungen. Der nächtliche Betriebsbesuch läuft wie folgt ab: Zwei Stunden nachdem die letzte Person den Laden verlassen hat beginnt der Rundgang Überprüfung der Zähler für Strom, Wasser und Heizung 1

8 D 3.1 Training Kit Germany Überprüfung von Büros, Cafeterien, Beleuchtung, Belüftung, technischer Ausstattung und fließendem Wasser Überprüfung der Einstellungen von Zeituhren Überprüfung der Temperaturen in Räumen, Kühlschränken, Gefriertruhen, Kühler und des Warmwassers Night Walk: Umfasst: -Energie Check -Vorschläge Sowie: -Vor Ort Schulungen der Mitarbeiter. -Überwachung von Geräten Abbildung 1: Einordnung des Energie-Checks bei Night Hawks simpler Beratung und Energieaudits. 1.3 Anhand drei Wegen die Energieeffizienz erhöhen Physikalisch gesehen, startet der Energiefluss in einem Gebäude mit dem Einsatz von Primärenergieträgern, welcher innerhalb von wärme-/ kälteerzeugenden Analgen in Endenergie umgewandelt wird. Die Abbildung 2 veranschaulicht diese Umwandlung und beschreibt die Haupteinsparpotentiale: 1. Reduzierung des Endenergieverbrauchs 2. Verbesserung der Effizienz bei der Brennstoffumwandlung 3. Vergrößerung des Anteils erneuerbarer Energien beim Brennstoff Der erste Ratschlag bezieht sich auf das Verhalten. Der zweite Ratschlage bezieht sich auf die Gebäudehülle, die Effizienz bei der Energieumwandlung und die Reduzierung der Verluste. Der dritte Ratschlag bezieht sich auf die frei verfügbaren erneuerbaren Energien. Ratschläge, die das Verhalten betreffen, dass heißt weniger Energie zu verbrauchen, sind zumeist kostenlose oder zumindest preiswerte Maßnahmen. 2

9 D 3.1 Training Kit Germany Dennoch berücksichtigen wir bei unseren Besuchen auch den Ersatz von Ausrüstungen und Veränderungen an der Gebäudehülle, da in diesem Bereichen enorme Einsparpotentiale erzielt werden können. Wir werden die Unternehmen nicht so exakt beraten, wie sie das Gebäude ändern sollten und wir wollen auch nicht die Kosten für die Sanierung beurteilen. Dennoch können wir aber ab schätzen, wie viel Energie durch Wärmedämmung oder neue Fenster eingespart werden können. Abbildung 2: Energiefluss in einem Gebäude. 1.4 Checklisten und Sparfaktoren Es kann sich unter Umständen relativ schwierig gestalten, die Wirkung von Energiesparmaßnahmen zu berechnen. Dafür es unabdingbar das lokale Klima mit zu betrachten, welches die durchschnittliche Außentemperatur und die Durchschnittstemperatur der Versorgung von Wasser (Grundwasser) beeinflusst. Allerdings können Einsparungen durch den Ersatz elektrischer Analgen sehr gut berechnet werden, was in der Tabelle 1 skizziert ist. Der dort dargestellte Ansatz besteht aus folgenden zwei Schritten 1. Falls möglich, berechnen wir die Energieeinsparung als relativen Bezug in Form eines Sparfaktors. Dies wird in einer Maßnahme verdeutlicht, die x-kilowattstunden ein- 3

10 D 3.1 Training Kit Germany spart und dabei einen Sparfaktor von f = x/x erzielt, wobei X den aktuellen Verbrauch darstellt. 2. Nach der Abschätzung des Sparfaktors f einer vorgeschlagenen Maßnahme multipliziert man den aktuellen Verbrauch X hinzu, um den Wert x = fx zu erhalten, der unsere Abschätzung der Einsparung in Kilowattstunden angibt. Beispiel: Sparfaktor Wenn eine Maßnahme 10% der Wärmeenergie einspart, so ist der wird der Sparfaktor f = 10/100 = 0,1 Maßnahme Einsparung Einheit Artikel Eingesparte Energie [kwh] Ersatz einer alten Umwälzpumpe durch eine Pumpe der Klasse A Absenkung der Innentemperatur um 1 C zur Einsparung von Heizenergie Energiepreis [EUR/kWh]] Einsparung [EUR] 280 kwh % Tabelle 1: Checkliste mit zwei Maßnahmen (Teknologisk Institut 2013). 4

11 D 3.1 Training Kit Germany 2 Kapitel 2 Wärme und Kühlung 2.1 Theorie Wärme Die Raumtemperatur ist der Schlüssel zur Brennstoffeinsparung. Die Einsparungen sind proportional zur Temperaturänderung. Die Abbildung 3 zeigt einen beheiztes Gebäude mit der Innentemperatur Ti, dem Wärmeverlust Q und der Außentemperatur To, welche in diesem Fall niedriger als die Innentemperatur angenommen wird. Im Kühlungsfall (T o > T i ) ist es dementsprechend ähnlich, nur die Wärmeflüsse verlaufen in umgekehrter Richtung. Die physikalische Beziehung zwischen Innenund Außentemperatur in einem Gebäude ist linear. Abbildung 3: Wärmefluss in einem Gebäude. Symboldefinition. Der Raumtemperatur beträgt dabei T o T i, wenn man die Außentemperatur als Referenzpunkt mit einbezieht (Abbildung 4). Die Temperaturdifferenz ergibt sich aus dem Wärmeverlust, der durch die Gebäudehülle gelangt. Summiert man diese Verluste über die Zeit auf stellen sie die verlorengegangene Energie dar. Nimmt man die Temperaturen als konstant an, so ist die verlorengegangene Energie proportional zum Temperaturunterschied. 5

12 D 3.1 Training Kit Germany Abbildung 4: Bei Senkung von 1 C, Einsparung des roten Anteils Das Absenken der Raumtemperatur um ein Grad Celsius ergibt ungefähr folgenden Sparfaktor : f(1) = 1/(T o T i ) Das heißt, wenn die aufgewendete Heizenergie E h ist, dann beträgt die eingesparte Energie f E h für jedes abgesenkte Grad Celsius. Erfolgt die Temperaturabsenkung nur teilweise über den Tag p (0 < p < 1) zum Beispiel nur während der Nacht, dann ergibt sich die gespeicherte Energie aus p f E h. Beispiel: Absenkung der Innentemperatur Ausgangspunkt hier ist ein Einzelhändler auf Samso, Dänemark mit einer Innentemperatur T i = 22 C. Wie viel Energie (in %) kann der Händler bei Absenkung der Innentemperatur um 2 C sparen? Die durchschnittliche Jahrestemperatur während der Heizperiode wird für Samso mit T o = 6 C geschätzt. Die durchschnittliche Temperaturdifferenz ist daher T i T o = 22 6 = 16 C. Die Absenkung der Innentemperatur um 1 C spart 1/16 der Energie. Die Absenkung um 2 C spart dementsprechend 2/16 der Energie, was 12,5% entspricht. 6

13 D 3.1 Training Kit Germany 2.2 Praxis Wärme In der Praxis muss die durchschnittliche Außentemperatur und die mittlere Innentemperatur bekannt sein, um die möglichen Einsparungen ermitteln zu können. Innentemperatur: Mit einem Thermometer lässt sich die mittlere Innentemperatur dabei relativ schnell abschätzen. Falls die Temperatur jedoch zu stark schwankt, ist es besser, die Temperatur über eine längere Zeitspanne hinweg zu messen. Dies kann mit Hilfe eines Datenloggers (Abbildung 5) erfolgen. Die Durchschnittstemperatur wird dann aus den Messungen berechnet. Außentemperatur: Lokale Wetterdienste bieten möglicherweise jahresdurchschnittliche Außentemperaturen für die jeweilige Region. Es ist genauer, falls möglich, die durchschnittliche Außentemperatur nur für die Heizsaison (Kühlungssaison) zu verwenden. RETScreen (2008) bietet monatliche Klimadaten für den jeweiligen Standort basierend auf Wetterstationen und Satelliten. Es ist ratsam Temperaturmessungen über einen gewissen Zeitraum, beispielsweise einen Tag, oder eine Woche hinweg, durchzuführen. Die Abbildung 5 zeigt einen kleinen Datenlogger, der in einem abgetrennten Bereich eingesetzt werden kann. Nach den Messungen werden die aufgenommen Daten auf einen Laptop übertragen, wo sie verarbeitet und grafisch dargestellt werden. Abbildung 5: Datenlogger für Temperatur- und Feuchtigkeit (Lascar EL-USB-2). Die Abbildung 6 zeigt ein Steuergerät für ein Heiz- und Kühlsystem in einem Supermarkt. Das Gerät ist für den täglichen Gebrauch konzipiert und der Benutzer kann den gewünschten Temperaturwert selbst einstellen. Darüber hinaus kann eine Terminplanung nach Wochentagen vorgenommen werden. Es ist daher sinnvoll, falls eine Steuereinheit vorhanden ist, dessen Einstellungen zu überprüfen. 7

14 D 3.1 Training Kit Germany Abbildung 6: Steuereinheit für das Innenklima (Lennox DC 50) Heizkörper Ein Thermostatventil für einen Heizkörper ist eine automatische Steuerungseinheit, die die Raumtemperatur bei einer gewünschten Temperatur hält. Für das Ventil in Abbildung 7 gilt dabei Folgendes: Einstellung des Ventils auf 4 für das Badezimmer (~23 C) Einstellung des Ventils auf 3 für das Wohnzimmer (20 C) Einstellung des Ventils auf 2 für das Schlafzimmer (17 C) Einstellung des Ventils auf 1 für Flure (13 C) Einstellung des Ventils auf * für den Frostschutz (7 C) Das Ventil kann beispielsweise auf 20 C eingestellt werden und das Thermostat regelt das Ventil automatisch an sonnigen Tagen ab. Dementsprechend wird das Ventil an einem kälteren Tag geöffnet, um die zusätzlichen Wärmeverluste aufgrund der Zugluft zu kompensieren. Einmal eingestellt, kann es auch über den gesamten Sommer hinweg auf dieser Einstellung belassen werden. Abbildung 7: Thermostatventil (Danfoss) 8

