Projekt-Bericht Klimawerkstatt 2010/2011 Wettbewerbskategorie: Energie-Preis Projekttitel: Warmes Wasser umweltschonend gezapft Projekt-Team: Beruf: Lehrjahr: Christian Beist Felix Däschler Michael Klenk Anlagenmechaniker Sanitär Heizung Klima Grundstufe (1.tes Lehrjahr) Name der Schule : Name der Lehrkraft: Gewerbliche Schule Crailsheim Herr Kozik Projekt-Zusammenfassung: Der steigende Energiepreis macht Energie einsparen attraktiv. Im Projekt wurde die Leistungsanforderung und dadurch der Stromverbrauch für eine Warmwasserzirkulationspumpe mit einfachen Handgriffen auf ein Minimum des bisherigen Stromverbrauchs reduziert. Auf unter 1% des bisherigen. Die Kosten für den Nutzer sind in 2 3 Jahren amortisiert und gleichzeitig wird die Umwelt geschont. CO 2 -einsparung rechnerisch ca. 2.442 t pro Jahr. Tatsächlich eingesparte Energie in kwh pro Jahr (Energie-Projekt): 94,1 kwh Energiespar-Potential in kwh pro Jahr: 2.907 MWh bezogen auf Einfamilienhäuser in Deutschland
Inhaltsverzeichnis 1. Ausgangslage / Motivation... Fehler! Textmarke nicht definiert. 2. Ideensuche / Projektdefinition... 3 3. Projektplanung... 4 4. Konkrete Umsetzung... 5 5. Berechnung... Fehler! Textmarke nicht definiert. 6. Rückblick / Erkenntnisse / Perspektiven... 8 7. Anhang... 9 Seite - 2 - von Seiten 11
1. Ausgangslage/ Motivation Durch den hohen Energieverbrauch in Deutschland steigt auch der CO2 Ausstoß, der dafür sorgt dass der Klimawandel stattfindet z.b. Globale Erderwärmung oder die Erweiterung des Ozonloches. Um den Klimawandel zu stoppen muss also der Energieverbrauch gesenkt werden. Mit unserem Projekt wollen wir dazu beitragen den Klimawandel zu stoppen und gleichzeitig die Energiekosten der Haushalte senken. 2. Ideensuche/ Projektdefinition Auf Anfrage und Anregung unseres Lehrers sind wir auf die Klimawerkstatt gestoßen und haben uns dazu entschieden ein Energiesparprojekt zu realisieren. Wir wollten ein Projekt bearbeiten, welches in jedem Haushalt einfach und kostengünstig zu realisieren ist und ein großes Energiesparpotential hat. Wir suchten nach Schwachstellen in unserem beruflichen Umfeld. Im Warmwasserzirkulationssystem wurden wir bei der Zirkulationspumpe fündig. Eine bisher verwendete Pumpe läuft den ganzen Tag und verbraucht dadurch eine Menge Strom. Nun war die Frage, wie den Stromverbrauch senken. Am Markt gibt es bereits Zeitschaltuhren, die die Pumpen zu bestimmten Zeiten ein- und ausschalten, egal ob Warmwasser gebraucht wird oder nicht. Die Idee zur bedarfsorientierten Schaltung war geboren. Für die Umsetzung wurden verschiedene Ideen entwickelt, z.bsp. schalten über Infrarot- oder Bewegungsmelder, per Funksender oder mittels einfachen Taster. Unserer Idee eine solche Pumpe über einen Taster zu aktivieren und mit einem Stromstoßrelais zu koppeln, welche nach der eingestellten Zeit selbst ausschaltet, schien uns nach überschlägiger Berechnung gut geeignet und die Kosten für die Realisierung überschaubar. Seite - 3 - von Seiten 11
