Kleine (autonome) Unterstützungssysteme für den rationellen Energieeinsatz in privaten Haushalten


Bachelorarbeit, 2014

64 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen
2.1 Begriffe
2.2 Definition der Betriebszustände bei Elektrogeräten
2.3 Anforderungen an die Unterstützungssysteme
2.4 Annahmen an die Wirtschaftlichkeitsrechnung

3 Die privaten Haushalte aus energetischer Sicht
3.1 Entwicklung des Energieverbrauchs
3.2 Entwicklung der Energiepreise
3.3 Soziodemografische Faktoren
3.4 Umweltbewusstsein und Akzeptanz für energieeffiziente Produkte
3.5 Zusammenfassung

4 Systematisierung von Energiedienstleistungen
4.1 Raumwärme
4.2 Warmwasserbereitung
4.3 Klimatisierung und Lüftung
4.4 Kochen, Backen, Küchengeräte
4.5 Waschen, Trocknen, Spülen
4.6 Kühlen und Gefrieren
4.7 Beleuchtung
4.8 Betrieb von TV-, Hi-Fi- und Computergeräten
4.9 Betrieb elektrischer Kleingeräte
4.10 Übersicht

5 Unterstützungssysteme
5.1 Raumwärme
5.1.1 Wettervorhersagesteuerung der Heizungsanlage
5.1.2 Thermostatventile
5.1.3 Heizungspumpensteuerung
5.2 Warmwasserbereitung
5.2.1 Schaltung von Kleinspeichern
5.2.2 Zirkulationspumpensteuerung
5.2.3 Durchflussbegrenzung an Zapfstellen
5.3 Klimatisierung und Lüftung
5.4 Kochen, Backen, Küchengeräte
5.5 Waschen, Trocknen, Spülen
5.5.1 Leerlaufverluste reduzieren
5.5.2 Waschmaschinenvorschaltgerät
5.6 Kühlen und Gefrieren
5.6.1 Thermostatsensoranschluss für Kühlgeräte
5.7 Beleuchtung
5.8 Betrieb von TV-, Hi-Fi- und Computergeräten
5.9 Betrieb elektrischer Kleingeräte
5.10 Übersicht der Wirtschaftlichkeitsrechnung

6 Bewertung

7 Fazit und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2-1: Definition der Betriebszustände bei Elektrogeräten nach Fraunhofer-ISI

Abbildung 3-1: Endenergieverbrauch der privaten Haushalte nach Anwendungsbereichen

Abbildung 3-2: Stromverbrauch der PHH nach Anwendungsarten 1996 und 2012

Abbildung 3-3: Soziodemografische Rahmendaten für die Energieversorgung

Abbildung 4-1: Empfohlene Raumtemperaturen

Abbildung 5-1: Systemkomponenten der Tado- Heizungssteuerung

Abbildung 5-2: Aufbau eines Thermostatventils

Abbildung 5-3: Schaltbild einer Heizungspumpensteuerung

Abbildung 5-4: Schaltbild einer Zirkulationssteuerung

Abbildung 5-5: Funktionsweise eines Waschmaschinenvorschaltgeräts. Links: ohne Vorschaltgerät. Rechts: mit Vorschaltgerät

Abbildung 5-6: eCube - Wachsklumpen zum Anschluss an den Thermostatsensor im Kühlschrankinnenraum

Abbildung 5-7: links: Präsenzmelder; rechts: Erfassungsradius eines installierten Präsenzmelders

Abbildung 5-8: Steckdosenleiste mit Trittschalter

Abbildung 5-9: Steckdosenleiste mit Funksteuerung

Abbildung 5-10: Übersicht der Wirtschaftlichkeitsrechnung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Ausgewählte Verbraucherpreise von Energieträgern für die privaten Haushalte

Tabelle 4-1: Gegenüberstellung der Energiedienstleistungen und der Systematisierungsparameter

Tabelle 5-1: Wirtschaftlichkeitsberechnung für eine Steuerung von Kleinspeichergeräten - Vergleich der Alternativen