15 D 3.1 Training Kit Germany 2.3 Theorie Kühlung Bei Verwendung zum Beispiel eines Warmwasserspeichers ergibt sich eine Temperaturdifferenz von T h T i zur Umgebung, wenn die Innentemperatur T i als Referenzpunkt und T h als Warmwassertemperatur verwendet wird. Diese Temperaturdifferenz führt zu Wärmeverlusten durch die Wände des Speichers. Summiert man diese Verluste über die Zeit auf, stellen Sie die verlorengegangene Energie dar. Der Energieverlust ist dabei proportional zur Temperaturdifferenz. Eine Absenkung der Temperatur im Speicher um ein Grad Celsius ergibt folgenden ungefähren Sparfaktor bezüglich der Leerlaufverluste: f(1) = 1/(T h T i ) Das heißt, wenn die aufgewendete Energie zur Aufrechterhaltung der Warmwassertemperatur E h ist, dann beträgt die eingesparte Energie f E h für jedes abgesenkte Grad Celsius. Erfolgt die Temperaturabsenkung nur teilweise über den Tag p (0 < p < 1) zum Beispiel nur während der Nacht, dann ergibt die gespeicherte Energie aus p f E h. Das Modell beinhaltet nicht die benötigte Energie zur Erwärmung des Zuflusses des kalten Grundwassers auf T h. Falls der jährliche Warmwasserverbrauch bekannt ist, ist es möglich die erforderliche Energie für die Aufheizung des Zuflusses zu berechnen und somit von den Verlusten zu trennen. Beispiel: Absenkung der Temperatur im Warmwasserspeicher Unter der Annahme einer Innentemperatur von T i = 21 C und Temperatur des Warmwassers im Speichers von T h = 55 C, ergibt sich eine Temperaturdifferenz von T h T i = = 34 C. Wird nun die durchschnittliche Warmwassertemperatur um 1 C abgesenkt, ergibt sich eine Einsparung der Energie von 1/34, welche aufgewendet werden muss, um die Verluste durch die Wände auszugleichen. Wird dieser Vorgang nur auf die Nacht beschränkt, ergibt sich ein Sparfaktor von (12/24) (1/34) = 1/68 pro C. Dies entspricht einer Einsparung von 1,47%.Durch die Absenkung der Temperatur während der Nacht um 10 C ausgehend von 55 C, beträgt die Einsparung 14,7%. 9

16 D 3.1 Training Kit Germany Die Situation im Falle der Kühlung verhält sich hierbei ähnlich, lediglich umgekehrt: Energie wird eingespart, wenn die Temperatureinstellungen angehoben werden. 2.4 Praxis Kühlung In der Praxis werden im Beriech der Kühlung Durchschnittswerte für die Temperatur der Kühlbehälters und der Innenraumtemperatur verwendet. Innentemperatur: Eine schnelle Schätzung der durchschnittlichen Raumtemperatur kann erfolgen, indem ein Handheld-Infrarot-Thermometer verwendet wird. Falls die Temperatur schwankt, ist es ratsam die Temperatur über eine längere Zeitspanne hinweg zu messen. Dies kann mit Hilfe eines Datenlogger erfolgen. Die mittlere Innentemperatur wird dann aus den Messungen berechnet. Kühlbehältertemperatur: Die Innentemperatur im Kühlgerät wird meistens auf einer Anzeige oder einem Zählers dargestellt, der sich außerhalb der Vorrichtung befindet. Ansonsten kann mit Hilfe des Infrarot-Thermometers oder eines Datenloggers eine Messung vorgenommen werden. Abbildung 8: Kühlgerät mit Schauglass (Vibocold Paris 185). Energie: 6.2 kwh/tag bei Benutzung als Tiefkühltruhe. Im Falle von kühl- oder tiefkühlgelagerten Nahrungsmitteln in einem Lebensmittelgeschäft, müssen wir uns um den Materialfluss keine Gedanken machen. Wird das Kühlgerät mit neuer Ware bestückt, ist diese ja bereits durch die geforderte Aufrechterhaltung der Kühlkette gekühlt. 10

17 D 3.1 Training Kit Germany Falls die Temperatur in einem beheiztem Raum, in einem Warmwasserspeicher oder in einem Flaschenkühler periodisch abgesenkt wird, wird auch selbst dann Energie eingespart, wenn die Absenkung nur innerhalb einer begrenzten Zeitraums vorgenommen wird. Die Abbildung 10 zeigt die zeigt den Temperaturverlauf innerhalb des Kühlers, falls dieser durch eine Zeitschaltuhr gesteuert wird. Die Temperatur steigt um 5 K während der Absenkphase und dadurch wird Energie eingespart. Abbildung 9: Temperaturmessung innerhalb eines Flaschenkühlers durch einen Datenlogger (Lascar EL-USB-2+). Eine Zeitschaltuhr trennt schaltet das Gerät nach 18 Uhr ab und nach 7 Uhr am darauffolgenden Morgen wieder ein. Die Öffnungszeiten des Geschäfts sind 8 bis 12 Uhr. Spartipp: Erhöhung der kalten Temperatureinstellung um 10 C und Verlängerung der Abschaltzeiten um 1 bis 2 Stunden. Das selbe Prinzip gilt sowohl für Kühl- als auch Tiefkühlgeräte. In der Abbildung 11 ist ein simulierter Betrieb eines Flaschenkühlers dargestellt. Die Simulation zeigt einige Ausschläge um die niedrige Temperatur herum und erreicht die richtige Spitzentemperatur zum eingestellten Zeitpunkt. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Gerät für elf Stunden abgestellt war und wenn es wieder angeschaltet wurde, war es länger als gewöhnlich in Betrieb, um die Temperatur wieder abzusenken. Allerdings weicht die Form der Kurve (Abbildung 10) leicht von den realen Messungen ab, wegen nicht modellierter Effekte wie zum Beispiel der Innenbelüftung oder Änderungen der Umgebungstemperatur. Die Leistung ist proportional zur Temperatur und daher ist die Energie proportional zur Fläche unterhalb der Temperaturkurve. Es ist deshalb möglich, den Sparfaktor aus dem Diagramm abzuschätzen (siehe nachfolgenden Hinweis). 11

18 D 3.1 Training Kit Germany Abbildung 10: Simulation der Temperatur (a) und der benötigten Kühlleistung (b), welche die Temperatur eines Flaschenkühlers steuert. Die Fläche ABCD unter der Kurve umfasst 24h. Die Fläche APQ kann näherungsweise als ein Dreieck angesehen werden. Annahmen: Inhalt mit160 l Wasser, Kühlleistung 450 W, Umgebungstemperatur 21 C, Verluste 6 W/K. Fläche APQ: a t = ½(T P T A ) AQ Energiesparfaktor: f = a t /a r Fläche ABCD: a r = AB AD Abbildung 11: Berechnungsschritte des Energiesparfaktors 12

19 D 3.1 Training Kit Germany Beispiel: Sparfaktor Bei gegebener Temperaturkurve in Abbildung 11, wie groß ist der Sparfaktor durch die nächtliche Abschaltung? Die Berechnungsschritte: 1. Ohne eine nächtliche Abschaltung ist der Energieverbrauch proportional zur Fläche des Rechtecks ABCD. Die Ausgangstemperatur im Bezugspunkt A ist T A = 6.8 C. Die Umgebungstemperatur beträgt T B = 21 C. Daraus ergibt sich eine Rechteckfläche von a r = (T B T A ) 24 = (21 6.8) 24 = Im Diagramm ist im Punkt P die Temperatur T P = 11.8 C. Der Punkt Q beträgt 15,5 h nachdem die Abschaltung erfolgte. Die Fläche des Dreiecks APQ ist demnach a t = ½(T P T A ) AQ = ½( ) 15.5 = Der Sparfaktor ist somit f = a t /a r = 38.8/341 = 0.11 or 11% Das Beispiel zeigt, dass durch Abschalten des Flaschenkühlers für 13 Stunden fast 1/8 der Energie eingespart werden kann. Der jährliche Verbrauch beträgt 794 kwh und die eingesparte Energie somit 172 kwh im Jahr. Es kann durchaus davon ausgegangen werden, dass der Flaschenkühler morgens von einem Mitarbeiter aufgefüllt wird, wenn das Gerät die höchste Temperatur aufweist. Falls die Temperatur ähnlich der Temperatur der neuen Flaschen ist, beeinflusst der Materialstrom kaum die Temperatur im Kühler. Maßnahmen bei Kühl-und Tiefkühlgeräten: Richtiges einstellen der Thermostatventile (Nahrungsmittel 5 C, Tiefkühlung 18 C). Einführung einer Absenkung/Abschaltung bei leerem Gebäude, zum Beispiel: Abschalten der Flaschenkühler. Absenkung der Temperatur im Warmwasserspeicher auf 60 C. Absenkung der Feuchtigkeit in Räumen mit Kühlgeräten mit integriertem Schauglas. 13

20 D 3.1 Training Kit Germany Beispiel: 1. Anhebung der Temperatur im Gefriergerät. Bei einer Innentemperatur von 21 C, wird die Temperatur von -23 C auf -18 C angehoben, was 5/44 oder 11% einspart. 2. Energieverbrauch eines Gefriergerätes. Das Gerät in Abbildung 8 verbraucht bezüglich der gemachten Angaben 6,2 kwh pro Tag. Das entspricht fast 2300 kwh pro Jahr. 3. Monetäre Einsparungen beim Gefriergerät. Unter der Annahme des genannten Sparfaktors von 11% können 0, kwh/jahr = 253 kwh/jahr eingespart werden. Bei einem Strompreis von 15 Cent/kWh ergeben sich Kosteneinsparungen von 38 pro Jahr. 4. Anhebung der Kühltemperatur. Abbildung 12 zeigt ein Kühlgerät für Flaschen. Bei einer Innentempertemperatur von 21 C, kann durch die Temperaturanhebung von 5 C auf 12 im Kühler eine Energie von (12-5)/(21-5) = 7/16 oder 44%. 5. Verbrauch eines Kühlgerätes. Der Kühler in Abbildung 13 verbraucht bezüglich der gemachten Angaben 2,5 kwh pro Tag. Das entspricht fast 900 kwh pro Jahr. 6. Monetäre Einsparungen beim Kühlgerät. Unter der Annahme des genannten Sparfaktors von 11% können 0, kwh/jahr = 400 kwh/jahr eingespart werden. Bei einem Strompreis von 15 Cent/kWh ergeben sich Kosteneinsparungen von knapp 60 pro Jahr. Abbildung 12: Kühlgerät mir Schauglas (Vibocold FKDv 4312). Energieverbrauch: 2,5 kwh/tag 14

