Neue Kennzahlen für ein besseres Energiemanagement

Um die gesamt­ge­sell­schaft­li­che Effi­zi­enz wei­ter zu stei­gern, hat die Bun­des­re­gie­rung einen „Natio­na­len Akti­ons­plan Ener­gie­ef­fi­zi­enz“ beschlos­sen. Ener­gie­spa­ren steht dem­nach an ers­ter Stel­le. Um die­ses Ziel zu errei­chen, müs­sen erwei­ter­te Kenn­zah­len den Ener­gie­ver­brauch bes­ser ange­ben. Die alten Nor­men rei­chen nicht mehr aus. Um ein mög­li­ches Kenn­zeich­nungs-Wirr­warr zu erhin­dern, sol­len erwei­ter­te Kenn­zah­len auf eine neue Grund­la­ge gestellt wer­den. Pro­fes­sor Dr.-Ing. Bernd San­kol und sein Team am Depart­ment Maschi­nen­bau und Pro­duk­ti­on arbei­ten im Rah­men des WIPA­NO-Pro­jek­tes an die­ser neu­en Kon­zep­ti­on. Das Pro­jekt WIPANO steht für „Wis­sens- und Tech­no­lo­gie­trans­fer durch Paten­te und Nor­men“ und wird vom Bun­des­wirt­schafts­mi­nis­te­ri­um (BMWi) geför­dert.

Wer einen neu­en Kühl­schrank oder eine neue Wasch­ma­schi­ne kau­fen möch­te, sieht auf den Gerä­ten bun­te Schil­der, wel­che die Effi­zi­enz­klas­se ange­ben. Effi­zi­enz beschreibt das Ver­hält­nis von Ener­gie­auf­wand und Nut­zen. Das grün unter­leg­te A steht dabei für gerin­gen Ver­brauch und eine gute Effi­zi­enz. Über gelb und oran­ge stei­gert sich der Ener­gie­ver­brauch bis auf rot = hoher Ver­brauch; bei zugleich sin­ken­der Effi­zi­enz.

Weil aber das Ver­hält­nis von Ener­gie­auf­wand und Nut­zen bei Haus­halts­ge­rä­ten erfreu­li­cher­wei­se immer bes­ser wird, reicht die alte Klas­si­fi­zie­rung nicht mehr aus. Die Ten­denz geht in Rich­tung A+++, und es ist abseh­bar, dass dies der neue Stan­dard wird. Um das dar­aus fol­gen­de Kenn­zeich­nungs-Wirr­warr zu ver­hin­dern, sol­len die­se Anga­ben auf eine völ­lig neue Grund­la­ge gestellt wer­den. Dar­an betei­li­gen sich Pro­fes­sor Dr.-Ing. Bernd San­kol und sei­ne Mit­ar­bei­ter am Depart­ment Maschi­nen­bau und Pro­duk­ti­on der HAW Ham­burg im Rah­men des WIPA­NO-Pro­jek­tes („Wis­sens- und Tech­no­lo­gie­trans­fer durch Paten­te und Nor­men“), das vom Bun­des­wirt­schafts­mi­nis­te­ri­um (BMWi) geför­dert wird. Ein Schwer­punkt die­ser För­de­rung betrifft die Nor­men und Stan­dards sowie die geziel­te För­de­rung von Inno­va­tio­nen im Hin­blick auf die zuneh­mend glo­ba­li­sier­ten und digi­ta­len Wirt­schafts- und Han­dels­be­zie­hun­gen der Zukunft.

Es gilt die Energieeffizienz überall zu verbessern

Die Ener­gie­ef­fi­zi­enz zu ver­bes­sern und dadurch die ein­ge­setz­te Men­ge an Ener­gie zu ver­rin­gern, ist jedoch nicht nur bei Haus­halts­ge­rä­ten das Ziel, son­dern gehört zur Kli­ma­schutz-Stra­te­gie der Bun­des­re­gie­rung. Des­halb bezieht es sich auch auf wei­te­re Berei­che: Was im Pri­vat­haus­halt zum Bei­spiel der Ein­bau einer neu­en Hei­zungs­an­la­ge sein kann, ist in einem Unter­neh­men der Pro­duk­ti­ons­pro­zess, wie etwa der Was­ser­ver­brauch in einer Scho­ko­la­den­fa­brik. Es betrifft den Ver­kehrs- und Mobi­li­täts­sek­tor eben­so wie den der Gebäu­de­wär­me und die ener­ge­ti­schen Abläu­fe in Indus­trie und Gewer­be. Über­all wird ein gerin­ge­rer Ener­gie­ver­brauch ange­strebt, bei trotz­dem min­des­tens gleich­blei­ben­dem Nut­zen. Das min­dert den Aus­stoß des Treib­haus­ga­ses CO2 und spart oben­drein Geld. Gesamt­ge­sell­schaft­lich zeigt sich die Effi­zi­enz­ver­bes­se­rung dar­an, dass das Brut­to­in­lands­pro­dukt zunimmt, wäh­rend der Ein­satz von Pri­mär­ener­gie sinkt. Deutsch­land ist da bereits auf einem guten Weg, weil die Wirt­schaft seit über zehn Jah­ren wächst – bei redu­zier­tem Ener­gie­ein­satz.