Tabelle 5-2: Wirtschaftlichkeitsrechnung für eine Zirkulationssteuerung

Tabelle 5-3: Standby-Kosten diverser Elektrogeräte im dauerhaften Standby-Betrieb

Tabelle 6-1: Gegenüberstellung der Unterstützungssysteme mit den Anforderungen

1 Einleitung

Die Welt ist im Wandel und sie braucht Wandel: Der fortschreitende Klimawandel, zu­nehmende Ressourcenknappheit und die anhaltend steigenden Energiekosten haben in einem Großteil der deutschen Haushalte das Bewusstsein für einen rationellen Energie­einsatz und einer daraus resultierenden Energie- und Kosteneffizienz gestärkt. Vollstän­dige Gebäudeautomation in Form von zentral gesteuerten, vernetzten Systemen wird häufig als ein Lösungsansatz aller Probleme angesehen. Doch Akzeptanzprobleme und der hohe finanzielle sowie installationstechnische Aufwand führen zu einer geringen Umsetzungswahrscheinlichkeit dieser Systeme in privaten Haushalten. Es fehlen Lö­sungsansätze, die in möglichst vielen Haushalten und daher mit geringem Aufwand umgesetzt werden können (vgl. Aufgabenstellung). In dieser Arbeit werden deshalb kleine (autonome) Unterstützungssysteme vorgestellt, die privaten Haushalten einen sparsamen bzw. effizienten Einsatz von Energie ermöglichen sollen.

Die vorliegende Arbeit verfolgt die Zielsetzung privaten Haushalten kleine, autonom betriebene Unterstützungssysteme für einen rationellen Energieeinsatz vorzustellen. Dabei soll in dieser Arbeit untersucht werden, in welchen Bereichen und in welchem Umfang diese (autonomen) Kleinsysteme sinnvolle Lösungsalternativen zur finanziell und installationstechnisch aufwendigen Gebäudeautomation in Form von zentral ge­steuerten, vernetzten Systemen darstellen. Dazu sollen existierende Systeme sowie zu­künftige Unterstützungsfelder detektiert und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit bewer­tet werden.

Die vorliegende Arbeit gliedert sich in insgesamt sieben Kapitel.

In Kapitel zwei werden zunächst die technischen Grundlagen thematisiert, auf denen die anschließende Problemanalyse basiert. Es werden wichtige Begriffe erläutert und voneinander abgegrenzt, sowie Anforderungen an die Unterstützungssysteme und deren Wirtschaftlichkeitsrechnung formuliert.

Das dritte Kapitel stellt die Situation der privaten Haushalte in Deutschland hinsicht­lich ihres Energieverbrauchs und dessen Einflussfaktoren dar und untersucht das Um­weltbewusstsein und die Akzeptanz für energieeffiziente Produkte. Im Mittelpunkt die­ses Kapitels steht somit die Untersuchung der einleitend aufgestellten Nachfrage- und Nutzenfaktoren für die Unterstützungssysteme aus Sicht der Haushalte. Außerdem sol­len die Hauptanwendungsbereiche von Energiedienstleistungen der privaten Haushalte ermittelt werden.

Im vierten Kapitel erfolgt eine Systematisierung dieser Energiedienstleistungen ge­gliedert in ihre Anwendungsbereiche. Dabei wird die Abhängigkeit untersucht, durch welche Faktoren eine Energiedienstleistung anfällt, und wie sie rationell gesteuert wer­den könnte/sollte.

Kapitel fünf thematisiert recherchierte Unterstützungssysteme in den zuvor systemati­sierten Anwendungsbereichen. Dabei werden die Problemlösungen der Systeme erklärt und es erfolgt eine Analyse der Wirtschaftlichkeit hinsichtlich Anschaffungskosten, Ersparnis und Amortisationsdauer.

Gegenstand des sechsten Kapitels ist eine abschließende Bewertung der recherchierten Unterstützungssysteme gemäß den aufgestellten Anforderungen.

