Energie. Energieeffizienz Made in Germany Energieeffizienz im Bereich Industrie, Gebäudeanwendungen und Verkehr.

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1 Energie Energieeffizienz Made in Germany Energieeffizienz im Bereich Industrie, Gebäudeanwendungen und Verkehr

2 Bearbeitung Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Text Sunbeam GmbH, Berlin BONUM news + marketing, Hamburg Deutsche Energieagentur GmbH (dena), Berlin Verband deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.v. (VDMA), Frankfurt a. Main Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.v. (ZVEI), Frankfurt a. Main Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energieund Umwelttechnik e.v. (BDH), Frankfurt a. Main Bildnachweis Titel Fotolia fotohansi Design und Produktion PRpetuum GmbH, München Herausgegeben von Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) Öffentlichkeitsarbeit Berlin Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie ist mit dem audit berufundfamilie für seine familienfreundliche Personalpolitik ausgezeichnet worden. Das Zertifikat wird von der berufundfamilie ggmbh, einer Initiative der Gemeinnützigen Hertie-Stiftung, verliehen. Stand März 2010

3 1 Inhalt Einleitung I. Industrie Einführung Kühlung Druckluft Elektrische Antriebe Pumpen Prozesswärme Wärmerückgewinnung Prozessautomation Dezentrale Versorgung II. Gebäude Einführung Brennwerttechnologie Wärmeschutz Kraft-Wärme-Kopplung Niedrigenergie- und Passivhäuser... Wärmeverteilung und -übergabe Gebäudebeleuchtung Klimatechnik Gebäudetechnologien optimal kombinieren III. Verkehr Einführung Verkehrsträger Straßenverkehr Verkehrsträger Schienenverkehr Verkehrsträger Binnenschifffahrt Verkehrsträger Seeschifffahrt Verkehrsträger Luftfahrt Telematik und Verkehrsmanagement Logistik Infrastruktur IV. E-Energy... 65

4 2 Einleitung Einleitung Schlaich Bergemann und Partner Fossile Energieträger werden knapp und die Energiepreise steigen. Neue Technologien schonen die fossilen Ressourcen. Bei steigenden Energiepreisen und knappen Energieressourcen hängen Wohlstand und Wettbewerbsfähigkeit immer mehr von der Fähigkeit ab, den Einsatz von Energie möglichst effizient zu gestalten. Das gilt für die Industrie genauso wie für Privathaushalte und den Verkehrssektor. Deutschland muss den größten Teil seiner benötigten Energieträger importieren. Schon deswegen besteht in Deutschland eine jahrzehntelange Tradition, schonend mit Ressourcen umzugehen, Energie einzusparen und trotzdem einen hohen Lebensstandard zu sichern. Der Primärenergieverbrauch beträgt in Deutschland weniger als sieben Gigajoule pro Euro Bruttoinlandsprodukt (BIP). Bezogen auf den Energieverbrauch gehört die Bundesrepublik damit zu den produktivsten Industrienationen der Welt. Der Primärenergieverbrauch erreichte 2007 den niedrigsten Wert seit mehr als 25 Jahren, obwohl sich das Bruttoinlandsprodukt in diesem Zeitraum mehr als verdoppelt hat.

5 3 Fotolia Deutschland besitzt beim Thema Energieeffizienztechnologien ein umfassendes Know-how. Weltweit führend im Bereich Energieeffizienz Made in Germany steht seit Langem für Qualitätsprodukte. Aber mehr und mehr wird deutsche Tech nologie auch als überdurchschnittlich energieeffizient wahrgenommen: Deutschland gilt als interna tio naler Markt- und Innovationsführer im Bereich Energieeffizienztechnologien. Das zeigt auch die überdurchschnittlich hohe Anzahl von Patentanmeldungen in den Bereichen effiziente Gebäudetechnik, energieeffiziente Verfahren und Prozesse in der Industrie sowie energieeffiziente industrielle Querschnittstechnologien: In diesen Bereichen stammten in den Jahren 2002 bis 2004 insgesamt 30 bis 40 Prozent der weltweiten Patentanmeldungen von deutschen Forschern und Unternehmen. Stabiler Heimatmarkt mit internationalem Nutzen Internationale Kunden deutscher Unternehmen profitieren vom stabilen Heimatmarkt für Energieeffizienzprodukte. Seine Kontinuität bietet Unternehmen Planungssicherheit. Die Industrie kann so Anlagen und Komponenten laufend optimieren und Innovationen im realen Betrieb überprüfen. Mit rund acht Milliarden Euro Umweltschutzinvestitionen, darunter ein Großteil an Investitionen in Energieeffizienz, und knapp drei Milliarden Euro Exportvolumen bei Umweltschutzinvestitionsgütern gehört Deutschland auch hier zu den führenden Anbietern. So wird beispielsweise der Weltmarkt für Brennwerttechnologie für Gas- und Ölheizkessel, mit der sich Wirkungsgrade von nahezu 100 Prozent erreichen lassen, fast ausschließlich von der deutschen Heizungsindustrie bedient. Gleiches gilt für den Markt für Systemtechnik zur Nutzung erneuerbarer Energien.

6 4 Industrie I. Industrie Fotolia

7 5 Einführung Fotolia BMWi Energieeffiziente Technologien sind nicht nur für Unternehmen von großer Bedeutung. Der Stromverbrauch lässt sich mit energieeffizienten Technologien um bis zu 50 Prozent senken. Energie ist und bleibt eine wesentliche wirtschaftliche Grundlage der industrialisierten Welt. Industrie und Gewerbe können ihren Energieverbrauch innerhalb der kommenden Jahre deutlich senken und das ohne Produktivitätsverluste. Mit anderen Worten: Energieeffizienz ist Kosteneffizienz ein klarer Wettbewerbsvorteil. Anteil der Verbrauchsbereiche am Endenergieverbrauch in Prozent in ,4% Gewerbe, Handel, Dienstleistungen 28,2% Industrie In allen Industriebranchen existieren weltweit erhebliche Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz durch verbesserte Verfahren. Als weitverbreitete Industrietechnologien zählen: Druckluftund Pumpensysteme sowie Luft-, Kälte- und Fördertechnik. Der Stromverbrauch bzw. die damit verbundenen Kosten für diese Querschnittstechnologien lassen sich heute in den meisten Betrieben um fünf bis 50 Prozent senken. Dabei liegen die Amortisationszeiten meistens bei unter zwei Jahren, die Kapitalrenditen meistens bei über 25 Prozent. Somit sind energieeffizienzsteigernde Maßnahmen für Unternehmen wirtschaftlich äußerst attraktiv. Quelle: BMWi Forschungszentrum Jülich Beispiel: Forschungslabor Jülich 28,9% Haushalte 28,5% Verkehr Maßnahmen: Energieersparnis: Tageslichtplanung, optimierte Beleuchtung, Lüftung + Wärmerückgewinnung, aktive Kühlung, regenerative und passive Kühlung Nach der Sanierung des Forschungslabors werden 85 Prozent der Abluft zur Wärmerückgewinnung genutzt. Unter Volllast kann die Hälfte der enthaltenen Wärme recycelt werden. Der Primärenergiebedarf sank nach der Sanierung um mehr als die Hälfte auf 600 kwh/m 2 a.

