Erstellung von Kostenfunktionen für Querschnittstechnologien auf Basis einer quantitativen Erhebung

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Anhangsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Kurzfassung und Abstract

1 Einleitung
1.1 Motivation und Problemstellung
1.2 Zielsetzung und Aufbau

2 Grundlagen
2.1 Definition und Abgrenzung der relevanten Querschnittstechnologien
2.1.1 Einführung Beleuchtung
2.1.2 Einführung Dämmung
2.1.3 Einführung Elektromotoren
2.1.4 Einführung Pumpen
2.1.5 Einführung Ventilatoren
2.1.6 Einführung Druckluft
2.2 Definition der zentralen betriebswirtschaftlichen Begriffe Kosten und Investitionen
2.3 Stand der Forschung in bestehenden Kostenfunktionen und Datenbanken
zu Querschnittstechnologien

3 Methodik
3.1 Auswahl der relevanten Untersuchungseinheiten
3.2 Bestimmung der Kostenfunktionen in einer modularen Anschaffungskostenstruktur
3.3 Grundlagen zur Datenerhebung
3.4 Mathematische und statistische Grundlagen der Datenauswertung
3.4.1 Qualitative Beschreibung der Funktionen
3.4.2 Annährung der Funktionen durch eine Regressionsanalyse

4 Ergebnisse
4.1 Beleuchtung
4.1.1 Untersuchungseinheiten
4.1.2 Kostenfunktionen
4.1.3 Einordnung der Ergebnisse
4.2 Dämmung
4.2.1 Untersuchungseinheiten
4.2.2 Kostenfunktionen
4.2.3 Einordnung der Ergebnisse
4.3 Elektromotoren
4.3.1 Untersuchungseinheiten
4.3.2 Kostenfunktionen
4.3.3 Einordnung der Ergebnisse
4.4 Pumpen
4.4.1 Untersuchungseinheiten
4.4.2 Kostenfunktionen
4.4.3 Einordnung der Ergebnisse
4.5 Ventilatoren
4.5.1 Untersuchungseinheiten
4.5.2 Kostenfunktionen
4.5.3 Einordnung der Ergebnisse
4.6 Druckluft
4.6.1 Untersuchungseinheiten
4.6.2 Kostenfunktionen
4.6.3 Einordnung der Ergebnisse

5 Diskussion der Ergebnisse und Ausblick

Literaturverzeichnis

Anhang

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2.1: Stromverbrauch in der deutschen Industrie

Abbildung 3.1: Aufbau einer modularen Kostenstruktur

Abbildung 3.2: Beherrschung der Komplexität bei Maximierung der Aussagekraft

Abbildung 3.3: Media Richness Theory

Abbildung 3.4: Erhebungsumfang

Abbildung 4.1: Lichtausbeute unterschiedlicher Lichtquellen

Abbildung 4.2: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Röhren am VVG (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.3: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Röhren am EVG (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.4: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu T5-Leuchtstoffröhren (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.5: Kostenfunktion für Anschaffungspreise zu LED-Panel (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.6: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Feuchtraumwannen
(s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.7: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Pendelleuchten (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.8: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Hallenstrahlern (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.9: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Flutern (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.10: Anwendungsbereiche von Dämmstoffen

Abbildung 4.11: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Mineralwollrohrschalen für dünne Rohre (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.12: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Mineralwollschalen für dicke Rohre, ein- und zweilagig (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.13: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Drahtnetzmatten ein- und zweilagig (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.14: Kostenkurven für Anschaffungspreise von FEF-Rohrschläuchen
(s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.15: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu FEF-Platten, ein- und zweilagig (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.16: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu IE2-Asynchronmotoren
(s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.17: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu IE3-Asynchronmotoren

Abbildung 4.18: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu IE4-Asynchronmotoren

Abbildung 4.19: Vergleich der Kostenkurven zu Anschaffungspreisen
unterschiedlicher Wirkungsgradklassen von Asynchronmotoren

Abbildung 4.20: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Frequenzumrichtern (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.21: Kostenkurve für Kosten der Neubewicklung

Abbildung 4.22: Kostenkurven für Anschaffungspreise von Normpumpen mit freiem Wellende (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.23: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Normpumpenaggregaten mit Motor (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.24: Kostenkurve für Anschaffungspreise für Blockpumpen in Abhängigkeit von der Förderhöhe (s. o.) Zusammensetzung von Anschaffungskosten
(s. u.)