Im abschließenden siebten Kapitel werden die wesentlichen Ergebnisse der Arbeit zu einem Fazit zusammengefasst und es wird ein Ausblick auf den zukünftigen For­schungsbedarf auf diesem Gebiet gegeben.

2 Grundlagen

Dieses Kapitel soll für das Verständnis der Arbeit wichtige Begriffe definieren und ab­grenzen und konkrete Anforderungen an die Unterstützungssysteme und deren Wirt­schaftlichkeitsberechnung formulieren.

2.1 Begriffe

Energieträger: Stoffe, in denen ein Energiegehalt gespeichert ist, der unmittelbar oder durch einen Umwandlungsprozess nutzbar gemacht werden kann [Kim12, S. 7ff.].

Endenergie: Die Energie, die nach Umwandlungs- und Übertragungsverlusten vom Endverbraucher genutzt werden kann. Bei Haushalten entspricht sie quasi der Energie, die am Hausanschluss zur Verfügung steht [Kim12, S. 12 ff.].

Nutzenergie: Nach Abzug der Energieumwandlungsverluste beim Verbraucher zur Verfügung stehender, nutzbarer Anteil der Endenergie. Konkretisierungen der Nutz­energie sind z. B. Wärme, mechanische Arbeit, Licht oder chemisch gebundene Energie [Kim12, S. 13].

Energiedienstleistung: Energiedienstleistungen sind die Konkretisierung der Nutz­energie und beschreiben die Lieferung einer Dienstleistung durch den Versorger. Konk­retisierungen sind beheizte Räume, Betrieb von elektrischen Verbrauchern, Beleuch­tung, etc. [Kim12, S. 13].

2.2 Definition der Betriebszustände bei Elektrogeräten

Für die Analyse von Unterstützungssystemen für einen rationellen Energieeinsatz von elektrischen Verbrauchern ist eine einheitliche Definition ihrer Betriebszustände wich­tig. Eine einheitliche Definition und Abgrenzung der Betriebszustände „Leerlauf“, „Schein-Aus“ und „Standby“ existiert bisher noch nicht. Diese Arbeit orientiert sich an den Definitionen des Fraunhofer-ISI, welche die nachfolgende Abbildung zeigt [BBC00-ol, S. 7ff.].

Abbildung 2-1: Definition der Betriebszustände bei Elektrogeräten nach Fraunho-

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: [BBB00-ol]

Nach dieser Definition fällt unter den „Leerlaufbetrieb“ jeder Betriebszustand eines Elektrogerätes, bei dem es seine Hauptaufgabe nicht verübt und noch nicht ausgeschal­tet ist. Es wird also noch Energie verbraucht.

Im „Scheinausbetrieb“ erfüllt das Gerät keine Funktion und scheint ausgeschaltet zu sein, es verbraucht aber dennoch Energie.

Während des „Standby-Betriebs“ befindet sich das Gerät in Bereitschaft, d. h., es geht nicht seiner Hauptfunktion nach und wartet bei vermindertem Energieverbrauch auf eine Aufgabe bzw. vollständige Inbetriebnahme.

2.3 Anforderungen an die Unterstützungssysteme

Rationeller Energieeinsatz: Die in dieser Arbeit vorgestellten Unterstützungssysteme sollen für einen rationellen Energieeinsatz in privaten Haushalten ausgelegt sein, d. h. ihr Nutzen (Energieeinsparungen) steht in einem guten Verhältnis zum Aufwand.

Geringe Anschaffungskosten: Der Fokus dieser Arbeit liegt auf kleinen (autonomen) Unterstützungssystemen, die in ihrer Anschaffung überwiegend im unteren dreistelli­gen Preissegment liegen.

Investitionscharakter: Das Energiesparpotenzial der Unterstützungssysteme lässt sich mit monetären Größen beschreiben und kann mit den Anschaffungskosten verrechnet werden, sodass sich eine Amortisationszeit bestimmen lässt. Die Systeme besitzen so­mit Investitionscharakter.