21 D 3.1 Training Kit Germany 3 Kapitel 3 Beleuchtung 3.1 Theorie Beleuchtung kann zum einen aus der Sicht der (1) der Lichtquelle selber, oder zum anderen (2) als das Licht, das auf eine Oberfläche trifft, beispielsweise die Oberseite eines Tisches, betrachtet werden. Es gibt dementsprechend zwei Messeinheiten für Licht (Zumtobel 2011). 1. Lumen. Die Menge des sichtbaren Lichts, die eine Quelle emittiert wird in Lumen [lm] gemessen. Lampen, die für Beleuchtungszwecke benutzt werden, tragen heutzutage ein Label mit der Lichtausbeute in Lumen, anstatt der Wattanzahl. Eine 40 W Glühbirne liefert ungefähr 500 lm, wohingegen eine kompakte Leuchtstoffröhre im Vergleich dazu fast viermal effizienter ist. 2. Lux. Die Menge des sichtbaren Lichts, welche auf eine Oberfläche trifft die Beleuchtungsstärke wird in Lux [lx] gemessen, wobei 1 lx = 1 lm/m² ist. Die Beleuchtungsstärke sinkt mit dem Quadrat des Abstandes von der Lampe zur Oberfläche. Bei Annahme, das ein Ort mit L i Lux ausgeleuchtet wird, ergibt eine Verringerung der Beleuchtungsstärke um ein Lux folgenden ungefähren Sparfaktor: f = 1/L i Das heißt, wenn die aufgewendete Energie für die Beleuchtung E i ist, dann beträgt die eingesparte Energie f E i für jede abgesenkte Einheit Lux. Erfolgt die Verringerung der Beleuchtungsstärke nur teilweise über den Tag p (0 < p < 1) zum Beispiel nur während Mittagspause, dann ergibt sich die gespeicherte Energie aus p f E i. Die Formel nimmt an, dass Energie proportional zur Beleuchtungsstärke ist (es werden dabei keine Verluste aus Vorschaltgeräte oder andere Hilfseinrichtungen mit berücksichtigt). Beispiel: Verringerung der Beleuchtungsstärke Ein Geschäft hat eine Ausstellungsfläche für Schuhe. Das Beleuchtungsstärke ist L i = 500 lx. Dem Geschäft wird empfohlen, die Beleuchtungsstärke um L r = 300 lx zu senken. Wie viel Prozent kann das Geschäft dadurch einsparen? Der Unterschied in der Beleuchtungsstärke ist L i - L r = = 200 lx. Der Sparfaktor wäre also demzufolge f = 200/L i = 200/500 = 2/5. 15

22 D 3.1 Training Kit Germany Durch die Verringerung der Beleuchtungsstärke kann das Schuhgeschäft demnach ungefähr 40% an Energie einsparen. 3.2 Praxis Es ist einfach die aktuelle Beleuchtungsstärke mit einem Lux-Meter zu messen und diesie mit den Empfehlung aus Tabelle 2 zu vergleichen. Falls die Beleuchtungsstärke den empfohlenen Wert übersteigt, dann dient der Sparfaktor f als Abschätzung des möglichen Einsparpotentials. Der Europäische Standard (EN 15193) definiert einen sogenannten Lighting Energy Numeric Indicator (LENI), der den tatsächlichen Energieverbrauch pro Quadratmeter und Jahr angibt. Es wird dabei die installierte Leistung [W] mit der jährlichen Nutzungsdauer [h], multipliziert und dann durch die Fläche [m²] dividiert. So kann einfach abgeschätzt werden, ob der LENI in einem Geschäft niedrig, mittel oder hoch im Vergleich zu den genannten Empfehlungen in Tabelle 3 ist. Als alternativer Ansatz, wird der aktuelle Stromverbrauch einfach geschätzt und durch die Bodenfläche geteilt. Diese Zahl kann mit der Empfehlung aus der zweiten Spalte der Tabelle 3 verglichen werden. Ort Beleuchtungsstärke [lx] Parkplatz, mittleres Verkehrsaufkommen 10 Flure, Eingangshalle 100 Lagerräume, Kühlräume 100 Treppen, Rolltreppen 150 Badezimmer, Toiletten 200 Büroablage, Kopieren 300 Rezeption 300 Verkaufsfläche 300 Einkaufsbereich 500 Herstellung von Feinkost Lebensmitteln, Küchenarbeit 500 Büro, Lesen, Datenverarbeitung 500 Friseur 500 Tabelle 2: Standardwerte für die Beleuchtungsstärke (EN in Zumtobel 2011). 16

23 D 3.1 Training Kit Germany Anwendung Installierte Leistung [W/m 2 ] Jährliche Nutzung [h] LENI [kwh/m 2 ] Einzel- oder Gruppenbüro Großraumbüro Klassenzimmer Vorlesungssaal Lebensmittelgeschäft Restaurant Mehrzweckhalle Schlafzimmer Produktion (fein) Lager Tabelle 3: Empfohlene Beleuchtung (Minergie in SAENA 2013). Durchführbare Maßnahmen: Ersatz. Ersatz von Glühlampen durch Lampen der Klasse A. Ersatz von Spotlights durch LED Lampen. Ausbau. Entfernen von Lampen, z.b. Glühlampen oder alten T8 Röhren. Auswahl heller Farben. Zum Beipiel im Zimmer. Beleuchtungssteuerung: An/Aus Schalter und Dimmer Zeitschaltuhren Schalter die automatisch ausschalten Dämmerungsrelais Bewegungssensor Beleuchtungslevel: Aufteilung in Zonen Automatische Kontrolle des Beleuchtungslevel Regulierung bezüglich des Außenlichts Sonderbedarf: Reinigung Wartung Sonnenschutz 17

24 D 3.1 Training Kit Germany Berechnungsbeispiel: 1. Verringerung der Beleuchtungsstärke: Wenn das derzeitige Beleuchtungslevel L i ist, dann spart die Verringerung um 1 Lux 100/L i in Prozent, 2. Ersatz alter Lampen: Der Einsatz kompakter Leuchtstoffröhren anstatt von Glühlampen spart rund 75% und LED Lampen sparen rund 80% der Energie ein. 3. Ersatz alter Röhren: Ersatz von T8 Leuchtstoffröhren (26mm Umfang) durch dünnere T5-Typen (16mm) spart bis zu 35 W pro Röhre. 18

25 D 3.1 Training Kit Germany 4 Kapitel 4 Belüftung Die Raumluftqualität ist abhängig von einer Reihe von Faktoren. Allerdings wird die CO 2 -Konzentration häufig als ein allgemeiner Indikator für eine ausreichende Lüftung verwendet. Abbildung 13: Messgerät für das Raumluftqualität (Testo 435). 4.1 Theorie Ein Belüftungssystem, das Außenluft zuführt und verbrauchte Raumluft absaugt, senkt die Innenraumkonzentration C i. Das System verdünnt die Raumluft mit der Außenluft, welche eine geringer Konzentration C 0 aufweist. Um einen konstanten Druck aufrecht zu erhalten, kann davon ausgegangen werden, dass der Luftstrom Q gleich groß für die ein- und ausströmende Luft ist. Der Luftstrom wird in Litern pro Sekunde (l / s) gemessen. Für den Konzentrationsanstieg von Außen nach Innen wird die Kurzform ΔC = C i C o verwendet. Durch Einstellung des Luftstrom Q ' ergibt sich eine andere Innenkonzentration C i ' und damit eine weitere Konzentrationsdifferenz von ΔC'. Die neue Strömung als Funktion der alten, ist folgende : (1) Q' = (ΔC/ΔC')Q Die Gleichung zeigt, dass durch eine höhere Innenkonzentration, die Strömung verlangsamt werden kann. Falls zum Beispiel ΔC' = 2ΔC ist, so ist die entsprechende Strömung Q' halb so groß wie die ursprüngliche Strömung. Der Sparfaktor bezüglich des Luftstroms ist (2) f = 1 ΔC/ΔC' Die Gleichung (1) zeigt die neune Strömung, die proportional zur derzeitigen Strömung ist. Eine Veränderung der Luftströmung ist proportional zu einer Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Lüfters, wobei die elektrische Leistung wiederum proportional zu der rela- 19

26 D 3.1 Training Kit Germany tiven Drehzahländerung in der dritten Potenz ist (Affinitätsregeln, Grundfos 20xx). Mit Bezug auf Energie ist der Sparfaktor somit (3) f = 1 (ΔC/ΔC') 3 Dies ist ein signifikanter Vorteil, denn auch eine geringe Zunahme der Innenkonzentration von 2% führt zu einer Einsparung von 8% elektrischer Energie. Beispiel: Einsparpotential Wie groß ist das Einsparpotential bei einer gemessenen Innenkonzentration von C i = 800 ppm? Die Außenkonzentration ist C o = 400 ppm und die maximale Innenkonzentration ist C i ' = 1000 ppm. Der derzeitige Konzentrationsanstieg ist demnach ΔC = = 400 ppm. Der neue Konzentrationsanstieg beträgt ΔC' = = 600 ppm. Demzufolge ist ΔC/ΔC' = 400/600 = 2/3. Der neue Energieverbrauch ist (ΔC/ΔC') 3 = (2/3) 3 = 8/27 des derzeitigen Energieverbrauchs. DerSparfaktor beträgt somit f = 1-8/27 = 19/27, was einem Einsparpotential von fast 70% entspricht. 4.2 Praxis Es ist nicht besonders schwierig, die CO 2 Konzentration in einem Geschäft zu messen. Jedoch sind die Messinstrumente relativ teuer. Alternativ kann auch der volumetrische Luftstrom (L/s) mit einem Windmesser gemessen werden oder an der Steuerungseinheit abgelesen werden. Der empfohlene Wert von 1000 ppm entspricht 7,8 L/s pro Person. Anhand einer Schätzung der durchschnittlichen Personenanzahl im Geschäft ist es möglich den empfohlenen Geschwindigkeitswert für den Luftstrom (l/s) zu berechnen. Allerdings erlaubt das Lüftungssystem in der Regel nur die Einstellung von gewissen Geschwindigkeitsstufen. Meistens gibt es sogar nur zwei Stufen: schnell und langsam. Die Ein- 20

27 D 3.1 Training Kit Germany stellung der langsamen Stufe sollte versucht werden, um zu prüfen, ob diese ausreicht, was ein deutliches Einsparpotential ergeben würde. Die Frischluft wird oft von der Decke zugeführt und falls diese 1 bi 2 Grad kälter ist als die Innentemperatur, so fällt die kalte Luft nach unten und durchmischt sich mit der Innentemperatur von selber. Berechnete Beispiele (angepasst aus Poulsen 20xx): 1. Verringerung der Betriebszeiten: Falls das Lüftungssystem 8h anstatt 10h pro Tag läuft, ergibt sich ein Sparfaktor von 2/10 oder 20%. 2. Verringerung der Zufuhrtemperatur zu Heizzwecken: Falls die durchschnittliche Außentemperatur 9 C und die zugeführte Temperatur von 20 C auf 19 C gesenkt wird, ergibt sich ein Sparfaktor von 1/(20-9) = 1/11 oder 9 %. 3. Verringerung des Luftstroms: Falls der Luftstrom um 10 % gesenkt wird, ergibt sich ein Sparfaktor von 1-0,9³ = 27 %. Zusätzlich können 10% für die Aufwärmung der Luft eingespart werden. 21