Abbildung 4.25: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Inlineblockpumpen (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.26: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Plungerpumpen (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.27: Kostenkurve für Anschaffungspreise von Membrandosierpumpen
(s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.28: Kostenkurven für Anschaffungspreise zu Axialventilatoren (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.29: Kostenkurven für Anschaffungspreise zu Radialventilatoren (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.30: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Dachventilatoren (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.31: Einsatzbereiche von Drucklufterzeugern

Abbildung 4.32: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu mobilen
Kolbenkompressoren (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.33: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Nachverdichtern (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.34: Kostenkurve für Anschaffungspreise von Schraubenkompressoren
(s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.35: Kostenkurve für Anschaffungspreise von Turbokompressoren (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.36: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Druckluftbehältern (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.37: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Kältetrocknern (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Abbildung 4.38: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu Wärmetauschern (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2.1: Übersicht zur Eingrenzung von Querschnittstechnologien

Tabelle 2.2: Übersicht der Investitionsmethoden

Tabelle 3.1: Aufbau der Anschaffungskosten

Tabelle 3.2: Formen der Befragung

Tabelle 3.3: Funktionstypen

Tabelle 4.1: Untersuchungseinheiten der Beleuchtung

Tabelle 4.2: Kostenfunktionen für LED-Röhren

Tabelle 4.3: Kostenfunktionen für T5-Leuchtstoffröhren

Tabelle 4.4: Kostenfunktionen für LED-Panel

Tabelle 4.5: Kostenfunktionen für LED-Feuchtraumwannen

Tabelle 4.6: Kostenfunktionen für LED-Pendelleuchten

Tabelle 4.7: Kostenfunktionen für LED-Hallenstrahler

Tabelle 4.8: Kostenfunktionen für LED-Fluter

Tabelle 4.9: Untersuchungseinheiten der Dämmung

Tabelle 4.10: Kostenfunktionen für Mineralwollschalen bei dünnen Rohren

Tabelle 4.11: Kostenfunktionen für Mineralwollschalen für dicke Rohre

Tabelle 4.12: Kostenfunktionen für Drahtnetzmatten

Tabelle 4.13: Kostenfunktionen für FEF-Rohrschläuche

Tabelle 4.14: Kostenfunktionen für FEF-Platten

Tabelle 4.15: Anwendungsgebiete unterschiedlicher Motorarten

Tabelle 4.16: Marktanteile und Stromverbrauchs von Elektromotoren

Tabelle 4.17: Untersuchungseinheiten der Elektromotoren

Tabelle 4.18: Kostenfunktionen für IE2-Asynchronmotoren

Tabelle 4.19: Kostenfunktionen für IE3-Asynchronmotoren

Tabelle 4.20: Kostenfunktionen für IE4-Asynchronmotoren

Tabelle 4.21: Kostenfunktionen für Frequenzumrichter

Tabelle 4.22: Kostenfunktion zur Neubewicklung

Tabelle 4.23: Untersuchungseinheiten der Pumpen

Tabelle 4.24: Kostenfunktionen für Normpumpen mit freiem Wellenende

Tabelle 4.25: Kostenfunktionen für Normpumpenaggregate mit Motor

Tabelle 4.26: Kostenfunktionen für Blockpumpen

Tabelle 4.27: Kostenfunktionen für Inlineblockpumpen

Tabelle 4.28: Kostenfunktionen für Plungerpumpen

Tabelle 4.29: Kostenfunktionen für Membrandosierpumpen

Tabelle 4.30: Untersuchungseinheiten der Ventilatoren

Tabelle 4.31: Kostenfunktionen für Axialventilatoren

Tabelle 4.32: Kostenfunktionen für Radialventilatoren

Tabelle 4.33: Kostenfunktionen für Dachventilatoren

Tabelle 4.34: Untersuchungseinheiten Druckluft

Tabelle 4.35: Kostenfunktionen für mobile Kolbenkompressoren

Tabelle 4.36: Kostenfunktionen für Nachverdichter

Tabelle 4.37: Kostenfunktionen für Schraubenkompressoren

Tabelle 4.38: Kostenfunktionen für Turbokompressoren

Tabelle 4.39: Kostenfunktionen für Druckbehälter

Tabelle 4.40: Kostenfunktionen für Kältetrockner

Tabelle 4.41: Kostenfunktionen für Wärmetauscher

Anhangsverzeichnis

Anhang A: IP Schutzklassen

Anhang B: Lampenübersicht

Anhang C: Kosteneinfluss eines integrierten Ausstrahlwinkels

Anhang D: Wirtschaftliche und betriebstechnische Dämmung

Anhang E: Vergleich der IE Wirkungsgradklassen

Anhang F: Bestimmtheitsmaß bei Normpumpen mit freiem Wellenende

Anhang G: Bestimmtheitsmaß für Blockpumpen

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abstract

