Sascha Jung

Maßnahmen zur Einsparung

elektrischer Energie in

privaten Haushalten und deren

Darstellung im Technikunterricht

---

Inhaltsverzeichnis

1.

Einleitung

7

1.1 Aktualität der Thematik 7

1.2 Anteil der Haushalte am Netto-Stromverbrauch 8

1.3 Anstieg des Energieverbrauchs in privaten

Haushalten 9

1.4 Motive zur Einsparung elektrischer Energie 11

1.4.1

Ökologische Motive

11

1.4.2

Ökonomische Motive

12

1.4.3

Ethisch-theologische Motive

12

1.5 Ziele der Arbeit 13

2.

Definitionen

14

2.1 Physikalische Begriffe 14

2.1.1

Energie und elektrische Energie

14

2.1.2

Strom, Spannung und Leistung

15

2.2 Technische Begriffe 15

2.2.1

Primär- und Sekundärenergie 16

2.2.2

End- und Nutzenergie 16

2.2.3

Wirkungs- und Nutzungsgrad 16

3.

Alternativen und Ergänzungen in der

Energieversorgung

17

3.1 Erschöpfbare Energieträger 17

3.1.1

Fossile Brennstoffe

18

3.1.1.1

Technische Einsetzbarkeit 18

3.1.1.2

Wirtschaftlichkeit 18

3.1.1.3

Umweltverträglichkeit 19

1

---

3.1.2

Nukleare Brennstoffe

19

3.1.2.1

Technische Einsetzbarkeit 19

3.1.2.2

Wirtschaftlichkeit 20

3.1.2.3

Umweltverträglichkeit 20

3.2 Regenerative Energien 21

3.2.1

Sonnenenergie

21

3.2.1.1

Technische Einsetzbarkeit 21

3.2.1.2

Wirtschaftlichkeit 22

3.2.1.3

Umweltverträglichkeit 22

3.2.2

Windenergie

22

3.2.2.1

Technische Einsetzbarkeit 23

3.2.2.2

Wirtschaftlichkeit 23

3.2.2.3

Umweltverträglichkeit 23

3.2.3

Wasserkraft

24

3.2.3.1

Technische Einsetzbarkeit 24

3.2.3.2

Wirtschaftlichkeit 24

3.2.3.3

Umweltverträglichkeit 24

3.2.4

Erdwärme

25

3.2.4.1

Technische Einsetzbarkeit 25

3.2.4.2

Wirtschaftlichkeit 25

3.2.4.3

Umweltverträglichkeit 25

3.2.5

Biomasse

26

3.2.5.1

Technische Einsetzbarkeit 26

3.2.5.2

Wirtschaftlichkeit 26

3.2.5.3

Umweltverträglichkeit 27

3.3 Technologien 28

3.3.1

Wärmepumpen

28

3.3.1.1

Technische Einsetzbarkeit 28

3.3.1.2

Wirtschaftlichkeit 28

3.3.1.3

Umweltverträglichkeit 29

2

---

3.3.2

Wärmerückgewinnung

29

3.3.2.1

Technische Einsetzbarkeit 29

3.3.2.2

Wirtschaftlichkeit 29

3.3.2.3

Umweltverträglichkeit 30

3.3.3

Kraft-Wärme-Kopplung

30

3.3.3.1

Technische Einsetzbarkeit 30

3.3.3.2

Wirtschaftlichkeit 30

3.3.3.3

Umweltverträglichkeit 31

3.3.4

Energiegewinnung aus Müll und Deponiegas

31

3.3.4.1

Technische Einsetzbarkeit 31

3.3.4.2

Wirtschaftlichkeit 31

3.3.4.3

Umweltverträglichkeit 32

4.

Energielabel

33

5.