Verwendung im Wohnbereich: Die Arbeit fokussiert sich ausschließlich auf Systeme, die Privathaushalte bei Energiedienstleistungen im Wohnbereich unterstützen. Der Be­reich Verkehr privater Haushalte wird im Rahmen dieser Arbeit nicht betrachtet.

Kein Geräteaustausch: Unter die in dieser Arbeit betrachteten Systeme fällt nicht der Austausch eines Gerätes durch ein energieeffizienteres Neugerät. Vielmehr sollen die Systeme helfen, bereits zum Haushalt gehörende Geräte energieeffizienter zu betreiben.

Geringer Installationsaufwand: Die Systeme erfordern einen geringen Aufwand in ihrer Installation bzw. bis zu ihrer Inbetriebnahme.

Unverändertes Nutzungsverhalten: Das Nutzungsverhalten der Haushalte soll durch den Einsatz der Unterstützungssysteme möglichst unverändert und ohne einen Kom­fortverlust bleiben, d. h., es soll nicht auf bestimmte Energiedienstleistungen verzichtet werden um Energie zu sparen. Vielmehr sollen Möglichkeiten vorgestellt werden, die eingesetzte Energie bei unverändertem Nutzungsverhalten rationeller zu verbrauchen.

2.4 Annahmen an die Wirtschaftlichkeitsrechnung

Die Unterstützungssysteme sollen in Kapitel fünf hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit auf folgende Größen untersucht werden.

Energieeinsparung: Die absolute Energiemenge in Kilowattstunden, die durch den Einsatz eines Unterstützungssystems innerhalb eines Jahres eingespart werden kann.

Kostenersparnis: Die jährliche Energieeinsparung als monetäre Größe dargestellt und in Euro quantifiziert.

Für die Berechnung der Kostenersparnis wird von folgenden Energiepreisen für die pri­vaten Haushalte ausgegangen:

Strompreis: 28,5 Cent pro Kilowattstunde.

Erdgaspreis: Sieben Cent pro Kilowattstunde.

Anschaffungspreis: Der Preis in Euro, der für die einmalige Anschaffung eines Unter­stützungssystems ausgegeben werden muss. Anschluss- bzw. Einbaukosten werden da­bei der Einfachheit halber nicht berücksichtigt.

Amortisationsdauer: Die Zeitdauer in Jahren, in der der Anschaffungspreis vollständig aus den durch den Einsatz eines Unterstützungssystems erzielten jährlichen Kostener­sparnissen zurückgeflossen ist.

Im Zweifelsfall soll bei der Wirtschaftlichkeitsrechnung stets das Vorsichtsprinzip angewendet werden, d. h. Einsparungen werden niedrig angesetzt, Preise und Kosten werden hoch angesetzt.

3 Die privaten Haushalte aus energetischer Sicht

In diesem Kapitel sollen die einleitend formulierten Hypothesen bezüglich des energie­effizienten Bewusstseins sowie Einflussfaktoren auf den Energieverbrauch der privaten Haushalte (PHH) im Detail analysiert werden. Dadurch soll die Notwendigkeit des Ein­satzes kleiner (autonomer) Unterstützungssysteme für einen rationellen Energieeinsatz in den PHH untermauert werden. Des Weiteren sollen Energie verbrauchende Anwen­dungsbereiche der Haushalte detektiert werden, woraus sich Anwendungsfelder für die Unterstützungssysteme herleiten lassen.

3.1 Entwicklung des Energieverbrauchs

Die Energiedienstleistungen für die privaten Haushalte verbrauchten im Jahr 2011 in Deutschland ca. 609 Mrd. kWh Energie . Das entspricht in etwa einem Viertel des ge­samten Endenergieverbrauchs in Deutschland (26,3 %). Somit lag der Pro-Kopf­Endenergieverbrauch der 40,4 Mio. deutschen Haushalte im Jahr 2011 bei 15.086 kWh [BMWB-ol].1

Nach einer Pressemitteilung des Statistischen Bundesamtes konnte der Verbrauch von Haushaltsenergie (temperaturbereinigt) von 2005 bis 2011 um ca. ein Zehntel redu­ziert werden, im Vergleich zu 2000 sogar um 17,7 % [DSB12-ol].