Um die aus der Gesellschaft, Politik und unternehmerischen Praxis entstehende Entwicklung, zu einer nachhaltigen Energieversorgung und -nutzung zu fördern, stellen Querschnittstechnologien, mit einem Anteil von über 70 % des Energieverbrauchs, einen bedeutenden Stellhebel dar. Zur techno-ökonomisch Bewertung von Querschnittstechnologien ist neben deren Energieverbrauch die erforderliche Investitionssumme von entscheidender Bedeutung. Es gibt derzeit keine umfassenden Datenbanken die Kosten für den Austausch und die Erneuerung von Querschnittstechnologien in Deutschland erfassen. Es werden deshalb, in der vorliegenden Arbeit, zu den ausgewählten Querschnittstechnologien Beleuchtung, Dämmung, Elektromotoren, Pumpen, Ventilatoren und Druckluft, leistungsabhängige Kostenfunktionen gebildet. Die Kostenfunktionen werden über eine quantitative Erhebung mit 252 Anfragen und daraus resultierenden 3.123 Anschaffungspreisen und dazugehörigen Anschaffungsnebenkosten generiert. Da Querschnittstechnologien über die gesamte Industrie benötigt werden, entsteht ein heterogenes Feld in den Anspruchsgruppen und den Querschnittstechnologien selbst. Es wird deshalb eine Auswahl der wichtigsten Anwendungsformen vorgenommen. Durch eine differenzierte und modulare Kostenstruktur, mit Anschaffungspreisen und Anschaffungsnebenkosten lassen sich die allgemeinen Kostenfunktionen individuell verwenden. Die Kostenfunktionen sind somit für eine große Zahl unterschiedlicher Anspruchsgruppen anwendbar und stellen die einzige aktuelle und umfangreiche Datenbank zu Investition in Querschnittstechnologien dar.

To promote a sustainable supply and use of energy, which society, politics and business practice increasingly claim, cross-sectional technologies with a share of more than 70 % of the total industrial energy consumption, are a major factor to consider. The technological and economical assessment of cross-sectional technologies requires the consideration of the energy consumption as well as a measurement of the initial investment. Currently, academia lacks comprehensive and up-to-date databases that include costs for the replacement and renewal of cross-sectional technologies in Germany. Therefore, the master´s dissertation at hand offers performance-related cost functions of six cross-sectional technologies namely, lighting, insulation, electric motors, pumps, fans and compressed air. These cost functions derive from 3,123 data points based on purchase price and associated incidental acquisition costs generated through a quantitative survey of 252 manufacturer requests. Since cross-sectional technologies are vital for the entire industry, they are heterogeneous in nature and have a diverse group of stakeholders - therefore, the most important types of applications for each technology are chosen. Combining a modular and differentiated cost structure, separated into purchase price and incidental acquisition costs the holistic cost functions can be individually applied. This approach facilitates the application of the cost functions for large group of stakeholders and offers the most actual and comprehensive data base for investments in cross-sectional technologies.

1 Einleitung

1.1 Motivation und Problemstellung

Zunehmende Ressourcenverknappung, Klimawandel und im Wesentlichen steigende Energiepreise führen seit den 1970er-Jahren zu einem Umdenken in der Gesellschaft. Die damit verbundenen Bestrebungen zu einer nachhaltigen Entwicklung definiert /Brundtland 1987, S. 41/ als “development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs“, sie haben sich zu einem zentralen Aspekt in der Entscheidungsfindung der Politik, Wirtschaft und Wissenschaft entwickelt /EU-Kommission 2008, S. 2f./.

Diesbezüglich haben sich unter anderem die Europäische Union und darin insbesondere Deutschland einer Eindämmung des Klimawandels durch die Vermeidung von Energieverschwendung und Verbesserung der Energieeffizienz verschrieben. Die Herausforderungen einer nachhaltigen Energieversorgung und -nutzung werden von der Bundesregierung unter dem Begriff Energiewende subsummiert und streben eine möglichst vollständige Versorgung auf der Basis erneuerbarer Energien an /Krause 1986, S. 2f./; /BMWi; BMU 2010, S. 1ff./. Zur Umsetzung der Ziele einer annähernd klimaneutralen Energieversorgung wurden im Jahr 2008 die 20-20-20-Ziele und darauf aufbauend im Oktober 2014 der Europäische Klima- und Energierahmen 2030 beschlossen /BMWi 2016, S. 1/.^[1] Dabei wurden EU-interne Minderungen der Treibhausgasemissionen um mindesten 40 % gegenüber 1990, ein Energieeffizienzziel von mindestens 27 %^[2] Energieeinsparung und eine Steigerung des Anteils an erneuerbaren Energien von 27 % für 2030 beschlossen /Capros, Papadopoulos 2014, S. 1f./; /EU-Kommission 2014, S. 1ff./; /BMWi 2016, S. 2f./.