28 D 3.1 Training Kit Germany 5 Kapitel 5 Zusammenstellung möglicher Energiesparmaßnahmen Prozess Maßnahme Bemerkungen Abwärmenutzung Die Abwärme einer Kühlanlage eignet sich sehr gut zur Vorwärmung bis 45 C von Warmwasser über einen Wärmetauscher. Pro kw Kompressorleistung kann etwa mit 2,5 kw Wärmeleistung gerechnet werden. Luftkühlung Überfüllung Wasserkühlung mit Frischwasser Temperatur Abdeckung Dichtigkeit Der Wärmetauscher für die Abwärme sollte sauber sein und möglichst kalte Luft ansaugen (Anordnung, Lüftungsöffnungen..). Kühlmöbel sollten nur bis zur Marke gefüllt werden, schon wegen der Warentemperatur. Unnötige Verpackung und leere Gebinde gehören nicht in den Kühlraum. Der Wasserverbrauch sollte wie der Stromverbrauch kontrolliert werden. Eine tiefe Wasseraustrittstemperatur weist auf einen zu großen Wasserdurchfluss hin. Ohne Abwärmenutzung, ist die Kühlung über eine Rückkühlanlage oft wirtschaftlicher (Wassergebühren). Die Kühlraumtemperatur sollte nicht tiefer als erforderlich sein. Offene Kühlmöbel in der Nacht abdecken und Temperatursollwert anheben. Tagsüber können die Verluste mit einer IR reflektierenden Folie an der Decke reduziert werden. Nebst dem Kälteverlust über die Isolation gibt es auch Lüftungsverluste durch undichte Türdichtungen, Bodenelemente und Kondensatleitungen ohne Siphon. Undichtigkeiten führen auch zu vermehrter Vereisung. Einsparmöglichkeit von 2 bis 15% des Stromverbrauchs. Energieeinsparungen bis 20% sind möglich. Je nach Tarif und Einstellung können die Kosten für das Kühlwasser (meistens Trinkwasser) in den Bereich der Stromkosten gelangen. Eine Kühlraumtemperatur von -18 C erfordert 25% weniger Energie als eine von -23 C. Mit einer konsequenten Abdeckung kann bis zu einem Viertel der Energie eingespart werden. Türen sollten nur für kurze Zeit offen sein, automatische Türen sind zu aktivieren. 22

29 D 3.1 Training Kit Germany Wärmedämmung Wartung Neuanschaffung Aufstellung Abtauung Laufdauer Zusatzaggregate Produktentnahme Ein schlecht gedämmter Kühlraum verliert viel Kälte. Bei einer Kühlraumtemperatur von unter 8 C ist eine Wärmedämmung mit einem u-wert von 0,15 W/mK erforderlich (etwa 20 cm Dämmstärke). Regelmäßige Reinigung des Verdampfer und der Kondensatoren. Beim Kauf einer neuen Kälteanlage sollte der Energieverbrauch beachtet werden. Eine gute Wärmedämmung und eine gute Kältemaschine. Der Kühlbereich sollte an einem möglichst kühlen und strömungsarmen Ort aufgestellt werden. Der Kondensator (Rückkühler) soll an einer kühlen strömungsreichen Stelle platziert werden, welche nicht von anderen Rückkühlern vorgeheizt wird. Anpassung der Abtauung an Erfordernisse (Wochenende, Raumfeuchte, Jahreszeit), Verlegung in die Niedertarifzeit. Das Kondenswasser sollte über eine Leitung mit Siphon (damit es keinen Luftaustausch gibt) aus dem Kühlraum austreten können. Ein Kompressor sollte pro Schaltspiel mindestens einige Minuten laufen. Bei Kühlanlagen können die Zusatzaggregate wie Licht, Rahmenheizung, Ventilatoren, Pumpen bis 30% des Verbrauchs ausmachen. Wenn größere Mengen aus dem Tiefkühlraum entnommen werden, können diese auch im Plus-Kühlraum aufgetaut werden. Bei geschickter Planung kann so etwas Kälteenergie im Plus-Kühlraum und Wärme in der Küche eingespart werden. Der Wärmezufluss sollte 5 W/m² nicht übersteigen. Er darf natürlich auch tiefer sein. 2 bis 10% Sparpotential. Schlussendlich zählen die Investitions- und Betriebskosten zusammen. Man sieht immer wieder Kühlanlagen neben Wärmequellen und strömungstechnisch kurzgeschlossene Rückkühler. Je nach Situation 2 bis 6% Sparpotential. 2 bis 5% Sparpotential. Bei bedarfsgerechter Ansteuerung sind bis 15% Sparpotential möglich. Ein Kilogramm Gefriergut hat von - 18 C bis + 5 C einen Energieinhalt von etwa 0,1 kwh/kg. 23

30 D 3.1 Training Kit Germany Spitzenleistung Nachtstrom Größere Kälteanlagen mit Speichermasse können zur Vermeidung einer Leistungsspitze kurzzeitig ausgeschaltet werden. Nebst einer Temperaturabsenkung mit günstigen Nachtstrom gibt es auch Systeme mit Kältespeicher wie Binäreis (Flow-Ice). Die zulässige Kühlraumtemperatur darf nicht überschritten werden. Bei größeren Anlagen ab 10 kw Leistung eine prüfenswerte Variante. Tabelle 4: Zusammenstellung von möglichen Energiesparmaßnahmen und Tipps für Kälte- und Gefrieranlagen. Quelle: 24

31 D 3.1 Training Kit Germany 6 Kapitel 6 Maßnahmencheckliste und Sparfaktoren Kategorie Maßnahmen Sparfaktor Heizung (Kühlung) Absenkung der Raumtemperatur um 1 C 1/(T i T o ) Absenkung der Raumtemperatur um 1 C (h s /24)/(T i T o ) nach Stunden (h s hours) Absenkung der Raumtemperatur um 1 C (d/365)/(t i T o ) an unbesetzten Tagen Installation von Thermostatventil an Heizkörpern, 1/(T i T o ) entspricht Verringerung der Raumtemperatur um 1 C Senkung des Wasserverbrauchs 1/V h Abdichtung von Luftlecks entspricht einer 1/(T i T o ) Verringerung der Raumtemperatur um 1 C Isolation kühler von warmen Räumen 1 R/R' (R < R' < 8R) Kühl-/ Gefriergeräte, Anhebung der Temperatur um C (Ziel: - 1/(T i T c ) Warmwasserspeicher 18 C in Gefriergeräten, +5 C in Kühlschränken) Abschalten von Getränkekühlschränken (h s /24) 1/(T i T c ) nach Ladenschluss in Stunden (h s hours) Absenkung der Raumtemperatur um 1 C (h s /24) 1/(T i T c ) Nachts (h s hours) Absenkung der Raumtemperatur um 1 C (d/365) 1/(T i T c ) während mehrerer Tage (d) im Jahr Senkung der Temperatur im Warmwasserspeicher 1/(T h T i ) um 1 C (Ziel sind 60 C) Beleuchtung Verringerung der Beleuchtungsstärke um 1/L 1 Lux. Zielwerte einsehbar im Abschnitt Beleuchtung Ersatz von T8 Röhre (80 lm/w) durch T5 1/5 Röhre (100 lm/w) Ersatz einer Halogen Lampe (35 W) durch 4/5 eine LED Lampe (7 W) Belüftung Verringerung der Betriebszeiten um 1h am 1/h o Sonstige Tag Verringerung des derzeitigen Luftstroms um ΔC/ΔC' Ersatz von Umwälzpumpen mit Geschwindigkeitsstufen durch kontinuierlich arbeitende Pumpen der Klasse A 1 (ΔC/ΔC') 3 bzgl. Strom, 1 ΔC/ΔC' bzgl. Aufwärmung der Luft 280 kwh 25

32 D 3.1 Training Kit Germany Installation einer Zeitschaltuhr für die Warmwasser-Umwälzpumpen Ersatz eines alten Warmwasserspeichers, 100 l Größe, durch einen neuen Standardspeichers Halbjährliche Wartung des Ölheizkessels Halbjährliche Wartung (klein/groß) der Fernwärmeeinheit Installation eines Standy- Ausschalters an IT-Geräten 58 kwh 1206 kwh (~ Einsparung 4 W/K) 935 kwh 815 kwh (klein), 1358 kwh (groß) 90 kwh Tabelle 5: Night Hawks Checkliste für Energiesparende Ratschläge. Falls eine Variable mit ( ) versehen ist, bedeutet dies einen neuen Wert für die selbe Variable. Liste der Messungen: 1. ΔC ist der derzeitige Unterschied der CO 2 -Außenkonzentration [ppm] zur Innenkonzentration [ppm] (CO 2 Messgerät) 2. d ist die Anzahl von Tagen im Jahr, an dem das Geschäft leer ist (Besitzer fragen) 3. h o ist die derzeitige Anzahl von Stunden am Tag, an dem das Geschäft leer ist 4. h s ist die Anzahl der Stunden der Absenkungen am Tag 5. L ist die Beleuchtungsstärke (Luxmeter) 6. P e isr die Strompreis [EUR/kWh]. 7. P h isr der Heizenergiepreis [EUR /kwh] / [EUR /Brennstoffeinheit]. 8. P w ist der Wasserpreis [EUR/m 3 ]. 9. R ist die derzeitige Widerstand des Wärmestroms (siehe Tabelle der u-werte) 10. T a ist die derzeitige Temperatur des zugeführten Luft durch das Belüftungssystem 11. T c ist die derzeitige Kühltemperatur in einem Kühlgerät 12. T h ist die derzeitige Temperatur im Warmwasserspeicher 13. T i ist die derzeitige Innentemperatur (Thermometer, Datenlogger) 14. T o ist die durchschnittliche Außentemperatur 15. V h ist der derzeitige Warmwasserverbrauch im Jahr (Besitzer nach Wasserverbrauch fragen, Standard rund 1/3) 26

33 D 3.1 Training Kit Germany 7 Kapitel 7 Praxisbeispiele Im Rahmen des KfW Programms Energieberatung Mittelstand wurden bei dem Lebensmitteleinzelhändler zuerst eine Initialberatung mit Schwachstellenanalyse und eine erste Ermittlung von Einsparpotentialen durchgeführt. Darauf folgte eine vertiefende Analyse und konkrete Vorschläge wurden erarbeitet. Die zwei Haupteinsparpotenziale waren in diesem Praxisbeispiel in den Bereichen Kühlung und Wärmerückgewinnung zu finden: Kühlung: Energiebedarf 53 MWh/a, Energiekosten /a. Maßnahme: Nachrüstung von Glastürelementen für ein 11m langes Kühlregal. Ergebnis: Reduzierung Elektroenergie um 45% (24MWh/a), Einsparpotential von /a. Abbildung 14: Verglasung der Kühltheken. Quelle: Dipl.-Ing. Matke, Leipzig 27

34 D 3.1 Training Kit Germany Wärmerückgewinnung Maßnahme: Neuinstallation einer Warmwasseraufbereitung für Küche, Backtresen, Fleisch und Käsetheke, Geschirrspül- und Kaffemaschine. Ergebnis: Reduzierung Elektroenergiebedarf um 10% (12MWh/a), Einsparpotential von /a bei einer statischen Amortisationszeit von 2,5 Jahre. Abbildung 15: Wärmerückgewinnung aus verbrauchtem Warmwasser. Quelle: Dipl.-Ing. Matke, Leipzig Wie in diesem Beispiel zu erkennen, lassen sich die Energiekosten mit relativ einfachen Mitteln und überschaubaren Investitionen deutlich reduzieren! 28