In Abbildung 3-1 wird der Energieverbrauch nach Anwendungsbereichen der privaten Haushalte dargestellt. Der Energieverbrauch der Haushalte wird dominiert von dem Verwendungszweck Heizen. So entfallen auf den Anwendungsbereich Raumwärme fast zwei Drittel des Energieverbrauchs und ca. 16% auf die Warmwasseraufbereitung. Elektrogeräte und Beleuchtung verbrauchen einen Anteil von etwa 18 % der Energie­dienstleistungen der Haushalte und weisen einen weiteren Verbrauchsschwerpunkt auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3-1: Endenergieverbrauch der privaten Haushalte nach Anwendungsbereichen 0,6%

Quelle: eigene Darstellung auf Basis von [BMW13-ol]

Während der Anteil am Energieverbrauch für Raumwärme in den letzten Jahren trotz gegenläufiger demografischer Faktoren stark reduziert werden konnte (um 19,9 % ge­genüber 2005), ist der Stromverbrauch insbesondere im Bereich der Kommunikations­und Informationstechnik (IKT) gestiegen (vgl. Abbildung 3-2). Dies ist vorrangig einer gestiegenen Ausstattung mit Elektrogeräten geschuldet. Der Stromverbrauch der Haus­halte im Jahr 2011 betrug 147,6 Mrd. kWh. Das entspricht 26,6 % des gesamten End­energieverbrauchs und einem Anstieg von ca. 20 % gegenüber 1990. Seit 2005 ist der gesamte Stromverbrauch in etwa stagnierend [BMW13ol, Tabelle 21].

Eine Aufschlüsselung des Stromverbrauchs der PHH nach Anwendungsbereichen für die Jahre 1996 und 2012 zeigt Abbildung 3-2. Deutlich wird der enorme Anteilszu­wachs der „braunen Ware“ am gesamten Stromverbrauch. 1996 lag der Verbrauchsan­teil von Unterhaltungs- und IKT-Geräten bei 6,7 %, während 2012 fast ein Viertel (24,6 %) des Stromverbrauchs auf diese Elektrogeräte entfällt. Der Stromverbrauch der IKT- Geräte hat sich somit vom kleinsten Anteil der dargestellten Anwendungsbereiche zum mit Abstand verbrauchsintensivsten Bereich gewandelt [HEA13-ol].

TV, Audio, Büro

- Beleuchtung
- Waschen, Trocknen, Spülen
- Kühlen, Gefrieren
- Kochen
- Warmwasser
- Sonstige

Quelle: eigene Darstellung auf Basis von [HEA13-ol]

Viele Elektrogeräte verbrauchen jedoch auch dann Strom, wenn sie ihrer Hauptaufgabe nicht nachgehen und sogar dann noch, wenn der Verbraucher glaubt, sie ausgeschaltet zu haben. Nach einer Studie der Deutschen Energie-Agentur (dena) sind diese sog. „Standby-Verluste “ von Elektrogeräten für mindestens 11% des Stromverbrauchs in deutschen Privathaushalten verantwortlich [FIS-ol, S. 3]. Die in Deutschland durch un­nötige Leerlaufverluste verursachten Kosten betragen jährlich eine Größenordnung von über vier Milliarden Euro [UBA13-ol].

3.2 Entwicklung der Energiepreise

„Private Haushalte in Deutschland gaben 2011 insgesamt rund 108 Mrd. Euro für Energie aus - etwa 25 Mrd. Euro mehr als noch zehn Jahre zuvor.3“

Die Deutsche Energie-Agentur (dena) verwendet eine Definition, in der der Betriebszustand „Standby“ eher dem hier definierten „Leerlaufbetrieb“ entspricht.

Deutsche Energie-Agentur (dena), Daten vgl. [BMW13-ol, Tabelle 28]

Es hat sich gezeigt, dass die Energiepreise einen Einflussfaktor für den Energiever­brauch der privaten Haushalte bilden [Eng11, S. 43 ff.].