3. Projektplanung Unser Ziel ist es, Energie einzusparen durch die Verwendung eines bedarfsorientierten Warmwasserzirkulationssystems. Im Zeitraum von Dezember 2010 bis April 2011 planten und verarbeiteten wir unsere Ideen. Unterstützung bekamen wir von Lehrern unserer Schule und unserem Sponsor der Vortex GmbH & Co. KG. Probleme bei der Projektbearbeitung waren die Findung eines Sponsors, den zeitlichen Rahmen einzuhalten und zur Überprüfung der Kundenakzeptanz ein geeignetes Objekt zu finden. Auch bei der Problembewältigung waren unsere Lehrkräfte und unser Sponsor von Bedeutung. Überzeugungsarbeit mussten wir beim Kunden leisten, dies stellte allerdings nur ein geringes Problem dar, da jeder Haus- oder Wohnungsbesitzer seine Energiekosten senken möchte. Für zusätzliches Material und für die Kosten des Projekts standen uns freundlicherweise unsere Schule, die Firma Kozik Sanitär & Heizung und unser Sponsor Vortex GmbH & Co. KG. zur Verfügung. Die wichtigsten Meilensteine: Zu erledigen: Termine Vorausplanung des Projekts Bis Ende Dezember 2010 Sponsorensuche für Materialkosten Bis Ende Dezember 2010 Kundensuche Bis Ende Januar 2011 Praktische Durchführung des Projekts Bis Mitte Februar 2011 Abfrage der Kundenakzeptanz Ende März 2011 Schriftliche Ausarbeitung Bis Anfang April 2011 Fertigstellung/Abgabe des Projekts Bis 20. April 2011 Alle Aufgaben wurden gemeinsam geplant und ausgearbeitet. Seite - 4 - von Seiten 11
4. Konkrete Umsetzung Taster Einbauten in Wohnung Warmwasserentnahme- Armatur Elektro- Verteilerdose Pumpe Stromstoss- Relais Einbauten im Keller Warmwasser -bereiter Zusätzliche Einbauten in den jeweiligen Wohnungen sind lediglich die Taster, entweder kabelgebunden oder per Funk. Zusätzliche Einbauten im Heizungskeller ist lediglich ein Stromstosszeitrelais in die Pumpenstromzuleitung. Aufgrund der geringeren Kosten wurden hier kabelgebundene Taster verbaut. Als konkretes Projekt konnte ein Zweifamilienwohnhaus umgebaut werden. Die Kabel wurden im Zuge von Renovierungsarbeiten mitverlegt. Zur Überzeugung für den gewillten Energiesparer wurde eine Schau-/Modellanlage aufgebaut siehe Anhang. Funktionsweise der Anlage: Nach Betätigung des Tasters in der Wohnung (Bad oder Küche) wird an das Stromstossrelais ein Schaltimpuls geleitet. Das Relais schaltet nun den Stromkreis für die Pumpe ein. Am Relais kann eine Schaltzeit eingestellt werden, nach der die Stromzufuhr wieder abgeschaltet wird. Mehrere Tastenimpulse summieren sich am Relais nicht auf. Es kann erst nach Zeitablauf wieder aktiviert werden. So wird Dauerlauf vermieden. Die eingestellte Laufzeit ist ausreichend zu bemessen, um an allen Zapfstellen Warmwasser anstehen zu lassen. Seite - 5 - von Seiten 11
5. Berechnung Berechnungen für den Einbau einer Warmwasserzirkulationspumpe konnten nach den Vorgaben des DVGW Arbeitsplattes W 553, welches besagt, dass man bei Ein- bis Zweifamilienhäusern keine Berechnungen anzustellen braucht, wenn die Warmwasserleitungen kürzer als 30 Meter bzw. die Zirkulationsleitung kürzer als 20 Meter ist. Wir ermittelten die notwendige Laufzeit der Zirkulationspumpe an unserem 2-Familienmusterhaus versuchsweise. Die Laufzeit betrug ca. 30 Sekunden und ist die Zeit, die das Warmwasser gefördert durch die Warmwasserzirkulationspumpe mit einer Temperaturdifferenz von 2 K gegenüber Boileraustrittstemperatur bis an die Entnahmestelle braucht. Diese 30 sek. und eine kleine Kundenbefragung im Rahmen der Kundenakzeptanz sind die Grundlage für die Energieeinsparberechnung. Im Rahmen der Befragung wurden die Kunden gebeten ihr Nutzerverhalten in etwa wieder zugeben. Daraus lies sich ableiten, dass die Taste je Wohnung ziemlich gleichmäßig häufig betätigt werden. Unsere Musterfamilie hat vier Personen im Haushalt. Die nachfolgende Tabelle gibt Aufschluss über den Energieverbrauch