35 D 3.1 Training Kit Germany 8 Kapitel 8 Energierechner Anhand von Berechnungstools kann eine grobe Abschätzung des erzielbaren Einsparpotenzials vorgenommen werden. An unterer Stelle sind eine Reihe von weiteren energetischen Berechnungstools angegeben, welche es ermöglichen sollen die erzielbaren Einsparpotenziale von bisherigen Maßnahmen zu identifizieren. Absenkung der Innentemperatur Temperaturabsenkung des Warmwassers Temperaturabsenkung in einem Getränkekühlschrank Nachtabsenkung einer Gebäudeheizung 29

36 D 3.1 Training Kit Germany 9 Kapitel 9 Sparfaktoren und weitere Definitionen und Umrechnungen Sparfaktoren werden verwendet, um das relative Energieeinsparpotential besser abschätzen zu können, indem physikalische Gegebenheiten einbezogen werden. Falls eine Maßnahme x Kilowattstunden spart, dann ist der Sparfaktor f = x/x, wobei X der derzeitige Verbrauch ist. Beispielweise, falls eine Maßnahme 10% der Heizenergie einspart, so beträgt der Sparfaktor f = 0.1 or 10%. Nach der Abschätzung der Sparfaktors f einer vorgeschlagenen Maßnahme, wird der aktuell beobachtete Verbrauch X hinzu multipliziert um den Wert x = fx zu erhalten, welcher die Einsparung in Kilowattstunden angibt. 9.1 Raumheizung und Kühlung Die Abbildung 17 zeigt ein beheiztes Gebäude mit der Innentemperatur T i, dem Wärmeverlust Q und der Außentemperatur To, welche in diesem Fall niedriger als die Innentemperatur angenommen wird. Im Kühlungsfall (T o > T i ) ist es dementsprechend ähnlich, nur die Wärmeflüsse verlaufen in umgekehrter Richtung. Die physikalische Beziehung zwischen Innenund Außentemperatur in einem Gebäude ist linear. Abbildung 16: Wärmefluss in einem Gebäude. Symboldefinition. Ein Modell wird verwendet, um den Widerstand einer Wand darzustellen. Je höher der Widerstand R, desto geringer ist der Wärmestrom aus dem Gebäude heraus (Klaesener et al. 2013). Der Wärmefluss ist proportional zur Temperaturdifferenz, was durch das Fourier Gesetz beschrieben wird: (1) Q = (T i T o )/R 30

37 D 3.1 Training Kit Germany Die Gleichung beschreibt, wie die Temperaturdifferenz den Wärmefluss durch die Wand befördert, mit einer Rate, die abhängig vom Widerstand R der Wand und der Isolation ist. Der über die Zeit kumulierte Wärmestrom entspricht der zu berücksichtigen Energie. Gleichung (1) zeigt zwei Möglichkeiten den Wärmestrom Q zu reduzieren: 1. Indem die Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur durch die Anpassung der Innentemperatur verringert wird, oder 2. Indem der Widerstand R durch eine stärkere Isolierung erhöht wird. Die gleichen Überlegungen können an einem Warmwasserspeicher oder einer Kühlvorrichtung angewandt werden. Die Innentemperatur wird dabei als stetig, aber anpassbar angenommen. Die Außentemperatur T o hängt von den Wetterbedingungen ab, wird aber als Durchschnittswert während der Heizperiode (Kühlperiode) angenommen und kann deshalb auch als stetig angesehen werden. Im ersten Fall wird angenommen, dass die Innentemperatur von T i auf T i ' angepasst wird. Das ergibt einen neuen Wärmestrom Q, welcher durch die neue Temperaturdifferenz wie folgt geregelt wird: (2) Q' = (T i ' T o )/R Der eingesparte Wärmestrom ergibt sich aus der Differenz Q Q' zwischen dem ursprünglichen und dem angepassten Wärmestrom. Der Sparfaktor f' des eingesparten Wärmestroms in Bezug zum aktuellen Verbrauch ergibt sich aus den Gleichungen (1) und (2) wie folgt: (3) f' = (Q Q')/Q = (T i T i ')/(T i T o ) Durch Umstellung kann der Sparfaktor auch als Q Q' = fq geschrieben werden. Die Gleichung (3) zeigt, dass der Sparfaktor der Temperatureinsparung entspricht, das bedeutet das Verhältnis des eingesparten Temperaturanstiegs ΔT = T i T i ' bezogen auf die maximale Spanne von T i T o. Falls wir uns auf eine 1 C Änderung beschränken und ΔT = 1 setzen, dann ergibt sich der entsprechende Sparfaktor aus der Gleichung (3) wie folgt: (4) f(1) = 1/(T i T o ) Der Sparparktor entspricht in diesem Falle einer Änderung der Innentemperatur um 1 C. Der Sparfaktor ist f = f(1) ΔT und durch Einsetzen kann der Sparfaktor wie folgt ausgedrückt werden: (5) Q Q' = f(1) ΔT Q 31

38 D 3.1 Training Kit Germany Der gleiche Sparfaktor f(1) kann auf Energie angewendet werden, da die Energie E die Summe aus dem Integral von Q über das betrachtete Zeitintervall ist. Dieser Ausdruck bildet das Prinzip, dass in unserer Tabellenkalkulation in der Checkliste zugrunde liegt. Der Ausdruck ΔT ist der Temperaturunterschied, den wir mit dem Ladenbesitzer vereinbaren; in der Tabellenkalkulation wird dieser mit f(1) multipliziert, welcher der vorberechnete Sparfaktor ist, basierend auf der gemessenen Innentemperatur und der durchschnittlichen Außentemperatur. Im Anschluss wird in der Tabellenkalkulation E hinzu multipliziert, welche den aktuellen Energieverbrauch im Geschäft angibt. Da die Außentemperatur T o vom lokalen Klima abhängig ist, lässt sich folgern, dass die Sparfaktor aufgrund von T o auch vom Klima, aber nicht vom Grad der Isolierung abhängig ist. Beispiel: Absenkung der Innentemperatur Während der Heizperiode beträgt die durchschnittliche Außentemperatur auf Rhodos ungefähr T o = 14 C. Nach der Gleichung (4), ergibt sich durch die Absenkung der Innentemperatur von T i = 22 C auf T i ' = 21 C ein Sparfaktor von f(1) = 1/(T i T o ) = 1/(22 14) = In anderen Worten, die Absenkung der Innentemperatur um 1 C spart dem Ladenbesitzer 12,5% des derzeitigen Heizenergieverbrauchs. Falls es sich bei der Heizeinheit um einen Ölofen handelt, werden 12,5% an Öl eingespart. In einem weiteren Fall soll davon ausgegangen werden, dass der Widerstand R nach R' angepasst wird. Das ergibt einen neuen Wärmestrom Q': (6) Q' = (T i T o )/R' Nach dem analogen Verfahren zu dem vorherigen für Temperaturen, ergibt sich für den eingesparten Wärmestrom in Bezug auf den ursprünglichen Wärmestrom der folgende Ausdruck: (7) Q Q' = (1 R/R')Q In diesem Falle hängt die Ersparnis in Klammern, aufgrund von R, von der Isolation ab, nicht aber vom Klima. Derselbe Sparfaktor kann auf die Energie angewendet werden, da die Energie die Summe des Wärmestroms über das betrachtete Zeitintervall ist. 32

39 D 3.1 Training Kit Germany Beispiel: Anbringen einer zusätzliche Isolierung Der Besitzer bringt zusätzlich eine Isolierung an, sodass der neue Widerstand R' = 2.5 R ist. Dann ergibt sich ein Sparfaktor von f = 1 R/(2.5 R) = 0.6. In anderen Worten, durch die Verbesserung der Isolation um den Faktor 2,5, ergibt sich eine Einsparung von 60%. Falls die Wände einen Anteil von w = 50 % an den Verlusten des gesamten Gebäudes haben, dann entspricht der Sparfaktor durch die Isolierung der Wände f(w) = f w = % = 30 %. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass nur die Sparfaktoren bezüglich zur Veränderung der Innentemperatur vom Klima abhängen. 9.2 Kühlgeräte, Gefriergeräte und Warmwasserspeicher Wärmeverluste bei einem Warmwasserspeicher verhalten sich in ähnlicher Weise. Der Sparfaktor bezüglich der Absenkung der Solltemperatur T h im Warmwasserspeicher ist abhängig von der Umgebungstemperatur, welche die stetige Innentemperatur T i ist, falls der Speicher innen aufgestellt ist. Der Sparfaktor, der sich durch die Absenkung der Solltemperatur um 1 C im Speicher ergibt, ist: (8) f(1)=1/(t h T i ) Der Sparfaktor berücksichtigt dabei die Leerlaufverluste. Das bedeutet, falls die auf den Erhalt der Warmwassertemperatur verwendete Energie E h ist, dann ist die eingesparte Energie f E h für jedes angepasstes Grad Celsius. Erfolgt die Verringerung der Temperatur nur teilweise über den Tag p (0 < p < 1) zum Beispiel nur während der Nacht, dann ergibt sich die eingesparte Energie aus p f E h. Das Model beinhaltet dabei nicht die benötigte Energie für die Erwärmung des Zuflusses auf T h. Die Temperatur des Zuflusses kann der Temperatur des Grundwasser entsprechen, welche sehr niedrig ist. Falls der jährliche Warmwasserverbrauch bekannt ist, ist es möglich die für die Erwärmung des Zuflusses benötigte Energie zu berechnen und von den Verlusten zu trennen. Falls durch den Besitzer eine zusätzliche Isolierung an den Warmwasserspeicher angebracht wurde, oder einer neuer Speicher gekauft wurde, findet die Gleichung (7) Anwendung. Der Sparfaktor durch die zusätzliche Isolierung ist hierbei nicht von der Temperatur abhängig. Es gibt einen ähnliche Sparfaktor in Verbindung mit einer Dusche durch Absenken der Duschwassertemperatur, wobei kaltes und heißes Wasser gemischt wird. Unter der Annahme, 33

40 D 3.1 Training Kit Germany dass der Durchfluss in der Dusche durch ein Thermostat-Mischventil konstant gehalten wird, hängt die Duschtemperatur T s linear von der Warmwassertemperatur T h und der Kaltwassertemperatur T c in folgender Weise ab: T s = at h + (1 a)t c. Der Parameter a ist hier der Anteil des Warmwasser (0 a 1). Durch Umstellung der Gleichung erhält man a = (T s T s )/(T s T s ). Wird nun die Temperatur von T s auf T s ' angepasst, ergibt sich ein neuer Anteil von a' = (T s ' T s )/(T s T s ). Der Sparfaktor des Warmwassers ist demzufolge (9) f = (a a')/a = (T s T s ')/(T s T c ) Sogar wenn das warme mit dem kalten Wasser gemischt wird, ergibt sich ein Sparfaktor durch Verringerung der Duschtemperatur um 1 C wie folgt: (10) f(1) = 1/(T s T c ) Dies ist eine bekannte Form, bei der die Temperaturbereich von der niedrigen Temperatur zur derzeitigen Temperatur (Nenner) den Effekt einer Absenkung um 1 C maßgeblich bestimmt. Kühlschränke und Gefriergeräte können ebenfalls als Speicher angesehen werden und sie verhalten sich auch in gleicher Weise. Wenn die beobachtete Temperatur innerhalb des Kühloder Gefriergerätes T c ist, dann ist der Sparfaktor: (11) f(1) = 1/(T i T c ) Es reicht vollkommen aus einen Kühlschrank mit 5 C zu bertreiben, manchmal sogar höher. Falls sich herausstellt, dass die beobachtete Temperatur niedriger ist, kann Energie nach dem entsprechenden Sparfaktor eingespart werden. Es ist auch vollkommen ausreichend, Gefriergeräte auf -18 C zu stellen und falls sich herausstellt, dass die Temperatur niedriger ist, lassen sich auch hier die Einsparungen schnell quantifizieren. 9.3 Beleuchtung Die Menge an sichtbaren Licht, das auf eine Oberfläche fällt die Beleuchtungsstärke wird in der Einheit Lux [lx] gemessen. Totale Dunkelheit entspricht Null lx. Der europäische Standard empfiehlt 500 lx für einen Büroarbeitsplatz. Die Beleuchtungsstärke sinkt mit dem Quadrat des Abstandes von der Lampe zur Oberfläche. Unter der Annahme, dass die betrachtete Oberfläche mit L i Lux beleuchtet wird, ergibt sich durch die Verringerung der Beleuchtungsstärke um ein Lux ungefähr ein Sparfaktor von: (12) f(1) = 1/L i 34