8 6 Industrie Kühlung Kühlung BMWi In der Kältetechnik liegt ein großes Potenzial zur Senkung der Energiekosten. Die Kältetechnik ist fester Bestandteil vieler Produktions- und Logistikabläufe und wird in Industrie und Gewerbe vielfach und weit verbreitet eingesetzt. Dabei sind die angewendeten Techniken und Anlagengrößen kältetechnischer Anlagen sehr vielfältig. Gemeinsam haben all diese Anlagen, dass Kälte erzeugt wird, die in das Produkt oder den Prozess eingebracht werden muss. Obwohl die Kältetechnik sehr verbreitet ist, wird sie bislang nur selten als Möglichkeit zur Energieeffizienzsteigerung in Betracht gezogen. Doch in der Kältetechnik liegt oft ein großes Potenzial zur Energiekostensenkung. Dabei geht es vor allem um die laufenden Betriebskosten solcher Anlagen, die bis zu 80 Prozent der Gesamtkosten einer Kälteanlage ausmachen können. Allgemeine Ansätze zur Effizienzsteigerung sind: Einsparpotenziale: Einsatz von effizienten Geräten und Systemen Antriebe mit Drehzahlregelung für Verdichter, Ventilatoren und Pumpen Quelle: BMWi Hocheffizienzmotoren für den Ventilator am Verdampfer hocheffiziente Kältekompressoren Hocheffizienzmotoren für den Ventilator am Kondensator 0 bis zu 6 % bis zu 5 % bis zu 5 % bis zu 5 % Verbesserung der Wärmedämmung Minimierung der Wärmeeinstrahlung Anpassung der Belegungs- und Betriebszeiten Grundsätzliche Prozessgestaltung Optimierung von Leistungen, Druck- und Temperaturstufen Effizient ausgerichtete Steuer- und Regelungstechnik Detailauslegung und Auswahl der einzelnen Komponenten Einsatz von thermisch betriebenen Kältemaschinen, beispielsweise mit Solarwärme, Fernwärme, industrieller Abwärme und Abwärme von Block heizkraftwerken (BHKW)

9 7 Die Kosten für die Erzeugung von Kälte lassen sich durch fundierte Planung und Anlagenoptimierung stark reduzieren. Wichtig dabei ist, dass bei der Anschaffung einer Kälteanlage nicht nur der Kaufpreis entscheidet. Vielmehr sollten die Gesamtkosten inklusive der bei Kälteanlagen sehr hohen Betriebskosten über die gesamte Standzeit der Anlage berücksichtigt werden. Deutsche Hersteller bieten inzwischen hocheffiziente thermische Kältemaschinen mit Kühlleistungen für nahezu alle Einsatzbereiche an. In Deutschland existieren im Bereich Kälte- und Klimatechnik gut Firmen mit Mitarbeitern. Sie erwirtschaften etwa drei Milliarden Euro Umsatz pro Jahr. Der Exportanteil beträgt 40 Prozent. Deutsche Kälteanlagenbauer haben das Knowhow für hochwertige, energieeffiziente Anlagen. Dies zeigt sich beispielsweise bei thermisch angetriebenen Kältemaschinen, die eine energiesparende Alternative zu elektrisch betriebenen Kälteanlagen darstellen Absorption statt Kompression. Thermisch betriebene Kältemaschinen nutzen Wärmeenergie direkt zur Kühlung. Dabei lässt sich als Wärmequelle z. B. sonst ungenutzte anfallende industrielle Abwärme gut verwerten. Wenn die Wärme mittels kostenloser Sonnenenergie durch Solarthermietechnologie erzeugt wird, ist sogar ein nahezu CO 2 -neutraler Betrieb möglich. Einsparpotenziale: Verminderung des Kältebedarfs Systemoptimierung Betriebs- und Wartungsmaßnahmen Stärkere Wärmedämmung Wärmerückgewinnung Effiziente Geräte/ Beleuchtung in Kühlräumen 0 bis zu 10 % bis zu 8 % bis zu 10 % bis zu 2 % bis zu 80 % Auch die Kombination von Kälteanlagen mit Blockheizkraftwerken (BHKW) bietet sich an: Die Wirtschaftlichkeit von BHKWs hängt sehr stark von einem ständigen Wärmebedarf ab. Durch die Kombination mit der Kälteanlage kann auch während wärmerer Jahreszeiten die Auslastung des BHKW und somit dessen Wirtschaftlichkeit erhöht werden. Einsparpotenziale: Richtige Bedienung und Vermeidung unnötiger Temperaturen Reinigung der Wärmeübertragungsflächen Steuerung des Verdichtungsend - druckes am Kältekompressor 0 bis zu 3 % bis zu 15 % Fotolia Maßnahmen: Energieersparnis: Beispiel: Modernisierung des Kühlkreislaufs am Beispiel eines Sojamilchherstellers Energieeffiziente Antriebe, Regelungstechnik, Kühlung Es wurde die Klappenregelung der Kompressoren durch eine Drehzahlregelung ersetzt. Damit kann der Energieverbrauch bei der Erzeugung von Kühlwasser erheblich reduziert werden. Die jährlichen Ein - sparungen belaufen sich auf bis Euro. Die Höhe der Investitionen belief sich auf ca Euro und hat sich somit innerhalb von rund 16 Monaten wieder amortisiert. Abtausteuerung bis zu 5 %

10 8 Industrie Druckluft Druckluft AtlasCopco Mit effizienter Drucklufttechnologie lassen sich bis zu 50 Prozent der Energie einsparen. Industrie- und Gewerbebetriebe benötigen in ihren Arbeitsprozessen überdurchschnittlich häufig Druckluft. Sie ist eine der am weitesten verbreiteten Querschnittstechnologien und kommt überwiegend in Industrieprozessen zur Anwendung. Druckluft kommt in folgenden Bereichen zum Einsatz: Pneumatik Aktivluft (Druckluft als Transportmedium) Prozessluft (z. B. Trocknungsprozesse) Vakuumtechnik Luft steht als Rohstoff zwar unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung, die Bereitstellung von Druckluft/Vakuum erfolgt jedoch in der Regel mit elektrisch angetriebenen Kompressoren. Dies verursacht Kosten in Höhe von ca. 1,5 bis 3 Cent pro Kubikmeter. Der Strombedarf für die Drucklufterzeugung kann 20 bis 80 Prozent der gesamten Energiekosten eines Betriebes ausmachen. Hier besteht also ein guter Ansatz für Optimierungsmöglichkeiten. Man geht davon aus, dass sich mit entsprechenden Investitionen in effizien te Drucklufttechnologie zwischen fünf und 50 Prozent Energie einsparen lassen, und dies bei Amortisationszeiten von unter zwei Jahren.