Neben der gesellschaftlichen und politischen Verantwortung konstatiert /Bauernhansl et al. 2014, S. 15/ eine essentielle unternehmerische Bedeutung einer „kosten- und ressourceneffizienten Erzeugung von Gütern und Dienstleistungen […] um sich wettbewerbsfähig am Markt zu positionieren und zukunftsorientiert zu wirtschaften“. Die Herausforderung zur praktischen Umsetzung der normativen Vorgaben und betriebswirtschaftlichen Zielsetzungen kann durch eine Vielzahl unterschiedlichster Ansatzpunkte wie beispielsweise eine Liberalisierung der Energiemärkte, staatliche Fördermaßnahmen, Lastmanagement oder Energiecontracting erreicht werden /BDI 2013, S. 4f./; /bafa 2016, S. 2f./; /Blesl 2013 #76:320f./. Mit einem Anteil von über 70 % am Stromverbrauch der Industrie liegt ein Schlüssel zur Erreichung der Ziele in der Betrachtung und Erneuerung bestehender Querschnittstechnologien (QT) /Hesselbach 2012/; /Bauernhansl et al. 2014/; /Müller et al. 2009/; /Blesl, Kessler 2013/; /dena 2013/. Investitionen in neue und hinsichtlich der Energieeffizienz optimierte Technologien bleiben nach /Jochem, Mai, Ott 2010, S. 21/ jedoch trotz betriebswirtschaftlicher Rentabilität häufig aus.

Um die Wirtschaftlichkeit und die Rentabilität von Investitionsentscheidungen zu beurteilen, sind bei QT und deren Erneuerung aus betriebswirtschaftlicher Sicht neben den möglichen Energieeinsparungen und der Verbesserung des technischen Fortschritts die Investitionen von entscheidender Bedeutung. Die individuelle Entscheidungsfindung bei der Anbahnung und Entscheidung einer Investition vollzieht sich aus betriebswirtschaftlicher Sicht in zwei Schritten /Geilhausen et al. 2015, S. 235/; /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I3 und I6/; /Jochem, Mai, Ott 2010, S. 21/. Im ersten Schritt werden für das Energiesystem Lösungsmöglichkeiten gesucht und bewertet, im zweiten werden die Alternativen einer detaillierten und konkreten Planung unterzogen und validiert. Auf der Basis dieser Ergebnisse wird eine Investitionsentscheidung getroffen. Insbesondere im ersten Schritt ist es notwendig, unter geringem zeitlichem Aufwand zu belastbaren Zahlen bezüglich der Investitionen der benötigten Technologien und Apparate zu gelangen. In der unternehmerischen Praxis können zur ersten Einordnung Richtpreise verwendet werden, welche direkt bei den Anbietern eingeholt oder durch Literaturauswertung erstellt werden /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I3/. Nach /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I3/ sind sowohl die Richtpreisbestimmung als auch die Literaturauswertung mit einem hohen Zeitaufwand und damit hohen Kosten verbunden. /Mai et al. 2014, S. 270/ erklärt und quantifiziert die Erhebungskosten durch die Transaktionskostentheorie, bestehend aus den Transaktionskosten für die Anbahnung mit Such- und Informationskosten, der Entscheidung und der Realisierung sowie der Anpassung.^[3] Durch das häufig begrenzte Know-how der Unternehmen in QT liegen die Transaktionskosten von 1,7 bis hin zu über 200 % der Investitionssumme. Dabei nehmen die von starker Unsicherheit und geringer Häufigkeit geprägten Phasen der Anbahnung und Entscheidung 77 % der Kosten ein, während die Realisierung und Anpassung mit lediglich 33 % bemessen werden /Mai et al. 2014, S. 273/. Die aufwendige und mit Unsicherheit verbundene Bewertung einer Erneuerung des Energiesystems kann damit kostenintensiver sein als die eigentliche Umsetzung der Maßnahme selbst. Zusammengefasst bleiben damit möglicherweise rentable Investitionen in aktuelle und energieoptimierte QT aufgrund eines Mangels an Know-how und der Transaktionskosten in der Informationsbeschaffung aus.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit genau dieser mehrdimensionalen Problematik der Informationsbeschaffung.