41 D 3.1 Training Kit Germany Dies heißt, wenn die zur Beleuchtung aufgewendete Energie E i ist, dann ist die eingesparte Energie für jedes verringerte Lux f E i. In der Formel wird angenommen, dass Energie proportional zur Beleuchtungsstärke ist (es werden keine Verluste aus Vorschaltgeräte oder andere Hilfseinrichtungen mit berücksichtigt). Beispiel: Verringerung der Beleuchtungsstärke Die derzeitige Beleuchtungsstärke ist mit L i = 500 lx angegeben und es werden L r = 300 lx empfohlen. Der Unterschied der Beleuchtungsstärke ist demzufolge L i L r = = 200 lx. Der Sparfaktor für eine Einheit ist somit f(1) = 1/500 und der gesamte Sparfaktor ist folglich f = 200/L i = 200/500 = 2/5 = 40 %, was an Einsparpotential vorhanden ist. 9.4 Lüftung Die mechanische Belüftung verbessert die Qualität der Raumluft durch Zufuhr von frischer Außenluft. Der CO 2 -Gehalt ist ein Maß für die Qualität der Raumluft und der empfohlene akzeptierbare Maximalwert ist 1000 ppm. Ein ppm ist 1/10000 eines Prozents. Falls die Konzentration geringer ist, so ist die Luftqualität gut. Die CO 2 -Konzentration im Freien ist mit geringen saisonalen Abweichungen ungefähr 400 ppm. Die Qualität der Raumluft ist auch von anderen Faktoren (Feuchtigkeit, Außentemperatur) abhängig, aber dennoch ist die CO 2 - Konzentration ein gebräuchlicher Indikator. Es ist von großem Interesse, die Drehgeschwindigkeit des Lüfters zu kennen, weil die Energie von der dritten Potenz der Geschwindigkeit abhängt. Falls die Geschwindigkeit zum Beispiel halbiert werden kann, so ist der Energieverbrauch dann 1/8. Ein Lüftungssystem das Frischluft zuführt und Abluft aus dem Raum abführt verringert die Innenkonzentration C i durch Vermischung der Raum- mit der Außenluft der Konzentration C o. Es wird angenommen, dass der zugeführte Luftstrom Q gleich dem abgeführten ist, um ein konstantes Drucklevel zu halten. Der Luftstrom wird in Litern pro Sekunde gemessen (L/s). Demzufolge entspricht C i Q dem Zufluss an CO 2. Die Besucher im Inneren erzeugen durch ihre Atmung die Menge B an CO 2. Das Lüftungssystem hält somit ein Gleichgewicht wie die folgende Gleichung beschreibt: C i Q = B + C o Q. Auf der linken Seite der Gleichung ist der Ausstoß an CO 2 dargestellt und auf der rechten Seite der Beitrag an CO 2. Da wir besonders an dem Luftstrom interessiert sind, stellen wir dir Gleichung nach Q als abhängige Größe um: 35

42 D 3.1 Training Kit Germany (13) Q = B/(C i C o ) = B/ΔC Wir verwenden ΔC = C i C o als Kurzschreibweise für den Konzentrationsanstieg von Außen nach Innen. Mit der Annahme von C o = 400 ppm und B = 4700 [ppm L/s] pro Person, ist in Abbildung 18 die Beziehung zwischen der Strömung Q und der Innenkonzentration C i dargestellt. Die maximale Konzentration ist 1000 ppm, was einem minimalen Luftstrom von 7,8 l/s pro Person entspricht. Bei Werten unterhalb von1000 ppm verändert sich der Verlauf der Kurve drastisch. Abbildung 17: Soll-Luftstrom pro Person als Funktion der gewünschten CO2-Raumkonzentration- Die Änderung des Luftstroms Q ergibt einen Innenkonzentration C i ' und die neue Bilanzgleichung ist somit: (14) Q' = B/ΔC' Wenn die Gleichung (14) durch die Gleichung (13) geteilt wird, verschwindet B und man erhält den neuen Luftstrom als eine Funktion des alten Stroms, nämlich: (15) Q' = (ΔC/ΔC')Q Die Gleichung zeigt, dass bei höherer Innenkonzentration, der Luftstrom verringert werden kann. Wenn wir zum Beispiel ΔC' = 2ΔC erlauben, dann ist der entsprechende Strom Q' nur halb so groß wie der ursprüngliche. Aus der Gleichung (15) erhalten wir dann die Einsparung (16) Q Q' = Q (ΔC/ΔC')Q = (1 ΔC/ΔC')Q Demnach ist der Sparfaktor in Bezug zum Luftstrom (17) f = 1 ΔC/ΔC' 36

43 D 3.1 Training Kit Germany Gleichung (15) stellt den neuen Luftstrom dar, der proportional zum derzeitigen Luftstrom ist. Eine Veränderung der Luftströmung ist proportional zu einer Veränderung der Drehgeschwindigkeit des Lüfters, wobei die elektrische Leistung proportional zu der relativen Drehzahländerung in der dritten Potenz ist (Affinitätsregeln, Grundfos 20xx). Bezüglich Energie ist der Sparfaktor somit (3) f = 1 (ΔC/ΔC') 3 Dies ist ein signifikanter Vorteil, denn auch eine geringe Zunahme der Innenkonzentration von 2% führt zu Einsparung von 8% elektrischer Energie. Beispiel: Mehr CO 2 erlauben Die Raumkonzentration kann von C i = 600 ppm auf C i ' = 800 ppm ansteigen. Die Außenkonzentration ist C o = 400 ppm. Der derzeitige Konzentrationsunterschied beträgt somit ΔC = = 200 ppm. Der neue Konzentrationsunterschied wird ΔC' = = 400 ppm sein. Der neue Stromverbrauch beträgt (ΔC/ΔC') 3 = (1/2) 3 = 1/8 des derzeitigen Stromverbrauchs. Der Sparfaktor ist demzufolge f = 1-1/8 = 7/8, was 88% an eingesparter Energie entspricht. 37

44 D 3.1 Training Kit Germany 10 Kapitel 10 - Energieumrechnung Die Einheit kw bedeutet Kilowatt und kwh bedeutet Kilowattstunden. Kilowattstunden (kwh) ist eine Energieeinheit und Konsumenten zählen ihre Stromrechnung anhand der verbrauchten kwh (siehe Abbildung 18). Die Unterscheidung zwischen Leistung und Energie ist unter Umständen schwierig. Ähnlich wie 1 km = 1000 m sind, so sind 1 kw = 1000 W. Abbildung 18: Alter Stromzähler. Die Anzahl an Umdrehungen gibt den Stromverbrauch an Energie (kwh) Ein Stromzähler misst die verbrauchte Energie in kwh. Das heißt, die Menge an Kilowatt wird mit der Anzahl an Stunden multipliziert. Haushalte melden ihren Stromverbrauch an ihren Energieversorger, dieser liest den Zähler in gewissen Zeitabständen ab, oder misst ihn automatisch anhand eines Smart Meters. Der durchschnittliche Stromverbrauch eines Deutschen beträgt ungefähr kwh el (Heizenergie ausgeschlossen). Wird eine Strompreis von ungefähr 28 Cent/kWh, so ergeben sich Kosten von knapp 450 im Jahr. Je mehr Geräte angeschaltet sind, desto schneller zählt der Zähler. Je länger die Geräte eingeschaltet sind, desto mehr dreht der Zähler. Falls keine Geräte angeschaltet sind, sollt der Zähler still stehen. Kleinere oder größere Messeinheiten können nach belieben aus der Tabelle 6 abgelesen werden. 38

45 D 3.1 Training Kit Germany 10.2 Leistung (kw) Die Größe einer elektrischen Maschine wird in Kilowatt (kw) gemessen. Diese ist die Leistung, die der Motor verwendet und komplementär zum Stromverbrauch. Energie ist die Leistung über die Zeit. Läuft ein Motor dauerhaft über eine gewisse Zeit, so ergibt sich die Leitung aus dem verbrauchten Energie (kwh) geteilt durch die Laufzeit (h). Es gibt eine große Vielfalt von Geräten und Maschinen mit unterschiedlicher Leistung, welche in Tabelle 7 dargestellt sind. Beispil: Staubsauger Ein Staubsauger mit einer Leistung von 1,8 kw (oder 1800 W), der für eine halbe Stunde am Tag läuft, verbraucht Energie = Leistung*Zeit = 1,8 kw *0,5 h = 0,9 kwh Das Rad des Stromzählers in Abbildung 19, würde sich demnach um 0,9 Einheiten drehen. Weitere Beispiele: Mit einer kwh kann ein 1000 W starkes elektrischem Heizgerät eine Stunde lang betrieben werden. Für einen zweistündigen Betrieb werden dementsprechend 2 kwh benötig. Ein Liter Heizöl hat einen Energiegehalt von ca. 10 kwh. Falls der Heizkessel eine Leistung von 10 kw hat, kann er mit einen Liter Öl eine Stunde betrieben werden (unter Vernachlässigung der Verluste) Ein Mensch verbraucht ungefähr 2000 Kalorien pro Tag, was umgerechnet 0,0023 kwh sind. Dies entspricht einer 100 Watt Glühbirne, die 24 Stunden leuchtet Analogie Der Stromzähler ist ähnlich dem in Abbildung 20 dargestelltem Tacho. Leistung entspricht der Geschwindigkeitsanzeige Energie entspricht dem Kilometerzähler 39