Normen und Standards geben Orientierung beim Energieverbrauch

Um Ener­gie­ver­brauch und Effi­zi­enz über­haupt zu erken­nen, braucht es Nor­men und Stan­dards, die all­ge­mein ver­bind­lich sind. „Nor­men defi­nie­ren in annä­hernd allen Lebens­be­rei­chen den Stand der Tech­nik und die Anfor­de­run­gen an Pro­duk­te und Dienst­leis­tun­gen“, heißt es dazu auf einer Inter­net-Sei­te des BMWi. Sie sichern Qua­li­tät, schaf­fen Trans­pa­renz und schüt­zen den Ver­brau­cher. Für wich­ti­ge Berei­che, wie bei­spiels­wei­se den Arbeits- und Umwelt­schutz bil­den sie die Grund­la­ge. Des­halb unter­stützt das Minis­te­ri­um öffent­li­che Hoch­schu­len sowie klei­ne­re und mitt­le­re Unter­neh­men dabei, Erkennt­nis­se aus der For­schung in neue Stan­dards und Nor­men zu über­füh­ren. In die­sen Bereich fällt auch das For­schungs­pro­jekt von Pro­fes­sor San­kol und sei­nen Mit­ar­bei­tern, die am Bei­spiel der Richt­li­nie Nr. 4663 des Ver­eins Deut­scher Inge­nieu­re (VDI) Metho­den ent­wi­ckeln, um für das Ener­gie­ma­nage­ment in der Ver­fah­rens­tech­nik soge­nann­te „grenz­wert­ori­en­tier­te Kenn­zah­len“ anwen­den zu kön­nen. Bei der Richt­li­nie selbst geht es dar­um, die Ener­gie- und Res­sour­cen­ef­fi­zi­enz zu bewer­ten und opti­mie­ren.

Wie werden standardisierte Kennzahlen ermittelt?

Ein neu­er Ansatz soll es zukünf­tig ermög­li­chen, anhand von phy­si­ka­li­schen Model­len das jewei­li­ge Opti­mum eines Pro­zes­ses zu defi­nie­ren. Die­ses bil­det dann den ener­ge­ti­schen Grenz­wert, der nicht mehr unter­schrit­ten wer­den kann. Und weil das so ist, lässt sich dar­aus erst­mals eine dau­er­haf­te Kenn­zahl ermit­teln. Bernd San­kol, Pro­fes­sor für Kon­struk­ti­on mit Schwer­punkt Ther­mi­sche Appa­ra­te, erklärt das an einem ein­fa­chen Bei­spiel – dem Erwär­men von Was­ser mit Hil­fe von drei ver­schie­de­nen Metho­den: 1) Im Was­ser­ko­cher, 2) in einem Cam­ping­ko­cher und 3) in einem Becher­glas (die bei­den letz­te­ren wer­den jeweils auf einer vor­ge­wärm­ten Elek­tro­plat­te erhitzt). „Die Ener­gie, die not­wen­dig ist, um das Was­ser zu erwär­men“, sagt der pro­mo­vier­te Inge­nieur, „kön­nen wir aus den phy­si­ka­li­schen Geset­zen errech­nen. Die­ser phy­si­ka­li­sche Grenz­wert ent­spricht dem soge­nann­ten „ther­mo­dy­na­mi­schen Min­dest­auf­wand“. Die tat­säch­lich in Form von Strom auf­ge­wen­de­te Ener­gie zur Erwär­mung wird gemes­sen.“ Aus bei­den Daten, dem errech­ne­ten Grenz­wert bezie­hungs­wei­se Opti­mum und dem gemes­se­nen Ener­gie­ver­brauch wird dann der Quo­ti­ent gebil­det, um als Ergeb­nis die neue, dau­er­haf­te Kenn­zahl zu erhal­ten.

Vom Energieverbrauch zum Energiebedarf

Es gibt unter­schied­li­che Betrach­tungs­wei­sen die zu unter­schied­li­chen Kenn­zah­len füh­ren. So ändert sich mit der Per­spek­ti­ve, etwa vom Ener­gie­ver­brauch zum Ener­gie­be­darf, auch die Kenn­zahl. Bei der Ver­brauchs­per­spek­ti­ve berech­nen die Inge­nieu­re das Phy­si­ka­li­sche Opti­mum für die Sei­te des Ener­gie­auf­wands; also, wie man den größ­ten Nut­zen aus dem Auf­wand zieht. Dage­gen berech­nen sie bei der Bedarfs­per­spek­ti­ve, wie man den gewünsch­ten Nut­zen mit mög­lichst gerin­gem Ener­gie­auf­wand erreicht. Außer­dem gibt es Pro­zes­se, bei denen phy­si­ka­li­sche Gren­zen die zur Ver­fü­gung ste­hen­de Ener­gie von vorn­her­ein limi­tie­ren, etwa bei Wind­ener­gie­an­la­gen. Eine Wind­tur­bi­ne kann die kine­ti­sche Ener­gie des Win­des nicht voll­stän­dig in mecha­ni­sche Ener­gie – also die Rota­ti­on – umwan­deln. Der deut­sche Phy­si­ker Albert Betz berech­ne­te bereits im Jahr 1920, dass eine idea­le Wind­tur­bi­ne maxi­mal 59 Pro­zent an Leis­tung aus dem Wind her­aus­ho­len kann, das ist der soge­nann­te Betz-Fak­tor (gilt nur für „Auf­triebs­läu­fer“). Wei­te­re phy­si­ka­li­sche Gren­zen gibt es zum Bei­spiel bei Kraft­werks­pro­zes­sen (Clau­si­us-Ran­ki­ne-Pro­zess) oder bei der ther­mi­schen Ener­gie­um­wand­lung (Car­not-Pro­zess).