11 9 Energieagentur NRW, Wuppertal Fotolia Fotolia Deutsche Anbieter sind bei der Vakuumtechnik marktführend. Bei der Drucklufterzeugung bestehen Optimierungsmöglichkeiten. Um die Einsparpotenziale zu bestimmen, sollte immer das gesamte System betrachtet werden. Um die Effizienz des gesamten Systems zu verbessern, sind die einzelnen Komponenten zu optimieren: Austausch der elektrischen Antriebe mit effizi enteren Motoren Einsatz von Motoren mit variabler Dreh - zahl steuerung Einsatz von verbesserten Kompressoren Einsatz von moderner Steuerungstechnik Verbesserung der (Rohr-)Leitungen, Filter und Trockner Verhinderung von Reibungsdruckverlusten Verbesserung der Luftdichtigkeit regelmäßiger Austausch der Filter Leider ist der Gesamtwirkungsgrad bei der Druckluftbereitstellung äußerst gering. Die von einem Druckluftkompressor verbrauchte elektrische Energie steht in einem ungünstigen Verhältnis zu der am Ende der Systemkette bereitgestellten Arbeitsleistung durch die Druckluft. Selbst wenn der Wirkungsgrad des Druckluftkompressors bei 50 Prozent liegt, wird betrachtet man das Gesamtsystem von der Erzeugung bis zum Werkzeug i. d. R. nur ein Wirkungsgrad von ca. fünf Prozent erreicht. Die restlichen 95 Prozent müssen jedoch nicht ungenutzt bleiben: Die beim Betrieb eines Kompressors anfallende Abwärme lässt sich häufig im Betrieb nutzen. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung liegt darin, die Effizienz des Gesamtprozesses zu verbessern, indem die Systemkomponenten optimal aufeinander abgestimmt werden. Deutsche Firmen stellen die komplette Bandbreite der Drucklufttechnologie her von kleinen Kompressoren für Handwerksbetriebe bis zu komplexen Druckluftanlagen mit mehreren Megawatt Leistung. Gerade bei der Vakuumtechnik, die im Druckluftbereich zur Schlüsseltechnologie in Industrie und Forschung geworden ist, sind deutsche Anbieter mit rund 80 Prozent des Weltjahresumsatzes marktführend. Die herausragende Rolle deutscher Druckluftanbieter zeigt sich auch in der ständig steigenden Zahl angemeldeter Patente. Diese liegen vor allem im wichtigen Anwendungsgebiet Pneumatik. Über die Lieferung von Komponenten und Komplettanlagen hinaus bieten deutsche Firmen auch so genanntes Druckluft-Contracting an. Besonders Kunden mit gut kalkulierbaren Bedarfsmengen kommen mit diesem Rundum-Sorglos-Paket auf ihre Kosten. Maßnahmen: Energieersparnis: Beispiel: Unternehmen aus Minden Installation von drei neuen 10-kW-Kolbenkompressoren Mit den drei neuen 10-kW-Kolbenkompressoren und der Reduktion des Netzdrucks senkte das Unternehmen seine Druckluftkosten um über 60 Prozent. Dies entspricht rund kwh elektrischer Energie jährlich. Die Gesamteinsparung summiert sich auf Euro pro Jahr. Bei einer Investitionssumme von Euro rechnen sich die Kompressoren bereits nach zwei Jahren.

12 10 Industrie Elektrische Antriebe Elektrische Antriebe Deutz AG In der Antriebstechnik gibt es vielfältige Ansätze zur Energieeinsparung und zur Steigerung der Energieeffizienz. Industrie und Gewerbe benötigen elektrische Antriebe weltweit. Sie verursachen gut 64 Prozent des industriellen Stromverbrauchs. Hier liegt also ein großes Potenzial zur Effizienzverbesserung in Industrie und Gewerbe. Ein Antriebssystem besteht aus folgenden Einheiten: Lebenszykluskosten eines Elektromotors 2,5% Investition, Installation 1,5% Wartung 96% Energieverbrauch dem Elektromotor, der elektrische in mechanische Leistung umwandelt, dem Frequenzumrichter, der die elektrische Leistung des Netzes geregelt umsetzt (elektronische Drehzahlregelung) dem Getriebe, das die mechanische Leistung des Motors an den Arbeitspunkt der Arbeitsmaschine anpasst (Reduzierung der Drehzahl und Erhöhung des Drehmoments) Die Einzelkomponenten wurden bereits sehr stark optimiert. Es liegt aber noch ein enormes Einsparpotenzial in der Nutzung von optimalen Systemkonzepten, wenn diese nach ihren Kosten über den gesamten Lebenszyklus (LCC, Life-Cycle-Costs) bewertet werden. Auf die Lebensdauer eines Elektromotors betrachtet, machen die Kosten des Stromverbrauchs bis zu 96 Prozent der Gesamtkosten aus. Daher ist es bei der Anschaffung eines Motors wichtig, seinen voraussichtlichen Stromverbrauch mit einem deutlich höheren Faktor in die Kalkulation einzubeziehen als die reinen Anschaffungskosten. Ein weiteres Einsparpotenzial im elektrischen Antriebssystem ist der Einsatz von Energiesparmotoren. Diese energetisch optimierten Motoren wandeln mit möglichst wenig Verlusten und unter Beibehaltung der erforderlichen technischen Eigenschaften elektrische in mechanische Energie um.

13 11 Einsparpotenziale bei elektromotorisch angetriebenen Systemen 60% Mechanische Systemoptimierung 10% Vermehrter Einsatz von Energiesparmotoren (EFF1) 30% Elektronische Drehzahlregelung Als Standardantrieb in der Industrie sind Drehstrommotoren am stärksten verbreitet. Die weit überwiegende Zahl der heute eingesetzten Drehstrommotoren sind Asynchronmotoren, da sich diese preiswert herstellen lassen und fast wartungsfrei sind. Im Hinblick auf Energieeffizienz sind sie jedoch anderen Motorentypen unterlegen. Allerdings wurden in den vergangenen Jahren erhebliche Anstrengungen unternommen, die Energieverluste der Asynchronmotoren deutlich zu reduzieren. Bei Asynchronmotoren der Klasse EFF1, der höchsten europäischen Wirkungsgradklasse, sind die Energieverluste im Durchschnitt um 40 Prozent reduziert (Energiesparmotoren). Weitere Effizienzsteigerungen können durch den Einsatz von speziellen Motortypen, wie beispielsweise den Synchron motoren oder EC Motoren, erzielt werden: Synchronmotoren haben einen sehr hohen elektrischen Wirkungsgrad, auch im Teillast betrieb. In Verbindung mit Frequenzumrich tern ist eine präzise Regelung möglich. Elektronisch kommutierte (EC) Motoren, auch Brushless-DC Motor (BLDC) genannt, ergänzen die positiven Eigenschaften von Synchronmaschinen um die Fähigkeit, sich an die Last anzupassen. Sie zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad auch im Teillastbereich, durch hohe Leistungsdichte und durch eine gute Regelbarkeit aus. Im Jahr 1998 gingen die namhaften europäischen Motorenhersteller gegenüber der Europäischen Kommission eine freiwillige Selbstverpflichtung zur verstärkten Vermarktung von Energiesparmotoren ein. Seit dieser Zeit erhöhte sich der Anteil von Energiesparmotoren der Klasse EFF1 stetig. Der Wechsel zu einem Motor mit verbessertem Wirkungsgrad der Klasse EFF1 ist die einfachste Methode, um eine Effizienzsteigerung zu erzielen. Für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Antrieben ist aber nicht in erster Linie der Wirkungsgrad des Motors entscheidend, sondern vor allem auch die Art der Drehzahlregelung. Das Einsparpotenzial durch eine elektronische Drehzahlregelung ist vier- bis fünfmal größer als bei Energiesparmotoren der Klasse EFF1. Mit elektronischer Drehzahlregelung können im Vergleich zu konventionellen Methoden, wie beispielsweise durch Drosselventile, 20 bis 70 Prozent der Energiekosten eingespart werden. Fotolia Maßnahmen: Energieersparnis: Beispiel: Modernisierung des Flaschentransportsystems in der Brauerei Lammsbräu Energieeffiziente Antriebe, Regelungstechnik, Materialtransport Der Stromverbrauch des Flaschentransportsystems sank um etwa 40 Prozent. Der Verbrauch liegt dank der Energiesparantriebe nur noch bei 79,5 kwh/tag. Jährlich werden dadurch gegenüber konventionellen Lösungen zwischen und Euro eingespart.