46 D 3.1 Training Kit Germany Energie ist die kumulierte Leistung über die Zeit, sowie die zurückgelegte Strecke die kumulierte Geschwindigkeit über die Zeit ist. Abbildung 19: Tacho eines Autos (photo: Wikimedia commons). Name Symbol Größenordnung Watt-stunde Wh 1 Kilowatt-stunde kwh Wh Megawatt-stunde MWh kwh Gigawatt-stunde GWh MWh Tabelle 6: Energieeinheiten Menge Beispiel 1 W LED Lampe 10 W Energiesparlampe 100 W Glühbirne 1 kw Elektrisches Heizgerät, kleiner Staubsauger, Solarpanel 10 kw große Heizungspumpe, Ofen 100 kw Automotor 1 MW kleine Windkraftanlage 10 MW zwei Offshore Windkraftanlagen 100 MW Motor des Containerschiffs Emma Mærsk 1 GW Größe eines Kohlekraftwerks Tabelle 7: Leistungsquellen 10.4 Gradtage Gradtage nach VDI 3807 sind als Temperaturdifferenz zwischen der mittleren Raumtemperatur von 20 C und dem jeweiligen Tagesmittelwert der Lufttemperatur (Außentemperatur) definiert. Die Anzahl an Gradtagen ist somit eine Maßzahl, die angibt, wie kalt es draußen ist. 40

47 D 3.1 Training Kit Germany Die monatlichen Gradtage stellen die Summe über die Temperaturdifferenzen derjenigen Tage eines Monats dar, an welchen die Temperaturmittelwerte unter 15 C Außentemperatur (Heiztag) liegen. In der Abbildung 21 ist verdeutlicht, dass die Anzahl an Gradtagen vom Ort und von der Jahreszeit abhängt. Abbildung 20: Aufgenommene Gradtage (degreedays.net) in Wochen eines Jahres ab dem Start der Heizungsperiode im Oktober 2008, wobei die Anzahl an Gradtagen in Mytilini (Griechenland) denen in Tirstrup (Dänemark) gegenübergestellt wird. Die Gradtagzahl (englisch: Heating Degree Dasys, kurz: HDD) ist eine heiztechnische Kenngröße. Sie stellt den Zusammenhang zwischen der Außenlufttemperatur und der gewünschten Raumtemperatur dar. Die Gradtagzahl ist die Differenz zwischen der Raumtemperatur und der Tagesmitteltemperatur. Sie kann für verschiedene Zeiträume (Monate, Heizperiode,...) aufsummiert werden. Mit der Gradtagzahl können Energieverbrauch und Heizkostenabrechnung überprüft werden. Als Ausgangstemperatur werden 20 C Raumtemperatur angesetzt, um die Gradtagzahl zu bestimmen. HDD = 20 - m {für m < 15, ansonsten 0} Die Zahl m ist der Tagesmittelwert der Außentemperatur. Beispiel: Gradtage 1) Der Tagesmittelwert der Messung ist m = 15 und somit ist HDD = 20 m = = 6, was 6 Gradtage sind. 2) Der Tagesmittelwert der Messung ist m = 18 und somit ist HDD = 0, was 0 Gradtage sind. 41

48 D 3.1 Training Kit Germany Die Gradtagzahl impliziert den Bedarf an Raumheizung. So kann zum Beispiel ein Anbieter von Heizöl (für Haushalte) ungefähr abschätzen, wann ein Kunde eine neue Lieferung benötigt, indem er die Gradtagezahl beobachtet. Einige Jahre sind dabei kälter/wärmer als andere und Abbildung 22 zeigt zum Beispiel eine Abweichung von fast +/- 20 Prozent in der Gradtagzahl pro Jahr. Mit der Gradtagzahl kann der Energieverbrauch abgeschätzt werden und der aktuelle Verbrauch überprüft werden, ob dieser eventuell zu hoch ist. Ein Standardjahr in Dänemark hat 2906 Gradtage und dient somit der Skalierung, um den für Wärmebedarf für ein Standard- Hauses zu ermitteln. Das Dänische Meteorologische Institut veröffentlicht jeden Monat die Gradtage, die an 35 unterschiedlichen Stationen im Land gemessen worden sind. Abbildung 21: Gradtage im Jahr auf Rosnas, Dänemark (dmi.dk). Die Heizperiode war wärmer als die der anderen Jahre und somit konnten Haushalte Heizenergie zu sparen. Ein Standardjahr in Dänemark hat 2906 Gradtage. 42

49 D 3.1 Training Kit Germany 10.5 Klimadaten Einige Ratschläge bezüglich Einsparmöglichkeiten sind abhängig von Temperaturmessungen, zum Beispiel der Außentemperatur während der Heizperiode. Die Abbildung 23 gibt die Temperaturen der jeweiligen Städte der Night Hawks Partner an. Abbildung 22: Durchschnittliche Monatstemperaturen der Orte der Night Hawks Partner (RetScreen 2008). Die Daten stammen von Sattelliten und Wetter Stationen. Einige Standardwerte für Energiesparmaßnahmen Maßnahme Einsparung [kwh] Kommentar Ersatz einer Halogenlampe (35 W) durch eine LED-Lampe (5.1-7 W) 27 Betrieb 1000 h / Jahr Ersatz einer alten Umwälzpumpe durch neue Pumpe der Klasse A 280 Installation einer Zeitschaltuhr für die Warmwasser Umwälzpumpe. 58 Ersatz eines alten Warmwasserspeichers (Größe 100 Liter) durch einen Speicher neuerem Standards 1206 Verluste: 4 W/K Halbjährliche Wartung des Ölheizkessels 935 Halbjährliche Wartung der Fernwärmeeinheit 815 (klein), 1358 (groß) Trennung von IT-Geräten vom Netz durch Zeitschaltuhren 90 Tabelle 8: Standardwerte (Auswahl aus Teknologisk Institut 2013) 43

50 D 3.1 Training Kit Germany 11 Kapitel 11 Der Einzelhandel in Sachsen Seit 2008 bis heute haben sich in Sachsen 106 Unternehmen aus dem Einzelhandel im Rahmen des KfW Programms Energieberatung Mittelstand mit dem Thema Energieeffizienz auseinandergesetzt. Der Einzelhandel lässt in Sachsen lässt sich wie folgt spezifizieren: Gesamtumsatz 268,2 Millionen, Mitarbeiter Energieverbrauch MWh/a Energiekosten 3,5 Millionen Durch die Energieberatungen konnten geschätzte Einsparungen von MWh/a bzw /a erzielt werden. Die Energieeinsparpotentiale ergeben sich dabei aus verschiedenen Bereichen, die in der Abbildung 24 dargestellt sind: Abbildung 23: Energieeinsparpotentiale des Einzelhandels in Sachsen. Quelle: Eigene Darstellung. 44

51 D 3.1 Training Kit Germany Literaturverzeichnis Council of the European Union and European Parliament "Directive 2012/27/EU of the European Parliament and of the Council of 25 October 2012 on energy efficiency." Official Journal of the European Union, L 315: Energy Neighbourhoods "Do it Yourself Home Energy Check." Energy Neighbourhoods. Accessed 17 Jul. European Commission. 2010a. "Delegated regulation (EU) 1059/2010 on energy labelling of household dishwashers." Official Journal of the European Union, L 258: European Commission. 2010b. "Delegated regulation (EU) 1060/2010 on energy labelling of household refrigeration appliances." Official Journal of the European Union, L 314: European Commission. 2010c. "Delegated regulation (EU) 1061/2010 on energy labelling of household washing machines." Official Journal of the European Union, L 314: European Commission. 2012a. "Delegated regulation (EU) 874/2012 on energy labelling of electrical lamps and luminaires." Official Journal of the European Union, L 258: European Commission. 2012b. "Delegated regulation (EU) 392/2012 on energy labelling of household tumble driers." Official Journal of the European Union, L 123: Grundfos. 20xx. "The Centrifugal Pump." Denmark: Grundfos Research and Technology Klaesener, A., J. Jantzen, S.I. Fridleifsson, A. Chatzimpiros, K. Komninos, E. Lopez Suarez and S. Carlier-Wiart "Household Energy Savings: A Case Study from Four European Islands." Int. J. Sustainable Energy, special issue (submitted). Poulsen, P., 20xx. Energirigtig Drift (Energy Conscious Operation). Copenhagen, Denmark: Copenhagen municipality. RETScreen International Clean Energy Project Analysis. 3rd ed. Canada: Natural Resources Canada. Teknologisk Institut Standardværdikatalog for energibesparelser Catalogue of standard values for energy savings. Version

52 D 3.3 Training Kit Germany Schulungsmaterial 1

53 D 3.3 Training Kit Germany 2

54 D 3.3 Training Kit Germany 3

55 D 3.3 Training Kit Germany 4

56 D 3.3 Training Kit Germany 5

57 D 3.3 Training Kit Germany 6

58 D 3.3 Training Kit Germany 7

59 D 3.3 Training Kit Germany 8

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77 D 3.3 Training Kit Germany Broschüren & Informationsmaterial: Energiespar-Contracting Energieverbräuche von Gebäuden intelligent senken: sparcontracting.pdf Wärmepumpen heizen mit Wärme aus der Umwelt: epumpen.pdf Gebäudedämmung Baustoffe mit Potenzial dedaemmung.pdf Effiziente Beleuchtungssysteme in Produktion, Verwaltung und Handel: tungssysteme_produktion_handel.pdf 1

78 D 3.3 Training Kit Germany Hydraulischer Abgleich für Heizungssysteme: ischer_abgleich.pdf Technologien zur Abwärmenutzung: ogien_der_abwaermenutzung.pdf Was uns morgen antreibt Basiswissen Erneuerbare Energien: s_morgen_antreibt.pdf Der Sächsische Gewerbeenergiepass für Industrie, Gewerbe und Handwerk: scher_gewerbeenergiepass.pdf 2

79 D 3.3 Training Kit Germany Kraft-Wärme-Kopplung Effizienz von klein bis Gross: Waerme_Kopplung.pdf Sächsischer Gewerbeenergiepass für Bäckereien: scher_gewerbeenergiepass_baecker.pdf SOLARTHERMIE Sonnenenergie zum Heizen wärmstens zu empfehlen rmie.pdf Sächsisches Unternehmensnetzwerk Passivhaus: 3

80 Bewertungsbogen für Teilnehmer Veranstaltung Datum, Ort Bitte beantworten Sie die folgenden Aussagen und Fragen: Angaben zu Art und Größe Ihres Geschäftes (Geschäft in) Einkaufscenter Food < 800 m² Geschäft Non-food > 800 m² Allgemeine Fragen Trifft voll zu Trifft gar nicht zu Meine Erwartungen an die Veranstaltung wurden erfüllt. Die thematische Abfolge der behandelten Themenbereiche waren leicht nachzuvollziehen. Die Inhalte waren für mich von hoher praktischer Relevanz. Während der Veranstaltung herrschte ein angenehmes Diskussionsklima. Denken Sie, dass Sie sich durch die Teilnahme an diesem Kurs in Zukunft energieeffizienter verhalten werden? Fragen zum Inhalt der Veranstaltung Folgende Themen waren für mich am wichtigsten: Fakten über die allgemeine energetische Situation im Einzelhandel Kälteanlagen Komfortheizung und kühlung Lüftungstechnik Nutzerverhalten Messung von Energieverbräuchen Elektrizität und Licht Wie gut wurden folgenden Lernerziele im Kurs angesprochen? Sehr gut Anderes schlecht Die Notwendigkeit Energie zu sparen Die Notwendigkeit von Messungen und Controlling Ansatzpunkte wo man Energie einsparen kann Verbesserungsvorschläge und Anmerkungen Vielen Dank für Ihre Bewertung/ Rückmeldung! Wenn Ihnen dass Training gefallen hat und Sie an weiteren Informationen interessiert sind, zögern Sie nicht und kontaktieren Sie direkt den Trainer.