1.2 Zielsetzung und Aufbau

Um die Probleme der Datenerhebung und Bewertung im Zuge von Investitionsentscheidungen zu minimieren, werden in dieser Arbeit durch eine quantitative Erhebung empirisch gesicherte, leistungsabhängige Kostenfunktionen zu ausgewählten QT gebildet. Um den bestehenden Informationsdefiziten Rechnung zu tragen, liegt der Fokus auf den vollständigen Anschaffungskosten von Investitionen in QT. Damit geht die Arbeit durch die zusätzliche Integration von Montage- und Inbetriebnahmekosten über den Umfang bereits vorliegender Arbeiten hinaus/Markewitz, Stein 2003, S. 1ff./; /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. 1ff./; /topmotors 2014b, S. 1/. Eine Berücksichtigung der weiteren, nutzungsabhängigen Lebenszykluskosten findet nicht statt. Diese leistungsabhängigen Kostenfunktionen ermöglichen es den Entscheidungsträgern, aus einer Vielzahl unterschiedlicher betriebswirtschaftlicher und politischer Anwendungsbereichen eine transparente und nachvollziehbare Abschätzung der zu erwartenden Investitionen in QT durchzuführen /Markewitz, Stein 2003, S. 1/; /Friedl 2007, S. 1/.

Daraus ergibt sich die zentrale Forschungsfrage der vorliegenden Arbeit:

Mit welchen Anschaffungskosten für den Ersatz ausgewählter Querschnitts­technologien ist zum jetzigen Zeitpunkt (Stand 2016) für Investitionen in Deutschland zu rechnen?

Zu ihrer Beantwortung gliedert sich die Arbeit wie folgt: Im Kapitel 2 werden zunächst die Grundlagen zur Definition von QT im Allgemeinen gelegt, es werden die für die Arbeit relevanten Komponenten der Beleuchtung, Dämmung, Elektromotoren, Pumpen, Ventilatoren und Druckluft grundlegend beschrieben und die betriebswirtschaftlichen Begriffe Kosten und Investitionen definiert. Gleichzeitig erfolgt eine überblicksartige Darstellung des Forschungsstandes anhand bestehender Datenbanken und Arbeiten.

Die im Kapitel 3 dargestellte Methodik beschreibt die Vorgehensweise zur Auswahl der relevanten Untersuchungseinheiten je QT. Darauf aufbauend wird die Bestimmung der Kostenfunktionen, deren Modularisierung und die dazu notwendige Datenerhebung und ‑auswertung erläutert.

Das Kapitel 4 umfasst die durch die Anwendung der Methodik erzielten Ergebnisse. Hierzu erfolgt für jede QT die inhaltliche Auswahl der Untersuchungseinheiten und, dem Fokus der Arbeit folgend, die Darstellung der generierten Kostenfunktionen. Anschließend werden die Ergebnisse in den bestehenden Forschungskontext eingeordnet.

Abschließend erfolgt im Kapitel 5 die Diskussion der Ergebnisse unter Berücksichtigung von Implikationen, Limitationen und Möglichkeiten weiterführender Forschungsansätze.

2 Grundlagen

Im Folgenden werden die zentralen Begriffe der QT und die für die Erhebung ausgewählten QT diskutiert und definiert. Ferner wird ein grundlegendes Verständnis zur Abgrenzung der Begriffe Kosten und Investitionen vermittelt. Abschließend wird der Forschungsstand anhand der bestehenden Datenbanken zu Kostenfunktionen für QT dargestellt.

2.1 Definition und Abgrenzung der relevanten Querschnittstechnologien

Die Energieeinsparpotenziale in der deutschen Industrie verteilen sich auf eine Vielzahl von Techniken und Prozessen. Zur Strukturierung der Energieeffizienzpotenziale wird dabei im Allgemeinen nach Prozesstechnologien und QT unterschieden /Fleiter 2013, S. 21/. Prozesstechnologien sind spezifisch für einen Sektor, ein Produkt oder ein Produktionsverfahren, QT hingegen enthalten nach /Fleiter 2013/ „… ausschließlich Techniken, die über die Grenzen verschiedener Branchen und Verfahren eingesetzt werden“ /Fleiter 2013, S. 21/. /Behrendt, Erdmann 2010/ definiert QT hinsichtlich ihrer Reichweite spezifischer als „Technologien, deren Anwendungsgebiet sich nicht auf eine bestimmte Industrie beschränkt, sondern die über alle Branchen hinweg Verwendung finden“ /Behrendt, Erdmann 2010, S. 20/. Die Gemeinsamkeit und damit das Hauptaugenmerk sind eine breite Verwendung der QT über möglichst viele Industriesektoren. Weitere konstitutive Merkmale sind nach /Müller et al. 2009, S. 297/ die Funktion der Realisierung von Hilfsprozessen und des branchenunabhängigen Bestandteils von branchespezifischen Anwendungen.

Das konstitutive Merkmal des breiten Anwendungsfeldes für QT erschwert die Auswahl der für diese Arbeit relevanten QT. In der Literatur herrscht hier ebenfalls kein einheitliches Verständnis (siehe Tabelle 2.1), weshalb die relevanten QT über einen Literaturvergleich ermittelt werden.