Ausgewählte Verbraucherpreise für die Energieträger Heizöl, Erdgas und Strom sind in Tabelle 3-1 dargestellt. Seit 1991 sind die Energiepreise mit Ausnahme des Zeitraums der Weltwirtschaftskrise von 2008/2009 fast kontinuierlich gestiegen. Gegenüber 1991 legte der Preis für 100 Liter Heizöl (leicht) 2012 um 236 % zu, gegenüber 2005 um ca. zwei Drittel und beträgt heute ca. 89 €/100 l. Die Preise für Erdgas haben sich 2012 seit 1991 in etwa verdoppelt (+98 %), Strom kostete 2012 ca. 74 % mehr als 2012 und 41 % mehr als noch 2005. So kostete eine Kilowattstunde Erdgas 2012 knapp sieben Cent, Strom kostete 25,76 Cent/kWh.

Tabelle 3-1: Ausgewählte Verbraucherpreise von Energieträgern für die privaten Haushalte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: eigene Darstellung auf Basis von [BMW13-ol, Tabelle 26]

Für die Haushalte verursacht dies jährliche Energiekosten für Wohnen in Höhe von 1.471 €. Das entspricht einem Anteil von 7,6 % an den privaten Konsumausgaben der Haushalte. Zum Vergleich: Im Jahr 2000 lagen die Jahresausgaben für Wohnenergie noch bei etwa 1.000 € [BMW13-ol, Tabelle 28].

Die steigenden Energiepreise erhöhen die Nachfrage nach energiesparenden Unterstüt­zungssystemen in privaten Haushalten und rechtfertigen ihren Investitionscharakter.

3.3 Soziodemografische Faktoren

Verschärfend für den Energieverbrauch der Haushalte ist auch der Wandel bei den so- ziodemografischen Faktoren für Haushalte in Deutschland.4 Während sich die Gesamt­bevölkerung in Deutschland zukünftig verringern wird, nimmt die Anzahl an Haushal-

Für eine ausführlichere Analyse siehe Englert, A.: „Soziodemographische Einflussfaktoren des Energiebedarfs privater Haushalte“. Diplomarbeit NEK-DP-181,2011 ten sowie der Wohnungsbestand und die Wohnfläche kontinuierlich zu. Im Zeitraum von 1991 bis 2011 stieg die Anzahl an Haushalten in der Bundesrepublik um fast 15 % auf 40,4 Mio., mit steigender Tendenz [BMW13ol, Tabelle 1]. Der Trend geht hin zu einer abnehmenden Personenzahl pro Haushalt und insbesondere immer mehr Single­haushalten - Faktoren, die einen steigenden Pro-Kopf-Energieverbrauch begünstigen. Für das Jahr 2030 prognostiziert das Statistische Bundesamt, dass mehr als 43 % der Haushalte durch Singlehaushalte gebildet werden [BPB12-ol]. Abbildung 3-3 zeigt die Entwicklung soziografischer Rahmendaten für die Energieversorgung seit 2000 (Index = 100). Dort fällt die zunehmende Diskrepanz der abnehmenden Wohnbevölkerung und der stark zunehmenden Anzahl an Singlehaushalten auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: eigene Berechnung und Darstellung auf Basis von [BMW13ol]

3.4 Umweltbewusstsein und Akzeptanz für energieeffiziente Pro­dukte

Laut einer repräsentativen Bevölkerungsumfrage des BMU5 und des UBA6 zum Um­weltbewusstsein in Deutschland 2012 nimmt das Thema Umweltschutz unmittelbar nach der Wirtschafts- und Finanzpolitik das wichtigste politische Aufgabenfeld ein.

UBA: Umweltbundesamt

BMU: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit

Doch die Ergebnisse der Studie zeigen auch, dass die Umsetzung energieeffizienter Maßnahmen den Bürgern zunehmend schwerer fällt. Immerhin 74 % der Befragten ga­ben an, nicht benötigte Geräte und Lichtquellen abzuschalten. Doch bei der letzten Er­hebung (2010) waren es noch 83 %. So ging auch die Bereitschaft energieeffiziente Produkte zu kaufen von 65 % in 2010 auf 52 % in 2012 zurück [BMU13-ol].