vor und nach dem Umbau. Tabelle zur Laufzeit und Energieverbrauch der WWZP: Tagesnutzzeiten Morgens Mittags Abends Tageslaufzeit gesamt Pumpe mit Zeitschaltuhr 5-9 Uhr 11-14 Uhr 18-21 Uhr 10 Stunden Pumpe mit Stromstoßzeitrelais 4 Betätigungen pro Familie (Pro Kopf eine Betätigung zum Waschen oder Duschen) 2 Betätigungen pro Familie (Für Warmwasser in der Küche) 4 Betätigungen pro Familie (Pro Kopf eine Betätigung zum Waschen oder Duschen) 10 Betätigungen a 30 sek => 5 Minuten Pumpenstromverbrauch in kwh pro Tag / Jahr 0,26 kwh / 94,9 kwh 0,00216 kwh / 0,7884 kwh Stromersparnis pro Tag / Jahr 0,25784 kwh / 94,1 kwh Kosten pro Tag / Jahr 6,5 Cent / 23,73 0,05 Cent / 19,7 Cent Bei den Betätigungen wurde davon ausgegangen, dass das Händewaschen nach der Toilette mit Kaltwasser erfolgt! Seite - 6 - von Seiten 11
Rechnerische Stromersparnis deutschlandweit: Laut Statistischem Bundesamt gibt es in Deutschland im Bestand(Stand 2008): 11.276.000 Einfamilienhäuser Daraus ergibt sich eine rechnerische Energieersparnis von 2.907 MWh pro Jahr. Nach unseren Recherchen könnte im Großkraftwerk Mannheim, welches mit Steinkohle betrieben wird, durch die Umrüstung aller Einfamilienhäuser in Deutschland ca. 2.442 t CO 2 pro Jahr eingespart werden. Erläuterung zu den Berechnungen: Für die Pumpenenergie wurde ein handelsübliches Produkt, eine Vortex Zirkulationspumpe, mit einer Leistungsaufnahme von 26 Watt gewählt. Für die CO2-Ermittlung wurde das Großkraftwerk Mannheim mit einer Bruttoleistung von 1.000 MW gewählt. Es erzeugt 840 g CO2 pro kwh erzeugte Energie Bei 840 g CO2 / kwh ergibt sich für unsere errechnete Einsparung von 2.907.400 kwh eine Reduzierung des Kohlendioxides von 2.442,22 t / anno Seite - 7 - von Seiten 11
6. Rückblick/ Erkenntnisse und Perspektiven Rückblickend auf unser Thema würden wir sagen, dass wir unser Ziel erreicht haben. Wir wollten den Menschen veranschaulichen, wie viel Energie man durch eine einfache Umrüstung des Warmwasserzirkulationssystems einsparen kann. Unser Projekt konnten wir so wie geplant durchführen. Wir hatten nur leichte Probleme die Zeit im Blick zu halten. Schwierigkeiten bereiteten uns die Findung eines Sponsors für die Kosten. Hilfe fanden wir freundlicherweise durch die Firma Vortex GmbH & Co. KG, der Gewerbliche Schule Crailsheim und unserem Lehrer Herr Kozik. Wir erkannten, dass wir unser Klima verändern könnten, wenn jeder Einfamiliehaushalt sich dazu bereit erklären würde unser System einzubauen. Die gesparte Energie würde bedeuten dass die Kraftwerke weniger CO 2 produzieren würden, dadurch würde das Ozonloch nicht so schnell wachsen und die globale Erderwärmung würde nicht so stark sein. Durch Einsatz unseres Systems könnten mehrere Megawattstunden eingespart und so die Umwelt geschont werden. Das Projekt soll durch die Auszubildenden in den Betrieben vorgestellt werden und die Arbeitgeber überzeugen, dass dieses System sehr sinnvoll und für den Kunden wirtschaftlich ist und somit zur deutschlandweiten Energieeinsparung beitragen. Seite - 8 - von Seiten 11
7. Anhang Bilder der Schau- / Modellanlage: Modellanlage insgesamt Modellanlage Warmwasserseitig mit Entnahmestelle Seite - 9 - von Seiten 11
Taster Zirkulationspumpe Warmwasserzapfstelle Warmwasserbereiter Seite - 10 - von Seiten 11
Modellanlage elektroseitig mit Zeitrelais Netz Elektrokleinverteiler Stromstoss- Zeitrelais Seite - 11 - von Seiten 11