Tabelle 2.1: Übersicht zur Eingrenzung von Querschnittstechnologien

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung

Um einen repräsentativen Charakter zu erzeugen, der einem breiten Anwendungsgebiet gerecht wird, werden die in der Literatur am häufigsten genannten Technologien als Betrachtungsobjekte ausgewählt (siehe Tabelle 2.1). Diese sind die Beleuchtung, Elektromotoren, Pumpen, Ventilatoren und die Druckluft. Darüber hinaus wird das übergreifende Instrument der Wärme- und Kältedämmung betrachtet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.1: Stromverbrauch in der deutschen Industrie

Quelle: Eigene Darstellung nach /Bauernhansl et al. 2014, S. 76/; /Blesl, Kessler 2013, S. 36/

Zur Erfüllung des Querschnittscharakters innerhalb der jeweiligen QT wird eine Vielzahl von Produkten und Ausführungen eingesetzt, die im Einzelnen den Querschnitts­charakter wiederum nur bedingt erfüllen. Die Technologie und Produktauswahl der QT erfordern umgesetzt durch die Methodik Kapitel 3 eine mehrdimensionale und differenzierte Betrachtung, um die relevanten Ausführungen zu definieren.

2.1.1 Einführung Beleuchtung

Nach /dena 2014b, S. 2/ ist Beleuchtung definiert als „die gesamte Lichterzeugung mithilfe einer künstlichen Lichtquelle“. Beleuchtungstechnologien sind mit Hallen-, Werkstätten-, Außen- und Bürobeleuchtung in jedem Bereich der Industrie zu finden und somit traditionelle QT. Die Berechnung und Auslegung von Beleuchtungsanlagen ist vielfältig, komplex und an zahlreiche regulatorische Vorgaben gebunden /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K10/; /EU-Kommission 2012, S. 1/. Dem wird durch eine Aufarbeitung dieser Ansprüche im Abschnitt 4.1.1 Rechnung getragen. Nach /Ulmann 2015, S. 46/ findet bei der Auslegung der Beleuchtung die Wahl der Lichtquelle bzw. der Lampe vor der Wahl der Leuchte statt und steht daher bei Energieeffizienz, Lebensdauer und Farbgestaltung im Mittelpunkt. Um die lichttechnischen Grundbegriffe bewerten und einzuordnen, ist es notwendig, die Begriffe Lampe und Leuchte zu definieren. Die jeweiligen Eigenschaften von Lampen und Leuchten, das Zusammenspiel und die daraus resultierenden Eigenschaften sind in allen Bereichen der Beleuchtungstechnik von Belang. Der Zusammenhang stellt sich wie folgt dar: „Eine Lampe ist als Leuchtmittel Teil einer Leuchte“ /dena 2014b, S. 5/. Die Lampe erzeugt durch Energieumwandlung Licht, sie kann aus mehreren Lichtquellen bestehen, und ihre Leistung ist unabhängig messbar /dena 2014b, S. 10/; /EU-Kommission 2012, S. 2/. Eine Lichtquelle ist ein Objekt oder eine Oberfläche, die sichtbares Licht aussendet. Der Lichtstrom φ einer Lampe ist die zentrale Größe der Lichttechnik, von der sich alle weiteren Größen ableiten, und stellt die Hauptvariable für die Auslegung der Beleuchtung dar. Er beschreibt „die gesamte von einer Lichtquelle abgestrahlte […] Lichtleistung“ und definiert damit die Leistungsfähigkeit einer Lichtquelle /Ulmann 2015, S. 41/; /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. 6/; /Riedel, Ringwald, Rönitzsch 2013, S. 23/. Die Lichtausbeute wird aus dem Verhältnis von abgegebenem Lichtstrom und aufgewendeter elektrischer Leistung gebildet. Sie ist ein Indikator für die Wirtschaftlichkeit und Effizienz einer Lichtquelle. Die Lichtausbeute wird in lm/W angegeben und dient der Beurteilung und Auswahl der Technologien /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. 6/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zur Abbildung der Beleuchtungsaufgaben werden im Abschnitt 4.1.1 die LED-Röhre, LED-Panels, LED-Hallenstrahler, LED-Pendelleuchten, LED-Fluter und T5-Leucht­stoff­röhren ausgewählt.^[4].