Energiedienstleistungen und

Einsparmöglichkeiten

35

5.1 Beleuchtung 36

5.1.1

Technische Beschreibung

36

5.1.1.1

Lichttechnische Größen 36

5.1.1.2

Lampenarten 37

5.1.2

Analyse der Einsparmöglichkeiten

38

5.1.2.1

Technische Möglichkeiten zur Reduzierung des

Energieverbrauchs 38

5.1.2.2

Einsparmöglichkeiten bei der Nutzung 40

5.2 Kühlen und Gefrieren 41

5.2.1

Technische Beschreibung

41

5.2.2

Analyse der Einsparmöglichkeiten

42

5.2.2.1

Technische Möglichkeiten zur Reduzierung des

Geräteverbrauchs 42

5.2.2.2

Einsparmöglichkeiten bei der Nutzung 43

3

---

5.3 Spülen, Waschen und Trocknen 45

5.3.1

Technische Beschreibung

45

5.3.2

Analyse der Einsparmöglichkeiten

46

5.3.2.1

Technische Möglichkeiten zur Reduzierung des

Geräteverbrauchs 46

5.3.2.2

Einsparmöglichkeiten bei der Nutzung 47

5.4 Kochen und Backen 49

5.4.1

Technische Beschreibung

49

5.4.2

Analyse der Einsparmöglichkeiten

50

5.4.2.1

Technische Möglichkeiten zur Reduzierung des

Energieverbrauchs 50

5.4.2.2

Einsparmöglichkeiten bei der Nutzung 50

5.5 Stand-by-Betrieb und andere Leerlaufformen 52

5.5.1

Technische Beschreibung

52

5.5.2

Analyse der Einsparmöglichkeiten

53

5.5.2.1

Technische Möglichkeiten zur Reduzierung des

Energieverbrauchs 53

5.5.2.2

Einsparmöglichkeiten bei der Nutzung 54

5.6 Heizen 55

5.6.1

Technische Beschreibung

55

5.6.2

Analyse der Einsparmöglichkeiten

56

5.6.2.1

Technische und bauphysikalische Möglichkeiten

zur Einsparung von Heizenergie 56

5.6.2.2

Einsparmöglichkeiten durch Verhalten 57

5.7 Warmwasserbereitung 58

5.7.1

Technische Beschreibung

58

5.7.2

Analyse der Einsparmöglichkeiten

59

5.7.2.1

Technische Möglichkeiten zur Verringerung des

Strombedarfs bei der Warmwasserversorgung

59

5.7.2.2

Einsparmöglichkeiten bei der Nutzung 59

4

---

6.

Thematisierung im Technikunterricht

61

6.1 Didaktische Überlegungen 61

6.1.1

Schülerbezug

61

6.1.2

Lehrplanbezug

62

6.2 Überlegungen zu Einstiegsmöglichkeiten 63

6.2.1

Schätzung des Energieverbrauchs

63

6.2.2

Zeitungsartikel zur Klimaveränderung

63

6.2.3

Wandel der Energiedienstleistungen 64

6.3 Ideenimpulse für den Unterricht 65

6.3.1

Messungen

65

6.3.2

Rollenspiel

65

6.3.3

Ausstellung

65

6.3.4

Erkundung

66

6.3.5

Thementag

66

6.4 Experimente zum rationellen Einsatz elektrischer

Energie 67

6.4.1

Untersuchung und Vergleich der Wirkungsgrade von

Leuchtdiodenlampe und Halogenlampe

67

6.4.2

Untersuchung und Vergleich des Stromverbrauchs von

Kochplatte und Eierkochgerät

80

6.5 Unterrichtsbeispiel zu Leerlaufverlusten 81

6.5.1

Voraussetzungen bei den Schülerinnen und Schülern

81

6.5.1.1

Entwicklungspsychologische Situation 82

6.5.1.2

Vorkenntnisse 82

6.5.2

Äußere Voraussetzungen

83

6.5.3

Lernziele

83

6.5.3.1

Richtziel 83

6.5.3.2

Grobziele 83

6.5.3.3

Feinziele 84

6.5.4

Artikulation

84

6.5.5

Sozial- und Aktionsformen

85

5

---

6.5.6

Medien und Materialien

86

6.5.7

Unterrichtsprinzipien

87

6.5.8

Geplanter Unterrichtsverlauf

88

7.

Schlusswort

97

8.

Liste der verwendeten Formelzeichen und

Einheiten

98

9.

Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen

99

10.

Literatur- und Medienverzeichnis

101

11.

Anhang: Arbeitsblätter

110

6

---

1. Einleitung

1.1 Aktualität der Thematik

Die Begrenztheit der nicht regenerativen, besonders der fossilen,

Energieressourcen ­ verbunden mit dem steigenden Weltenergie-

bedarf1 und der sich als bedrohlich erweisenden Umweltbelastung

durch die Gewinnung bzw. den Einsatz von Energie ­ stellt die

Menschheit vor erhebliche Probleme.

Spätestens seit der Konferenz der Vereinten Nationen über Umwelt

und Entwicklung im Juni 1992 in Rio de Janeiro ist das Schlagwort

Nachhaltigkeit im Sinne einer zukunftsfähigen Entwicklung allgemein

bekannt2; es bedeutet nach der Definition der Vereinten Nationen

,,den Bedürfnissen der heutigen Generation zu entsprechen, ohne die

Möglichkeiten künftiger Generationen zu gefährden, ihre eigenen

Bedürfnisse zu befriedigen".3 Im Kyoto-Protokoll von 1997 wurden

von der internationalen Staatengemeinschaft erstmals verbindliche

Zielwerte für den Ausstoß von Treibhausgasen festgelegt.4 Die

globale Klimaerwärmung, welche hauptsächlich durch CO2-

Emissionen (Kohlenstoffdioxid-Emissionen) bei der Energie-

erzeugung verursacht wird5, machte das Thema Energieeffizienz

zum Gegenstand aktueller politischer Diskussion. Im März 2007

erklärte die Chefin des Bundesverbandes der deutschen

Verbraucherzentralen gegenüber der Berliner Zeitung, dass ein

Verzicht auf den Stand-by-Betrieb zwei Atomkraftwerke überflüssig

1 Vgl. Statistisches Bundesamt 2006, S. 370

2 Vgl. http://www.bmu.de/nachhaltige_entwicklung/agenda_21/doc/2560.php

(16.09.2007)