14 12 Industrie Elektrische Antriebe Fotolia Elektrische Antriebstechnik ist ein Hauptexportartikel der deutschen Wirtschaft. Unter Beachtung der Lebenszykluskosten amortisieren sich Energieeinsparinvestitionen oft bereits innerhalb weniger Monate. Heute werden etwa nur zwölf Prozent der in der deutschen Industrie installierten Motorleistung mit energiesparender Drehzahlregelung betrieben. Aus energetischen Gesichtspunkten wäre ein Nachrüsten mit Drehzahlregelung aber bei der Hälfte der eingesetzten Antriebe sinnvoll. Grundsätzlich unterscheidet man in der industriellen Antriebstechnik dabei zwei Gruppen: elektrische Antriebe, die schon allein aus prozesstechnischen Gründen eine elektronische Drehzahlregelung benötigen elektrische Antriebe, die prinzipiell auch ohne Drehzahlregelung betrieben werden können. Hier bieten sich durch den Einsatz elektronischer Drehzahlregelungen große Energieeinsparmöglichkeiten. Weitere Energieeinsparpotenziale können durch eine mechanische Systemoptimierung erzielt werden. Dabei kommt es maßgeblich auf ein Zusammenspiel von Antriebshersteller, Anlagenausrüster und Anlagenbetreiber an. Durch diese ganzheitliche Betrachtung können nahezu 60 Prozent des gesamten Energieeinsparpotenzials bei elektrischen Antrieben realisiert werden. In der Antriebstechnik gibt es vielfältige Ansätze zur Energieeinsparung und Effizienzsteigerung: Einsatz von Motoren mit möglichst guter Effizienzklasse, z. B. mit CEMEP-Gütesiegel (CEMEP = Comité Européen de Constructeurs de Machines Electriques et d'electronique de Puissance, Europäisches Komitee der Hersteller elek trischer Maschinen und Leistungselektronik) Einsatz von Motoren mit angepasster Leistung Einsatz von Frequenzumrichtern (Rückspeisung der Bremsenergie ins Netz) In Deutschland laufen derzeit mehrere Projekte zur Erschließung von Stromeinsparpotenzialen bei Industrie und Gewerbe. Dazu gehört insbesondere das Motor Challenge Programm. Damit sollen Unternehmen motiviert werden, den Wirkungsgrad ihrer elektromotorisch angetriebenen Systeme zu optimieren. Elektrische Antriebstechnik ist seit Jahrzehnten ein Hauptexportartikel der deutschen Wirtschaft. Große Innovationsbereitschaft und vergleichsweise hohe Energiekosten in Deutschland tragen dazu bei, dass sich deutsche Hightech-Produkte zunehmend durch ihre überzeugende Energieeffizienz auszeichnen.

15 13 Pumpen Fotolia Der Einsatz von hoch entwickelten Pumpen zahlt sich aus. Pumpensysteme machen zur Zeit gut 25 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs in der Industrie aus. Dabei geht man davon aus, dass etwa 40 Prozent dieses Stromverbrauchs eingespart werden könnten. Kreisel- und Verdrängungspumpen besitzen einen großen Marktanteil, bei Kreiselpumpen beträgt er 73 Prozent. Gerade Kreiselpumpen besitzen ein großes Einsparpotenzial, da rund 75 Prozent dieser Pumpen überdimensioniert sind häufig um mehr als 20 Prozent. Bei der in Deutschland von der Deutschen Energie- Agentur GmbH (dena) durchgeführten Kampagne Energieeffiziente Systeme in Industrie und Gewerbe wurden Unternehmen aus Chemie-, Papier-, Elektro-, Lebensmittel-, Kunststoff- und metallverarbeitender Industrie sowie aus der Wasserver- und -entsorgung zu Energieeffizienzsteigerungsmaßnahmen beraten. Dabei zeigte sich vor allem, dass sich entsprechende Anstrengungen, unabhängig von der Branchenzugehörigkeit, wirtschaftlich auszahlen. Es konnten je nach Betriebsgröße Einsparpotenziale von bis Euro pro Jahr aufgezeigt werden. Die Amortisationszeit bei entsprechenden Investitionsmaßnahmen beträgt in der Regel zwei bis drei Jahre. Als weiteres Ergebnis zeigte sich, dass Unternehmen den Stromverbrauch der von ihnen eingesetzten Pumpen durchschnittlich um ca. 30 Prozent senken können.

16 14 Industrie Pumpen Prozentualer Stromverbrauch von motorgetriebenen Systemen in der EU 10% Druckluft 14% Kälte 32% Andere 14% Ventilatoren 30% Pumpen Fotolia Mit modernen Pumpen sind Einsparungen bis zu 40 Prozent beim Stromverbrauch möglich. Quelle: Motor Challenge Programme Neben der übergreifenden Systemoptimierung gilt vor allem der Einsatz von effizienten Hightech-Produkten und hoch entwickelten Steuerungen als Ansatz zur Energieeffizienzsteigerung: Pumpen und Systeme Aufteilung von deutschen Exporten 4,7% Andere 26,9% Kreiselpumpen 32,8% Teile Austausch überdimensionierter Pumpen durch kleinere Pumpen mit Hocheffizienzmotoren Einsatz von Pumpen mit hohem Wirkungsgrad Verwendung von Frequenzumrichtern für den Betrieb mit veränderlicher Drehzahl Ausstattung der Pumpen mit Proportionalregelung Optimierung des nachgeschalteten Wärmetauschers 21% Oszillierende Verdrängerpumpen 14,6% Rotierende Verdrängerpumpen Deutschland ist weltweit der zweitgrößte Lieferant von Pumpen und Kompressoren. Gerade bei hocheffizienten High-End-Pumpen und Kompressoren für spezifische Anwendungen sind oftmals deutsche Firmen marktführend. Quellen: Statistisches Bundesamt, VDMA Pixelio Maßnahmen: Energieersparnis: Beispiel: Sanierung des niederländischen Freizeitbads Sportiom in Den Bosch Energieeffiziente Antriebe, Pumpen, Steuerung Mit der Modernisierung der Durchflusssteuerung durch den Ersatz von Drossel ventilen mit Drehzahlregelung konnten die Energiekosten um jährlich 85 Prozent gesenkt werden. Dies entspricht einer Erspar - nis für das Schwimmbad von Euro pro Jahr. Die Kosten haben sich somit bereits nach fünf Monaten amortisiert.