2.1.2 Einführung Dämmung

Der Terminus Dämmung subsummiert „Maßnahmen zur Verringerung der Abgabe oder der Ausbreitung von thermischer Energie […], Luft- und Körperschall, Brand und Schutz vor Feuchtigkeit durch den Einsatz von Dämmsystemen…“ /Holm 2013, S. 3/.^[5] Die Betrachtung wird im Folgenden auf die Dämmung des Wärmetransports thermischer Energie begrenzt. Dämmschichten vermindern den Wärmetransport und verzögern den Temperaturausgleich mit der Umgebung /VDI 2055 Blatt 1 2008, S. 11/. Die Gesamtheit eines Dämmsystems umfasst neben dem Dämmstoff die Ummantelung, die Dampfbremse sowie die Trag- und Stützkonstruktion /DIN 4140 2014, S. 13/. Je nach Temperatur von Medium und Außentemperatur wird die Dämmung in Wärme- und Kältedämmung unterschieden. Bei der Wärmedämmung liegt die Betriebstemperatur über der Umgebungstemperatur, und die Dämmung vermindert einen Wärmeverlust des Mediums /Helms 2007, S. 20/. Die Kältedämmung oder auch der Kälteschutz hingegen sind nach /VDI 2055 Blatt 1 2008, S. 105/ Dämmmaßnahmen an Gegenständen, die eine geringere Temperatur als die Umgebung haben. Die Ausführungen zur Dämmung sind für die Dämmung betriebstechnischer Anlagen mit Quer­schnittscharakter begrenzt, weshalb auch von technischer Dämmung gesprochen wird.

Um das thermische Verhalten und damit die Energieeffizienz von Dämmstoffen zu definieren, wird die Wärmeleitfähigkeit Lambda in W/mk eingeführt. Sie beschreibt den gesamten Wärmetransport durch das Innere eines Dämmstoffs /VDI 2055 Blatt 1 2008, S. 11/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Damit ist der erreichbare Wärmeschutz eines Dämmstoffs umso besser, je niedriger Lambda ist. Wichtig wird dieser Zusammenhang vor allem dann, wenn die Dicke der Dämmschicht baulich begrenzt ist /VDI 2055 Blatt 1 2008, S. 84f./; /Sprengard, Treml, Holm 2013, S. 17/.

Die in dieser Arbeit betrachtete technische Dämmung umfasst die Reduzierung des Wärme- und Kältetransport durch Mineralwolle und Elastomerschaum (FEF) an Rohrleitungen und darüber hinaus Apparaten, Tanks, Kessel und Kolonnen beschrieben als Behälter /DIN 4140 2014, S. 12/; /Holm 2013, S. 6/; /Rockwool 2015, S. 6/. Dabei werden Rohrleitungen als vorgefertigte Schalen in Rohrlänge und Behälter und große Rohre in m2 für Dämmflache betrachtet /Schreiner 2014, S. 4/.^[6]

2.1.3 Einführung Elektromotoren

Ein Elektromotor ist ein „Energiewandler der, die zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt“ /Weidauer 2008, S. 17/. Im Allgemeinen sind elektrische Antriebe vielgestaltig, in unterschiedlichsten Ausführungen erhältlich und in beinahe allen Industriebranchen vertreten /Bauernhansl et al. 2014, S. 82/. Sie werden zum Antrieb von Arbeitsmaschinen, wie Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren, Werkzeugmaschinen usw., eingesetzt /Schmid et al. 2003, S. 138/. Gemäß /Schenke 2014, S. 4/ werden Elektromotoren anwendungsbezogen in die drei Grundformen Gleichstrommaschine, Synchronmaschine und Asynchronmaschine (Drehstrom) eingeteilt. Das System des Elektromotors umfasst die Steuerung und Regelung, den Elektromotor und die anzutreibende Arbeitsmaschine, wobei diese ausgegrenzt wird /Schmid et al. 2003, S. 138/. Die mechanische Nennleistung in Watt wird über das erforderliche Drehmoment und Winkelgeschwindigkeit (Drehzahl) in Formel (2.3) beschrieben und definiert die Hauptvariable /Garbrecht 2008, S. 43/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Effizienz von Motoren. Er beschreibt das Verhältnis von zugeführter mechanischer Energie zu abgeführter elektrischer Energie.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Auswahl und Bewertung der im Abschnitt 4.3.1 ergibt als zentrales Betrachtungsobjekt den Drehstromasynchronmotor, im Folgenden kurz Asynchronmotor, in den Wirkungsgradklassen IE2 bis IE4 sowie dazugehörige Frequenzumrichter und Neubewicklung.^[7]