Eine Ausnahme davon ist die zunehmende Nachfrage an energiesparenden Elektrogerä­ten: 2012 gaben 58 % der Befragten an, bei der Anschaffung größerer Elektrogeräte (Haushaltsgeräte und Unterhaltungselektronik) auf den Energieverbrauch zu achten. Und in der Studie von 2010 sagten 71 %, dass sie bereit sind einen höheren Anschaf­fungspreis für Geräte zu zahlen, wenn dadurch langfristig ihre Strompreise gesenkt werden können. Einen Aufpreis von mehr als 10 % für klimaverträgliche Geräte würden jedoch nur 10 % bezahlen, 49 % würden dafür gar keinen Aufpreis bezahlen [BMU13- ol], [BMU10-ol, S. 83 ff.].

3.5 Zusammenfassung

Der Energieverbrauch der privaten Haushalte wird von dem Anwendungsbereich Hei­zen dominiert, ca. zwei Drittel der Endenergie entfallen auf Raumwärme. Hier konnte der Energieverbrauch in den letzten Jahren stark reduziert werden und es bietet sich ein nach wie vor großes (absolutes) Einsparpotenzial. Der Bereich Strom hat einen Anteil von etwa einem Viertel des Endenergieverbrauchs der PHH. Hier ist der Energiever­brauch in den letzten Jahren stagnierend, gegenüber 1990 sogar steigend, was auf eine zunehmende Ausstattung mit Haushaltsgeräten, insbesondere der „braunen Ware“, zu­rückzuführen ist. Neben beinahe kontinuierlich steigenden Energiepreisen erhöhen auch der demografische Wandel und der Trend zu Einpersonenhaushalten die Notwendigkeit eines rationellen Energieeinsatzes. So ist Umweltpolitik den Bürgern heute wichtig, aber die eigene Umsetzung fällt ihnen zunehmend schwerer.

4 Systematisierung von Energiedienstleistungen

In diesem Kapitel erfolgt eine Analyse der energieverbrauchenden Anwendungsberei­che bzw. Energiedienstleistungen der privaten Haushalte. Im vorherigen Kapitel wurde bereits die Energieverbrauchsstruktur der privaten Haushalte analysiert. Als Ergebnis wurden energieverbrauchende Anwendungsbereiche detektiert. Um potenzielle Anwen­dungsfelder für energiesparende Unterstützungssysteme zu finden, ist es wichtig, in einer tiefergehenden Analyse die heute konventionellen Energiedienstleistungen, wel­che in den Haushalten anfallen, zu untersuchen und zu systematisieren. Bei der Syste­matisierung soll untersucht werden, ob eine Energiedienstleistung in Abhängigkeit von der Anwesenheit der Bewohner und von Umweltparametern anfällt und wie sie rational gesteuert werden kann (Ereignissteuerung und/oder Zeitsteuerung).

4.1 Raumwärme

Wie sich in Kapitel 3.1 herausgestellt hat, wird der Energieverbrauch der Haushalte durch den Anwendungsbereich Raumwärme dominiert. Somit bietet dieser Bereich ein großes (absolutes) Energiesparpotenzial.

Die Heizungsanlage verbraucht während der gesamten (Jahres-) Heizphase, in Deutsch­land ca. 230 Tage , ein Grundlevel an Energie, da die Räume nicht auskühlen dürfen. Kalte Wände können bei Minusgraden bzw. Frost zu Rohrbrüchen führen und be­schleunigen die Schimmelbildung. Das Halten eines Grundniveaus an Raumwärme ist während der Heizperiode von der Anwesenheit der Bewohner unabhängig und somit nicht abschaltbar. Der spezifische Raumwärmebedarf hängt in hohem Maße von der Außentemperatur ab und sollte abhängig von diesem Umweltparameter gesteuert bzw. geregelt werden.