3 Vgl. http://www.learn-line.nrw.de/angebote/agenda21/info/nachhalt.htm (18.10.2007)

4 Vgl. http://www.bmu.de/klimaschutz/internationale_klimapolitik/kyoto_protokoll/doc/

5802.php (16.09.2007)

5 Vgl. http://www.ecopop.ch/A9NATUR/globaleerwaermung.htm (16.09.2007)

7

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machen würde.6 Aus einem Antrag von Abgeordneten der Fraktion

BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN an den 16. Deutschen Bundestag vom

21.03.2007 geht die Forderung hervor, sich für ein europaweites

Verbot von ineffizienten Stand-by-Schaltungen an Geräten

auszusprechen.7 Daneben kündigte die Regierung in Australien im

Februar 2007 das Verbot von herkömmlichen Glühlampen, deren

Lichtausbeute im Verhältnis zur Wärmestrahlung relativ gering ist, für

2010 an.8 Durch steigende Strompreise wird das Thema

Energiesparen nicht nur populär, sondern auch wirtschaftlich

interessant und rentabel. So planen die deutschen Energieversorger

RWE und E.ON einem Bericht der Berliner Zeitung vom 19.09.2007

zufolge zum Januar 2008 eine Strompreiserhöhung um bis zu 10

Prozent.9 Vor diesem Hintergrund ist es durchaus angebracht, sich

mit Maßnahmen zur Einsparung elektrischer Energie zu

beschäftigen.

1.2 Anteil der Haushalte am Netto-Stromverbrauch

Der Begriff Stromverbrauch wird umgangssprachlich vielfach

verwendet; tatsächlich wird aus physikalischer Sicht aber kein Strom

verbraucht, sondern lediglich elektrische Energie in andere Energie-

formen umgewandelt.10 Da der Ausdruck aber im Sprachgebrauch

allgemein üblich ist, wird er auch in dieser Arbeit verwendet.

Im Jahr 2005 betrug der Netto-Stromverbrauch (vom Verbraucher

genutzte elektrische Arbeit nach Abzug des Eigenbedarfs der Kraft-

werke und der Übertragungs- bzw. Netzverluste11) in Deutschland

536,8 Milliarden Kilowattstunden. Wie in der nach Angaben des

6 Vgl. Berliner Zeitung (12.03.2007)

7 Vgl. http://dip.bundestag.de/btd/16/047/1604760.pdf (22.08.2007)

8 Vgl. Handelsblatt (20.02.2007)

9 Vgl. Berliner Zeitung (19.09.2007)

10 Vgl. Berge, O. 1997, S. 4

11 Vgl. http://www.stadtwerke-sigmaringen.de/glossar/index.php?index=N&openword=

Nettostromverbrauch&glossardat=nettostromverbrauch.html (24.09.2007)

8

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VDEW (Verband der Elektrizitätswirtschaft) erstellten Abbildung 1 zu

sehen ist, entfiel dabei etwa ein Viertel auf die rund 39 Millionen

Haushalte, welche 141,8 Milliarden Kilowattstunden elektrische

Energie bezogen.12

Landwirtschaft

Öffentliche Verkehr 2 %

Einrichtungen 3 %

8 %

Handel & Gewerbe

14%

Industrie

47 %

Haushalte

26%

Abb. 1: Anteil der Kundengruppen am Netto-Stromverbrauch in

Deutschland im Jahr 2005

Da der Anteil der Haushalte am Netto-Stromverbrauch relativ groß

ist, können Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bei

dieser Kundengruppe insgesamt eine große Wirkung erzielen. Wird

der Stromverbrauch gesenkt, so muss auch weniger Energie bereit-

gestellt und bezahlt werden.

1.3 Anstieg des Energieverbrauchs in privaten Haus-

halten

Einer Presse-Information des Umweltbundesamtes zufolge ist der

Energieverbrauch deutscher Haushalte im Bereich Wohnen von

12 http://www.strom.de/vdew.nsf/id/DE_Haushalte_verbrauchen_mehr_als_ein_Viertel_

des_Stroms?open&l=DE&ccm=300010 (22.09.2007)

9

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