17 15 Prozesswärme Prozesswärme wird durch Verbrennungsprozesse oder elektrischen Strom erzeugt. Unter Prozesswärme versteht man Wärme, welche für zahlreiche technische Prozesse und Verfahren in Industrie und Gewerbe benötigt wird. Im Gegensatz zur Raumwärme liegt Prozesswärme auf einem deutlich höheren Temperaturniveau vor, welches für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert ist. Prozesswärme wird z. B. zum Kochen, Backen, Sterilisieren, für Trocknungsprozesse, zum Schmelzen, zum Schmieden, zum Schweißen oder für die Dampferzeugung benötigt. Wegen des hohen Temperaturniveaus ist in der Regel die Nutzung von Abwärme aus anderen Prozessen nicht möglich, so dass Prozesswärme durch Verbrennungsprozesse oder elektrischen Strom erzeugt wird. Die größten Einsparpotenziale zur Kostenreduzierung liegen in der Regel im Energieträgerwechsel von Strom zu Gas. Damit wird meist auch CO 2 eingespart, allerdings muss sich die benötigte Energiemenge nicht verringern, da ein reiner Energieträgerwechsel nicht zwangsweise die Effizienz eines Prozesses erhöht. Um die Energieeffizienz zu erhöhen, sind meist Optimierungen der Anlagentechnik notwendig. Einsparmöglichkeiten können beispielsweise durch den Einsatz von Energiesparmotoren erreicht werden. Diese verbessern den Wirkungsgrad und reduzieren die Verluste. Auch die Möglichkeit von Konzepten mit Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung sollten berücksichtigt werden. Oft wird auch Energie durch unzureichende Dämmung verschwendet. Eine wichtige Einsparmöglichkeit liegt in der Wärmerückgewinnung. Beim Schmelzen von Metallen sind eine ständige Kontrolle der Schmelztemperatur und eine Anpassung des Schmelzzyklus an den Durchsatz der Gießanlage sinnvoll. Allen voran sollte ein gut funktionierendes Lastmanagement angewandt werden. Das gesamte Einsparpotenzial liegt bei mindestens 15 Prozent. Prozesswärme kann auch durch den Einsatz von Solarenergie erzeugt werden. Dies ist gerade aufgrund der steigenden Energiepreise und der Einsparung von Treibhausgasemissionen interessant. In Deutschland wird intensiv an der Weiterentwicklung von solarer Prozesswärme gearbeitet. Mögliche Anwendungsfelder sind beispielsweise landwirtschaftliche Trocknungsanlagen und industrielle Arbeitsvorgänge wie Waschen, Kochen, Trocknen, Pasteurisieren etc. Aber auch für Prozesse auf hohem Temperaturniveau kann Solarenergie eingesetzt werden. In Deutschland werden über 40 Prozent der Energie in Industrie, Gewerbe und im Dienstleistungssektor verbraucht. Rund 66 Prozent des industriellen Energieverbrauchs werden zur Erzeugung von Prozesswärme benötigt ein großes Betätigungsfeld für Energieeinsparmaßnahmen. Dabei wird etwa die Hälfte der Prozesswärme bei Temperaturen unter 300 C benötigt, die andere Hälfte für Prozesse unter 180 C. Energieagentur NRW, Wuppertal Maßnahmen: Energieersparnis: Beispiel: Abwärmenutzung in einer Biobäckerei Wärmerückgewinnung, Wärmetauscher In der Bäckerei wird die Abwärme für die Warmwasserbereitung und die Heizungsanlage mithilfe der Wärmerückgewinnung weiterverwendet. Die Gesamtkosten der Anlage beliefen sich auf.000 Euro. Jährlich werden durch die Modernisierung kwh eingespart.

18 16 Industrie Wärmerückgewinnung Wärmerückgewinnung Wärmerückgewinnung (WRG) ist ein Sammelbegriff für Verfahren zur Wiedernutzbarmachung der thermischen Energie, welche bei einem Herstellungsprozess als Abwärme oft ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird. Diese Abwärme kann durch Wärmerückgewinnung sinnvoll genutzt werden. In ihr steckt also ein großes Potenzial zur Energieeinsparung. So lassen sich Abluft- oder Abgasströme mittels Wärmerück gewinnungstechnologien zur Raum- oder Verbrennungsluftvorwärmung nutzen. Durch intelligente Verknüpfung von Verfahren kann so der notwendige Primärenergieverbrauch deutlich reduziert werden. Kältemaschinen, Rückkühlwerke, Verrohrungen, Schornsteine usw. können entfallen. Die technischen Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung sind extrem vielfältig. So lässt sich Prozesswärme direkt auf feste Stoffe übertragen. Zudem kann sie auch auf Gase und Flüssigkeiten übertragen werden, beispielsweise bei der Vorwärmung von Wasser oder bei der Vorwärmung der Verbrennungsluft von Öfen oder Trocknern. Mögliche Wärmequellen sind: Prozessablauf in einer Industrieanlage mit Wärmerückgewinnung Wärmeverlust 20ºC 80ºC Kondensatwärmenutzung aus Dampfund Kesselsystemen Wärmerückgewinnung aus Lüftungsund Klimaanlagen Entziehen der Restwärme aus Abwässern zum Vorwärmen des Heizungs- oder Brauchwassers Prozess 1 Prozess 2 50ºC Prozess 3 Die deutsche Kompetenz bei der Wärmerückgewinnung liegt sowohl bei Großanlagen wie auch bei Nutzungsmöglichkeiten für kleine und mittlere Unternehmen. Quelle: Energieagentur NRW Wärmezufuhr Abluft Maßnahmen der Wärmerückgewinnung führen zu verringerten Energiekosten durch Reduzierung des Primärenergieeinsatzes und zu verringerten Investitionskosten für Wärmeerzeugungsanlagen. Darüber hinaus werden enorme Mengen an Treib hausgasen vermieden. Wärmerückgewinnung hat die Aufgabe, die von Herstellungsprozessen letztlich in die Umwelt entlassenen Energieströme nachhaltig zu bewahren bzw. zu erneuern. Somit hat die Wärmerückgewinnung die Eigenschaft einer regenerativen Energie. Das besondere Engagement deutscher Unternehmen hat als Ursache, dass in Deutschland öffentliche Förderungen (z. B. ERP-Energieeinsparprogramm) wie auch Finanzierungskonzepte durch Geldinstitute und Leasing-Unternehmen für Energiesparmaßnahmen existieren. Auch die Energieberatung von Unternehmen wird staatlich gefördert. Dies hat in der Summe dazu beigetragen, dass ein heimischer Absatzmarkt für Innovationen bei der industriellen Wärmerückgewinnung entstanden ist. Das so entstandene Erfahrungspotenzial kann auch im Ausland genutzt werden. Fotolia Beispiel: Wärmerückgewinnung am Beispiel einer Spritzgussproduktion Die Vorteile einer Wärmerückgewinnung lassen sich wie folgt zusammenfassen: Anschlussleistungen für Heiz- und Kälteenergie, der Energieverbrauch für Heizung und Kühlung, Investitions- und Betriebskosten sowie Schadstoffemissionen lassen sich mit der Nutzung von WRG reduzieren. Anlagentechnik kann verkleinert werden, Heizkessel, Maßnahmen: Energieersparnis: Wärmerückgewinnung, Prozesswärme Das Unternehmen hat zur effizienteren Energienutzung eine Wärmepumpe installiert, die die Abwärme der Werkzeugkühlung zur Warmwassergewinnung und Hallenbeheizung nutzt. Der Investitionssumme von Euro stehen Einsparungen von 2,50 Euro pro Betriebsstunde gegenüber. Bei Betriebsstunden jährlich hat sich die neue Anlage bereits nach vier Jahren amortisiert.