81 Trainingsbericht Nummer/ Titel des Trainings EU Partner Datum Veranstaltungsort Teilnehmeranzahl / statistische Daten Inhaber: Hauswart: Shoppingcenter: Food: < 800 m²: Management: Andere: Ladenlokal: Nonfood: > 800 m²: Behandelte Themen Fakten über die allgemeine energetische Situation im Einzelhandel Lüftungstechnik Nutzerverhalten Messung von Energieverbäuchen Kälteanlagen Komfortheizung und -kühlung Elektrizität und Beleuchtung Anderes Allgemeiner Eindruck über das Publikum Sehr gut Schlecht Bewerten Sie die Aufmerksamkeit des Publikums Wie ist Ihr Eindruck bezüglich des technischen Verständnisses des Publikums Bewerten Sie das Level / Anzahl an Diskussionsbeiträgen Schätzen Sie das Bewusstsein des Publikums bezüglich des Themas Energieeffizienz vor dem Training ab Bitte geben Sie den Interessensfokus des Publikums an Besonders wichtig überhaupt nicht Fakten über die allgemeine energetische Situation im Einzelhandel Kälteanlagen Lüftungstechnik Komfortheizung und -kühlung Nutzerverhalten Elektrizität und Beleuchtung Messung von Energieverbräuchen Anderes: Weitere Anmerkungen zu dem Training oder dem Inhalt

82 Teilnehmerliste Pos. Unternehmen Geschäft/ Einkaufsc enter Food/ Nonfood Verkaufsfläche < 800 m² > 800 m² Name Position (Inhaber/ Management/ Hauswart/ Andere) Telefon Weiteres Interesse (Ja/nein) Unterschrift

83 Jeweillige Zelle ankreuzen Eintragungen durchführen Berechnungszellen (nicht verändern) Checkliste

84 Überwachungssystem, Energieverbrauch Hat das Gebäude in den vergangenen 3 Jahren einen Energieausweis erhalten? Wird der Wärmeernergieverbrauch mindestens einmal pro Monat aufgezeichnet? Wird der Elektrizitätsverbrauch monatlich aufgezeichnet? Sind im Gebäude mehrere Stromzähler vorhanden? Wird der Energieverbrauch für die Warmwasseraufbereitung gemessen? Wird der Energieverbrauch der Beleuchtung gemessen? Wird der Energieverbrauch der Raumlüftung gemessen? Wird der Energieverbrauch der Raumkühlung gemessen? Ist der stündliche Lastgang eines Jahres verfügbar? Gibt es einen Energiemanager oder -verantwortlichen für das Gebäude? Gibt es ein Gebäudemanagmentsystem? Wird die Innentemperatur stündlich aufgezeichnet? Sind interne Standards für Innentemperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtungsniveaus vorhanden? Ja Nein Thermische Behaglichkeit Sind die Angestellten des Shops gleich warm/dick wie die Besucher angezogen? Gibt es Möglichkeiten warme Kleidung in einer Garderobe abzugeben? Sind Thermometer oder Messgeräte für die relative Luftfeuchtigkeit im Shop vorhanden? Sind Thermometer oder Messgeräte für die relative Luftfeuchtigkeit in Gemeinschaftsräumen vorhanden? Ist die Innentemperatur für die Jahreszeit angemessen? Beleuchtung Wurden alle Leuchtstofflampen ausgetauscht? Wurden alle Halogenleuchten ausgetauscht? Gibt es Bewegungssensoren für die Beleuchtung? Gibt es Stellen mit zu starker Beleuchtung?

85 Ist die Beleuchtung für Produkte/Ware während der Nacht ausgeschaltet? Wird das nächtliche Beleuchtungslevel von Gemeinschaftsräumen reduziert? Sind alle Lichter in ungenutzten Räumen ausgeschaltet? Lüftung Wird der Volumenstrom des Lüftungssystems während der Nacht ausgeschalten oder reduziert? Gibt es eine wahrnehmbare Zugluft im Türbereich? Gibt es eine wahrnehmbare Luftbewegung vor den Lüftungsschlitzen? Wird die Belüftung durch CO2 oder andere Sensoren reguliert? Ist das Lüftungssystem mit einer Wärmerückgewinnung ausgestattet? Sind die Lüftungsrohre isoliert? Wird die bereitgestellte Luftmenge der Auslastung des Gebäudes angepasst? Kühlung Läuft das Kühlungssystem im Winter? Ist die Innentemperatur an den Kühlschränken im Sommer zu niedrig? Verfügt das Gebäude über einen Sonnenschutz? Heizung Gibt es Thermostate an den Heizkörpern? Sind die Thermostatventile leicht zugänglich? Sind die Raumheizungsrohre isoliert? Ist die Innentemperatur während der Heizungsperiode angemessen? Heißwasseer Läuft das Heißwasser innerhalb von 5 Sekunden nach Öffnung des Ventils? Sind die Heißwasserrohre isoliert? Gebäudehülle Ist der U-Wert der Wände kleiner als 0,3 W/m²*K? Ist der U-Wert des Dachs kleiner als 0,2 W/m²*K? Ist der U-Wert der Kellerdecke kleiner als 0,25 W/m²*K? Ist der U-Wert der Fenster kleiner als 1,4 W/m²*K?

86 Ist der U-Wert der Türen kleiner als 1,6 W/m²*K? Sind die Türen automatisch und selbstschließend? Elektrogeräte Können die Kühlanlagen geschlossen/abgedeckt werden (zumindest nachts)? Haben die Kühlgeräte verschließbare Türen? Sind alle Monitore über Nacht ausgeschaltet? Verbleiben irgendwelche Elektrogeräte im Stand-by Mode? Gibt es irgendwelche Elektrogeräte mit einer niedrigeren Energieklasse als "A"? Ist die Beleuchtung von Kühlanlagen außerhalb dieser angebracht? Gibt es Eisbildung innerhalb von Kühlgeräten? Ist die Kühltemperatur richtig eingestellt? Ist die eingestellte Temperatur in den Kühlgeräten gleich der gemessenen Temperatur? Nutzerverhalten Gibt es konkrekte Handlungsempfehlungen für die Belegschaft zum bewussten Energiesparen? Gibt es generell Mitarbeiterinforamtionen zum Thema Energieeffizienz? Wurde die Belegschaft zum Thema Energieeffizienz bereits in der Vergangenheit sensibilisiert? Gibt es ein Anreizsystem für energieffizientes Nutzerverhalten / Ideen? Wird bei Investitionen auf Eneergieeffizienz geachtet? Gibt es hierfür einen Standard im Betrieb? Wenn die Mitarbeiter eine Kaffeemaschine benutzen, halten sie den Kaffee auf der Heizplatte warm?

87 Name des Geschäfts Adresse Art des Geschäftes Gesamtfläche m 2 Beheizte Fläche m 2 Anzahl der Etagen Etagen Ø Deckenhöhe der Etagen m Zeichnung oder Abbildung des Grundrisses Öffnungszeiten Tag von bis Öffnungsdauer (in h) Geschlossen (in h) Gesamt Montag 0,00 24,00 24 Dienstag 0,00 24,00 24 Mittwoch 0,00 24,00 24 Donnerstag 0,00 24,00 24 Freitag 0,00 24,00 24 Samstag 0,00 24,00 24 Sonntag 0,00 24,00 24 Woche (7 Tage) 0,00 168, Monat (30 Tage) Jahr (365 Tage) in Prozent 0% 100% 100%

88 Ø Besucheranzahl täglich Jährliche Besucheranzahl 0 Angestellte Ø Jahresumsatz EUR/Jahr Name, Vorname Telefon Webseite Kontaktinformation

89 Elektrizität Heizung Wasser Zentralisiert Selbst produziert Strompreis EUR/MWh Wärmeenergiepries EUR/MWh Wasserpreis EUR/m 3 Spezifische Informationen bezüglich Energie-und Wassertarife

90 Strom [kwh] Heizung [MWh] Wasser [m³] Monat Monat Monat Januar Januar Januar Februar Februar Februar März März März April April April Mai Mai Mai Juni Juni Juni Juli Juli Juli August August August September September September Oktober Oktober Oktober November November November Dezember Dezember Dezember Total 0 0 Total 0 0 Total 0 0 Strom Heizung Wasser Verbrauch Ø Einheit 0 kwh/year 0 MWh/year 0 m 3 /year Kosten Strom 0 EUR/year #DIV/0! Heizung 0 EUR/year #DIV/0! Wasser 0 EUR/year #DIV/0! Total 0 EUR/year 0,00 EUR/hour #DIV/0! #DIV/0! EUR/EUR turnover

91 kw Spezifischer Energieverbrauch Strom #DIV/0! kwh/m 2 beheizt #DIV/0! kwh/m 3 beheizt #DIV/0! EUR/m 2 beheizt Heizenergie #DIV/0! kwh/m 2 beheizt #DIV/0! kwh/m 3 beheizt #DIV/0! EUR/m 2 beheizt Wasser #DIV/0! m 3 /m 2 beheizt #DIV/0! m 3 /m 3 beheizt #DIV/0! EUR/m 2 beheizt #DIV/0! EUR/m 2 beheizt Stündliche elektrische Leistung, kw Mai Stunde im Monat Ø Elektrische Last (offen) Ø Elektrische Last geschlossen Verbrauch (offen) Verbrauch (geschlossen) Gesamtverbrauch kw kw Stromverbrauch 0 kwh/jahr 0 kwh/jahr ##### EUR/m 2 beheizt 0 kwh/jahr 0 kwh/jahr ##### EUR/m 2 beheizt 0 kwh/jahr 0 kwh/jahr ##### EUR/m 2 beheizt

92 Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Heizenergie, MWh Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember Strom, kwh ,2 1 0,8 0,6 0,4 0,

93 Januar Februar März April Mai Juni Juli August September Oktober November Dezember 1,2 1 Wasser, m 3 0,8 0,6 0,4 0,

94 Gebäudehülle Element der Gebäudehülle Ausfürhrung des Elements U-Wert, W/m 2 K Wände Dach Erdgeschoss/Keller Fenster Türen Innentemperatur während der Heizperiode (offen) Innentemperatur während der Heizperiode (geschlossen) Innentemperatur außerhalb der Heizperiode (offen) Innentemperatur außerhalb der Heizperiode (geschlossen) o C o C o C o C Art der Heizung, Thermostate an den Heizkörpern (welche Werte wurden eingestellt) Heißwasserverbrauch Bereitstellung Heißwasser m³/jahr