Im Bereich der Heiztechnik ergeben sich Energieeinsparungen in erster Linie durch das Vermeiden nicht benötigter, überflüssiger Wärmeenergie. Eine weit verbreitete Faust­formel bringt es auf den Punkt:

„Eine Absenkung der Raumtemperatur um 1 Kelvin
spart etwa 6 % Heizenergie.“

Errechnet werden kann das Energiesparpotenzial der Heizenergie über die sog. Gradtagszahlen (GTZ). Sie bilden sich über die über alle Heiztage (Gradtage) eines Jah­res gebildete Summe der täglichen Differenz zwischen der Tagesaußentemperatur und der Raumlufttemperatur. Die Gradtagszahlen werden mit der Einheit Kelvin [K] oder nach Norm als Wärmesumme (Kelvin*Tage) [Kd] angegeben [BRU13-ol].

[LL13, S. 629]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gleichung 4-1: Berechnung der Gradtagszahlen

GTZ: Gradtagszahl [Kd]

HGT : Heizgrenztemperatur [ ° C]

HT: Heiztag bzw. Gradtag (Taußen 0 < HGT) n: Anzahl der Heiztage

Tinnen: 0-Raumlufttemperatur (Norm: 20°C) Taußen: 0-Tagesaußentemperatur

Um unnötige Heizenergie zu sparen, sollten die Heizphase und die Heiztemperatur den Nutzungsgewohnheiten und Bedürfnissen der Haushaltsmitglieder bestmöglich ange­passt werden. Konventionelle Heizungsanlagen werden über einen Außentemperatur­fühler geregelt, der die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage in Abhängigkeit seiner Messwerte misst. Diese Art der Außentemperatur-Regelung besitzt jedoch eine thermi­sche Trägheit gegenüber dem Innenbereich eines Gebäudes, dadurch dass die Gebäude gedämmt sind. Die Folge ist, dass sich eine Veränderung der Außentemperatur im In­nenbereich zeitverzögert bemerkbar macht und damit auch der tatsächlich benötigte Wärmebedarf. So muss die Raumtemperatur oft nachjustiert werden, was von den Be­wohnern erst spät bemerkt und vergessen werden kann. Ein intelligentes System, das die Außentemperaturentwicklungen vorhersagen kann bietet hierfür einen rationellen Lösungsansatz [BIN11-ol].

Eine weitere rationelle Maßnahme besteht darin, die Raumtemperatur nachts und bei Abwesenheit tagsüber abzusenken, da der Bedarf an Raumwärme in diesen Zeiträumen reduziert ist. Hierfür ist der Einsatz einer zeitgesteuerten Regelung prädestiniert. Nachts und bei Abwesenheit sollte die Temperatur auf 15-16 °C abgesenkt werden (Nachtab­senkung). In Räumen, die längere Zeit nicht bewohnt werden, reicht es aus, die Frost­schutzfunktion (ca. 8 °C) einzustellen [DAN08-ol].

[...]

Ende der Leseprobe aus 64 Seiten

Details

Titel
Kleine (autonome) Unterstützungssysteme für den rationellen Energieeinsatz in privaten Haushalten
Hochschule
Universität Paderborn  (Nachhaltige Energiekonzepte)
Note
1,3
Autor
Jahr
2014
Seiten
64
Katalognummer
V369252
ISBN (eBook)
9783668480971
ISBN (Buch)
9783668480988
Dateigröße
2061 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Energieverbrauch, Standby-Betrieb, Leerlaufbetrieb, Rationeller Energieeinsatz, private Haushalte, Stromverbrauch, Energiepreise, Energieversorgung, Heizkosten, Energiedienstleistungen, Raumwärme, Warmwasserbereitung, Klimatisierung, Lüftung, Heizungssteuerung, Thermostatventil, Waschmaschinenvorschaltgerät, Thermostatsensor, Amortisationsdauer, Wirtschaftlichkeit, Strompreise, Warmwasser
Arbeit zitieren
Sven Buser (Autor), 2014, Kleine (autonome) Unterstützungssysteme für den rationellen Energieeinsatz in privaten Haushalten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/369252

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