19 17 Prozessautomation Die Prozessautomation kann auf vielfältige Weise zur Steigerung der Energieeffizienz von industriellen Produktionsanlagen beitragen. Ihre Geräte und Systeme, die für das intelligente Messen, Steuern und Regeln von Produktionsprozessen sorgen, können einen großen Beitrag für mehr Energieeffizienz leisten. In den Anwendungsindustrien können damit durchschnittlich zehn bis fünfzehn Prozent Energie eingespart werden, in Einzelfällen sogar bis zu 70 Prozent. Deutsche Unternehmen der Prozessautomation nehmen hier eine führende Rolle ein. Mithilfe moderner Prozessautomatisierungslösungen aus Deutschland können Anwenderunternehmen den Energieverbrauch erheblich reduzieren. Ein energieintensives Unternehmen der Metall-, Chemie- oder Zementindustrie entlastet das schnell um einige Millionen Euro im Jahr an Kosten für Strom, Gas, Dampf und Druckluft. Dies senkt mittel- und langfristig die Produktionskosten für die Anwenderunternehmen und macht sie wettbewerbsfähiger. Branchen wie die Metallerzeugung, die Zementindustrie, die Grundstoffchemie und die Papier- und Zellstoffindustrie sind extrem energieintensiv. Der intelligente Umgang mit Energie wird zum entscheidenden Kriterium für betriebswirtschaftlichen Unternehmenserfolg. Beispielsweise werden in der Chemieindustrie große Stoffmengen erhitzt oder abgekühlt, verdampft oder zerkleinert. Die Energiekosten machen ca. 20 Prozent der Produktionskosten bei komplexen Chemieanlagen aus. In den Metallerzeugenden Industrien (Stahl, Kupfer, Aluminium) liegen die Energiekosten zum Teil bei bis zu 50 Prozent der Produktionskosten. Weltmarkt Prozessautomatisierung Abnehmergruppen Quelle: ZVEI 3% Papier und Zellstoff 9% Maschinenbau 11% Mineralölverarbeitung 5% Eisen und Stahl 9% Nahrung und Genussmittel 15% Energiewirtschaft 6% Pharma 15% Erdöl- und Erdgasgewinnung 19% Chemie 2% Sonstige Abnehmer 6% Bergbau, Steine und Erden Energieintensität unterschiedlicher industrieller Branchen am Beispiel der Stromintensität Stromintensität in kwh/mio. Euro (Quotient aus Stromverbrauch und Bruttowertschöpfung je Branche) Fahrzeugbau Maschinenbau Metallverarbeitung 1,6 % 3,9 % 3,7 % NE-Metalle, NE-Gießereien 25,5 % Metallerzeugung 31,0 % Verarbeitung von Steinen und Erden Glas und Keramik 10,8 % 10,7 % Gummi- und Kunststoffware 6,9 % Sonstige chemische Industrie 3,5 % Grundstoffchemie Papiergewerbe 21,3 % 23,4 % Ernährung und Tabak 3,9 % Quellen: Hamburgisches Weltwirtschaftsinstitut, Gesellschaft für Wirtschaftliche Strukturforschung mbh, 2007

20 18 Industrie Prozessautomation Beitrag der Prozessautomation zur Steigerung der Energieeffizienz Optimierung des Energieeinsatzes in Produktionsanlagen Optimierung der technischen Infrastruktur Optimierung des Produktionsprozesses 1 Zustandserfassung 2 Zustandserhaltung 3 Infrastrukturoptimierung 4 Prozessinformation (richtig messen und überwachen) 5 Prozessauslegung (Einsatz der optimalen Aggregate und Verfahren) 6 Prozessführung (Optimierung der Fahrweise) Quelle: ZVEI, Fachbereich Messtechnik und Prozessautomatisierung, 2009 Im konsequenten Einsatz neuer Produkte, Systeme und Lösungen der Prozessautomatisierungstechnik liegt ein gigantisches Energieeinsparpotenzial. Um es zu erschließen, sind alle produktionstechnischen Prozesse und Vorgänge möglichst energieoptimal auszurichten. Dabei werden grundsätzlich zwei wesentliche Maßnahmen unterschieden: Maßnahmen zur Optimierung der technischen Infrastruktur eines Produktionsprozesses Maßnahmen zur Optimierung des eigentlichen Produktionsprozesses Bei der Optimierung der technischen Infrastruktur lassen sich drei Schwerpunkte identifizieren, die dabei helfen, zusätzlichen Energieverbrauch durch Anlagenausfall und dadurch bedingte An- und Abfahrvorgänge sowie Fehlproduktionen zu vermeiden. Die Zustandserfassung dient dabei dem rechtzeitigen Erkennen von Fehlerursachen und Schwachstellen, bevor es zu Ausfällen und Schäden kommt. Für die Zustandserhaltung werden die entsprechenden Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten optimal geplant und mit minimaler Beeinträchtigung des Produktionsablaufes durchgeführt. Aufgrund der Erfahrungen aus den bereits genannten Schwerpunkten können die Schwachstellen von Anlagen erkannt und durch eine Optimierung der Infrastruktur beseitigt und so die Ausfallhäufigkeiten deutlich reduziert werden. Auch bei der Optimierung des Produktionsprozesses kann man drei Schwerpunkte identifizieren. Den ersten bildet die Prozessinformation. Hier ist sicherzustellen, dass die für die Beurteilung des Prozesses am besten geeigneten Parameter mit der erforderlichen Genauigkeit gemessen und überwacht werden. Dabei zeigt sich, dass die Wahl der richtigen Messgröße zur Prozessbeurteilung den Energieeinsatz entscheidend beeinflussen kann. Die sorgfältige Prozessauslegung bedeutet, dass die am besten geeigneten Aggregate und Verfahren für die jeweilige Aufgabenstellung genutzt werden. Eine optimal ausgelegte Anlage kann durch geeignete Prozessführung noch weiter verbessert werden. Dabei werden alle verfügbaren Prozessinformationen ganzheitlich im Zusammenhang bewertet und die optimale Strategie zur Erreichung des wirtschaftlichen Zieles erarbeitet. Dieser Vorgang wird häufig durch den Einsatz von Computersimulationen unterstützt.

21 19 Die technischen Möglichkeiten hierfür existieren, müssen aber noch stärker zum Einsatz kommen. Deutsche Unternehmen bieten hier intelligente Anwendungen und Lösungen der Prozessautomation an, mit deren Hilfe die entscheidenden Grundlageninformationen für ein erfolgreiches Energiemanagement der Unternehmen bereitgestellt werden. Die eingesetzten Mess- und Analysegeräte sowie Computerprogramme zeigen nicht nur an, wie eine Anlage arbeitet, sondern es werden auch verschiedene Betriebszustände simuliert. Dadurch lässt sich die passende Strategie für den energieoptimalen Anlagenbetrieb ausfindig machen. Die eingesetzte Software ist dabei auch lernfähig, kann Reaktionszeiten verkürzen, Trends voraussagen und Wartungsintervalle optimieren. Die Anlagenoptimierung muss dabei durch Hersteller und Anwender gemeinsam erfolgen. Positive Return-on-Investment-Rechnungen belegen, dass sich Investitions- und Prozessautomatisierungslösungen sehr zeitnah amortisieren. Deutsche Hersteller sind auf dem Gebiet der Messtechnik und Prozessautomation international führend. Mit Beschäftigten in Deutschland haben deutsche Unternehmen einen Anteil von zwölf Prozent am Wert der Weltproduktion. ZVEI Beispiel: Harzproduktion für die Papierveredelung (Chemische Industrie) Maßnahmen: Energieersparnis: Prozess-Radar-Füllstandsmesssysteme (Radar-Messsysteme) bei der Harzproduktion zur sicheren und wartungsfreien Füllstands- und Volumenmessung. Verschmutzungen durch Schaum werden frühzeitig entdeckt, Verstopfungen von Bypassleitungen und Filtern verhindert. Status- und Diagnoseinformationen des Radar-Messsystems vermeiden Produktionsausfälle sowie aufwendige und kostspielige Reinigungs-, Abkühl- und Anheizprozesse. Damit werden die Produktionsqualität und der Energieeinsatz durch erhöhte Messsicherheit der Sensoren optimiert. Reduzierung der Energiekosten beim Anfahren des Produktionsprozesses, Erhöhung der Energieeffizienz hinsichtlich Einsparung bei Heiz- und Reinigungsprozessen, da Verkrustungen und Verschmutzungen sofort entdeckt und beseitigt werden können. Das Energieeinsparungspotenzial wurde vom Anlagenbetreiber mit Euro im Monat pro Reaktor ermittelt. Die Amortisationszeit bei diesen Einsparungen beträgt weniger als einen Monat. Die erzielte Einsparung der Energiekosten zum Betreiben dieses Produktionsprozesses wird auf 15 Prozent der Operationskosten geschätzt.

22 20 Industrie Dezentrale Versorgung Dezentrale Versorgung BMWi Eine ausgeklügelte Regelungs- und Steuerungsstrategie sichert eine dezentrale Vollversorgung. Die heute noch vorherrschende zentrale Energieversorgung versorgt mittels eines Kraftwerks eine große Zahl von räumlich weit verteilten Verbrauchern mit Energie. Schon durch die langen Übertragungswege zum Verbraucher entstehen große Verluste. Häufig wäre eine dezentrale Energieversorgung effizienter. Darunter versteht man die Energiebereitstellung durch kleiner dimensionierte Anlagen in Verbrauchernähe. Die Anlagen stehen also unmittelbar dort, wo die Energie gebraucht wird. Vorteile dezentraler Energieversorgung: effiziente Nutzung von Strom und Wärmeproduktion deutlich geringere Übertragungsverluste Unabhängigkeit Versorgungssicherheit direkter Einfluss des Erzeugers auf die Energiequelle Diversifizierung unterschiedlicher Energiequellen Schaffung von Arbeitsplätzen regionale Wertbildung Dabei schließen sich die zentrale und die dezentrale Energieversorgung nicht aus. Beide Systeme können nebeneinander bestehen und sich gegenseitig ergänzen (integrale Energieversorgung).

23 21 Fotolia BMWi Das regenerative Kombikraftwerk setzt auf Wind-, Solar-, Biomasse- und Wasserkraftanlagen. Anlagen in Verbrauchernähe sichern die Energiebereitstellung. In Deutschland hat man dies erkannt und fördert seit Jahren die dezentrale Energieversorgung. Durch die Unterstützung und Förderung von erneuerbaren Energien und dem Anreiz der Nutzung von Kraft- Wärme-Kopplung mittels des EEG (Erneuerbare- Energien-Gesetz) und dem Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz besteht seit dem Jahr 2000 in Deutschland die nötige Basis, um die Technologien auf diesen Gebieten voranzutreiben. Möglichkeiten der dezentralen Energieversorgung: höhere Effizienz durch Nutzung von Kraft- Wärme-Kopplung Einsatz von erneuerbaren Energien Das regenerative Kombikraftwerk setzt dabei auf den Einsatz von 36 über ganz Deutschland verstreuten Wind-, Solar-, Biomasse- und Wasserkraftanlagen. Durch eine gemeinsame Regelung kleiner und dezentraler Anlagen kann je nach Bedarf zuverlässig Strom bereitgestellt werden. Ziel ist es, die Vorteile verschiedener erneuerbarer Energien optimal zu kombinieren und zu nutzen. Windenergieanlagen und Solaranlagen liefern Strom je nach Verfügbarkeit von Wind und Sonne. Um die Bedarfsspitzen auszugleichen, werden Biogas- und Wasserkraftanlagen eingesetzt. Durch eine ausgeklügelte Regelungs- und Steuerungsstra tegie steht einer dezentralen Vollversorgung durch erneuerbare Energien nichts im Wege. Allem voran steht dabei der Einsatz von Blockheizkraftwerken (BHKWs), welche sich durch eine gleichzeitige Erzeugung und Nutzung von Strom und Wärme auszeichnen. In Deutschland gibt es mittlerweile BHKWs in Leistungsklassen von 0,8 kwel aufwärts für jeden Anwendungsfall und die Kompetenz auf diesem Gebiet wächst weiter. Doch auch ein Zusammenwirken verschiedener erneuerbarer Energien ist möglich. Dies wird deutlich an dem Beispiel des deutschen regenerativen Kombikraftwerks. Maßnahmen: Energieersparnis: Beispiel: Kombikraftwerk für den kombinierten Einsatz von Technologien zur Nutzung erneuerbarer Energien Zusammenschluss von 36 Wind-, Solar-, Biomasse- und Wasserkraftanlagen in Deutschland Eine Vollversorgung mit erneuerbaren Energien ist möglich das regenerative Kombikraftwerk verknüpft und steuert 36 über ganz Deutschland verteilte Wind-, Solar-, Biomasse- und Wasserkraftanlagen. Individuelle Schwankungen bei Wind- und Sonnenkraft werden durch die anderen Systeme ausgeglichen. Über eine zentrale Steuereinheit sind die einzelnen Anlagen miteinander vernetzt. Das Kombikraftwerk passt sich dabei minutengenau an den tatsächlichen Bedarf an.

24 22 Gebäude II. Gebäude Digitalstock

25 23 Einführung Große Potenziale zur Verbesserung der Energieeffizienz in der Wärmebereitstellung (Raumwärme und Warmwasser), der Klimatisierung und der Beleuchtung gibt es insbesondere für nachfolgende Technologien, um die energetischen Standards von Niedrigenergie- und Passivhäusern zu erreichen: Mit neuen Technologien kann die Energieeffizienz im Gebäudebestand in Europa um 50 Prozent gesteigert werden. Über 40 Prozent des Energieverbrauchs in Europa fallen im Gebäudebereich an. Damit ist dieser Bereich mit Abstand der größte Verbraucher, gefolgt von Verkehr und Industrie. Von der in Gebäuden genutzten Energie entfallen etwa 85 Prozent auf Heizung und Warmwasserbereitung. Somit liegt hier ein riesiges Energieeinsparpotenzial: Laut EU-Kommission kann die Energieeffizienz im Gebäudebestand um 50 Prozent gesteigert werden. Dies betrifft sowohl Verbesserungen bei den Heizanlagen und der sonstigen Anlagentechnik, aber auch bei der Wärmedämmung. Durch Kombination von exakt aufeinander abgestimmten Anlagenkomponenten zu effizienten Gesamtsystemen werden ausgesprochen hohe Energieeinspar- und CO 2 -Minderungsziele erreicht. Digitalstock Öl- und Gasheizungen (z. B. Brennwerttechnik) Wärmeverteilung (z. B. Pumpen), Wärmeübergabe (z. B. Wandheizkörper, Flächenheizungssysteme) und Wärmesteuerung (z. B. Ventile) Lüftungstechnik (z. B. Lüftungsgeräte mit Wärmerückgewinnung) Klimatechnik Kraft-Wärme-Kopplung Wärmeschutz (energieeffiziente Produkte und Bauteile) Lichttechnik (z. B. Tageslichtnutzung) Darüber hinaus bietet sich der Ersatz oder die Kombination herkömmlicher fossiler Energieträger wie Öl oder Gas mit erneuerbaren Energien an. Regenerative Energieträger sind nahezu unbegrenzt verfügbar und bieten so letztlich eine Option für die langfristige nachhaltige Energieversorgung, da sie die Abhängigkeit von knappen Energierohstoffen reduzieren. Darüber hinaus leisten erneuerbare Energien einen wesentlichen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz, da sie die CO 2 -Emissionen deutlich verringern. Wesentliche Anwendungsbereiche von erneuerbaren Energien sind im Gebäudebereich: Solarthermie für Warmwasserbereitung und/oder zur Heizungsunterstützung Photovoltaik zur Stromerzeugung für den Eigenbedarf oder zur Netzeinspeisung moderne Holzfeuerung mittels z. B. Scheitholz, Holzpellets, Hackschnitzel Nutzung der Umgebungs- oder oberflächennaher Erdwärme, z. B. mittels Wärmepumpen zu Heizzwecken

26 24 Gebäude Einführung Energiesparen hat in Deutschland spätestens seit der Ölpreiskrise in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts Tradition. Seitdem stellt der rechtliche Ordnungsrahmen in Deutschland zunehmend hohe Ansprüche an Wärmeschutz und Heizungssysteme. Seit 2002 ist die Energieeinsparverordnung (EnEV) in Deutschland in Kraft. Sie wurde 2007 novelliert. Die EnEV sieht u. a. eine ganzheitliche Betrachtung von Gebäudehülle, Anlagentechnik sowie der Aufbereitungs- und Umwandlungsverluste der eingesetzten Energieträger vor. Eine weitere Verschärfung der Vorgaben um 30 Prozent wurde mit Inkrafttreten der neuen EnEV im Oktober 2009 umgesetzt. Die Bundesregierung hat über Jahre die energetischen Anforderungen im Gebäudebereich durch die gezielte Förderung von Forschung und Entwicklung innovativer Technologien für das Gebäude der Zukunft begleitet, die eine Verschärfung der Standards möglich machen. Energieeffiziente und umweltverträgliche Anwendungen werden darüber hinaus besonders dort staatlich, z. B. über die KfW Förderbank gefördert, wo sie noch nicht wirtschaftlich rentabel sind. Die deutsche Industrie hat sich seit vielen Jahren auf diese anspruchsvollen Rahmenbedingungen und Fördermöglichkeiten eingestellt und bietet besonders effiziente Technologien an. Durch Marktzuwächse von über 100 Prozent in einigen europäischen Ländern hat beispielsweise die deutsche Heizungsindustrie im vergangenen Jahr neue Exporterfolge erzielt. Ihr Marktanteil liegt in der EU bei 60 und weltweit bei Prozent. Ihr weltweiter Marktanteil bei den erneuerbaren Energien liegt bei 90 Prozent. Auch im hart umkämpften Photovoltaik-Markt ist Deutschland mit 50 Prozent sogar noch vor Japan weltweit klar Spitzenreiter. Pixelio Beispiel: Sanierung eines denkmalgeschützten Jugendstilhauses in Nürnberg Maßnahmen: Energieersparnis: Gas-Brennwertkessel, Lüftung und Wärmerückgewinnung, Wärmeschutz unter Verwendung ökologischer Dämmstoffe Der Heizwärmebedarf des Gebäudes hat sich nach der Sanierung um fast 60 Prozent verringert und liegt bei 109 kwh/m 2 a. Marktanteile der deutschen Heizungsindustrie Marktanteile in Gesamt Marktanteil deutscher Anbieter im Bereich Brennwerttechnik (Gas und Öl) Einsatz erneuerbarer Energien im Wärmemarkt* Deutschland 90 % 95 % 95 % EU % 85 % 85 % Weltweit % 90 % 90 % * Solarthermische Anlagen, Wärmepumpen, Holzfeuerungsanlagen als zentrale Heizungssysteme Quelle: BDH

27 25 Brennwerttechnologie Bei der Heizung und der Trinkwassererwärmung in Gebäuden spielen in Europa hydraulische Heizungssysteme mit Öl- und Gasheizkesseln die größte Rolle. Da die meiste Energie bei der Wärmeerzeugung in Gebäuden verbraucht wird, liegt in der Modernisierung von Heizungssystemen eines der größten Einsparpotenziale. Die deutsche Heizungsindustrie ist führend im Bereich effizienter Hightech-Heizkessel. Jahrelang waren Niedertemperaturkessel der Standard, bei denen die Kesselwassertemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur angepasst wird. Bereits hierdurch konnten Abgas- und Bereitschaftsverluste von nur zehn bis zwölf Prozent des Endenergieeinsatzes erreicht werden. Innovative Brennwerttechnologie zahlt sich innerhalb weniger Jahre über die Energieersparnis aus. Vaillant Deutschland GmbH & Co.KG Die Heizkessel der neuen Generation heißen Brennwertkessel. Sie stellen eine Weiterentwicklung der Niedertemperaturkessel dar und senken die Verluste erheblich. Damit werden Brennstoffe bis an die Grenze des physikalisch Machbaren ausgenutzt. Die Brennwerttechnologie verwendet auch die im Abgas enthaltene Kondensationswärme, die ansonsten ungenutzt bliebe. Eine zusätzliche Steigerung des Wirkungsgrades entsteht durch niedrigere Abgastemperaturen und somit niedrigere Abgasverluste. Mit Brennwertkesseln lassen sich so Wirkungsgrade von über 98 Prozent erzielen. Brennwerttechnik ist kosteneffizient, weil sich ihre Anschaffung innerhalb weniger Jahre über die Energieersparnis auszahlt. Der Austausch einer veralteten Heizanlage, z. B. gegen ein Öl-Brennwertgerät in einem Ein- oder Zweifamilienhaus, kann in Deutschland einschließlich Installation im Mittel etwa Euro kosten. Bei einem Heizölpreis von 60 Cent je Liter, einem bisherigen Jahresheizölverbrauch von z. B Litern für Heizung und Warmwasser und einer Verbrauchsreduzierung von 30 Prozent kann sich die alljährliche Heizölrechnung um rund Euro verringern. Damit würde sich die Brennwertanlage nach etwa sechs Jahren amortisieren.

28 26 Gebäude Brennwerttechnologie Funktionsweise eines Brennwertgerätes Kohlendioxidemissionen verschiedener Heizungssysteme im Vergleich A 100 B C 60 D in % 50 A E B C D E 10 F 0 G H A Standardkessel (vor 1978) B Niedertemperaturkessel C Erdgas-Brennwertkessel Quelle: BDH D Erdgas-Brennwertkessel mit Solaranlage zur Warmwasserbereitung E Erdgas-Brennwertkessel mit Solaranlage zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung A Luft E Heizungsvorlauf B Gebläse F Heizungsrücklauf C Gasventil G Abgas D Erdgas Quelle: BDH H Kondensatablauf Fotolia Maßnahmen: Beispiel: Betriebsgebäude Tiefbauamt Nürnberg Wärmeschutz, Wärmedämmverbundsystem, Austausch der Kesselanlage, Regelungstechnik, Einbau eines Klein- Bioheizkraftwerkes Energieersparnis: Die Anlagentechnik des Gebäudes wurde für Euro saniert. Die ver altete Kesselanlage wurde durch Gas-Brennwert- und Niedertemperatur- Technik ersetzt. Die Energieeinsparung durch die komplette Sanierung wird auf jährlich etwa 270 MWh geschätzt. Insgesamt werden etwa ein Drittel der Energiekosten im Wärmebereich durch die Modernisierung eingespart.

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