2.1.4 Einführung Pumpen

Pumpen sind Arbeitsmaschinen, die durch den Aufbau von Druckdifferenzen flüssige Medien in Rohrsystemen fördern. Sie werden in fast allen technischen Verfahren benötigt. Fluide Fördermedien sind zum Beispiel Wasser, Schlämme, Säuren, Öle oder Milchprodukte /Kraume 2012, S. 449/; /Rudolph, Wagner 2008, S. 149f./; /Schmid et al. 2003, S. 151/. Neben der Förderung dienen Pumpen auch der Dosierung, der Umwälzung, der Druckerhöhung und Entleerung sowie der Füllung unterschiedlicher Medien /Kollmar, Heller, Kohlmann 2010, S. 13/; /Schmid et al. 2003, S. 155/. Die Auslegung von Pumpen wird nach dem benötigten Volumenstrom und der damit verbundenen Druckerhöhung zur Überwindung verschiedener Höhen bestimmt. Weitere Auslegungs- und Bauformkriterien sind die Viskosität, die Temperatur und die Aggressivität des Mediums sowie Hygieneansprüche /Schlücker 2011, S. 10/. Durch das umfassende Anforderungsprofil an Pumpen ist eine große Bandbreite an Bauformen entstanden. Im Wesentlichen wird nach der Energieumsetzung und dem Förderprinzip in Verdrängungspumpen mit oszillierendem oder rotierendem Verdränger und Kreiselpumpen unterschieden /Schmid et al. 2003, S. 154/; /Rudolph, Wagner 2008, S. 147/. Beim Verdrängerprinzip wirkt der Fluiddruck auf die Kolbenfläche, und das Fluid wird durch die Verdrängung durch den Kolben übertragen. Verdrängerpumpen liefern bei variablem Gegendruck mit fester Drehzahl einen je nach Pumpentyp mehr oder weniger stark pulsierenden Volumenstrom /Grundfos 2004, S. 24/; /Rudolph, Wagner 2008, S. 151/. Dagegen wird im Strömungsprinzip der Kreiselpumpen ein kontinuierlich strömendes Fluid von einem Rotor beschleunigt /Rudolph, Wagner 2008, S. 155f./; /Schmid et al. 2003, S. 154/. 75 % der im Einsatz befindlichen Pumpen sind überdimensioniert, weshalb bereits ein einfacher Austausch des Pumpensystems wirtschaftlich sein kann /BMWi 2010, S. 13/. Pumpen bieten innerhalb der QT das höchste noch unerschlossene Potenzial /Schröter, Weißfloch, Buschak 2009, S. 8/. Das häufigste Antriebskonzept von Pumpen ist ein IEC-Normmotor /Kollmar, Heller, Kohlmann 2010, S. 40/. Der Wirkungsgrad ist ein Maß für die Effizienz von Pumpen und beschreibt das Verhältnis von zugeführter mechanischer Energie zu abgeführter Nutzenergie beziehungsweise zum Volumenstrom /Rudolph, Wagner 2008, S. 157/.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Wirkungsgrad steigt aufgrund des besseren Volumen-Oberflächenverhältnisses und der dadurch geringeren inneren Leckage und Reibung mit zunehmender Baugröße und damit zunehmendem Fördervolumen an /Eifler et al. 2009, S. 142/. Ausgewählt werden im Abschnitt 4.1.1 als Kreiselpumpen die Normpumpe als Wassernormpumpe, die Blocknorm- und Inlinepumpen sowie die Verdrängerpumpen mit Plungerpumpen und die Membrandosierpumpe.^[8]

2.1.5 Einführung Ventilatoren

Ventilatoren sind Arbeitsmaschinen zur kontinuierlichen Förderung von Gasen durch Druckdifferenzen, dabei wird die mechanische Energie mittels Laufrad an das Gas übertragen /Schlender, Klingenberg, Franke 1996, S. 5/. Bis 1,3 bar Austrittsdruck und einem Druckverhältnis von 1,1 wird von einem Ventilator, darüber von Gebläse und Verdichtern gesprochen /Rudolph, Wagner 2008, S. 149/; /dena 2010, S. 15/. In Lüftungs-, Kälte-, Klima- und Entrauchungsanlagen sind Ventilatoren das Herzstück der jeweiligen Anlage /Trox TLT 2013, S. 9/; /Jackmann 2007, S. 2/. Die zentrale Auslegungsgröße für die Leistung ist dabei der Volumenstrom in m3/h. Die Auswahl von Ventilatoren für die Anforderungen der Anlage erfolgt außerdem nach den Auslegungsgrößen Druckdifferenz, Transportaufgab e, Aufstellort und akustische Anforderungen /dena 2010, S. 16/. Ventilatoren weisen in Abhängigkeit von der Drehzahl, dem Wirkungsgrad, dem Volumenstrome und dem Differenzdruck individuelle Kennlinien auf, anhand derer sie an den geforderten Betriebspunkt angepasst werden. Die besten Kombinationen verbinden den bestmöglichen Wirkungsgrad eines Ventilators mit dem geforderten Betriebspunkt der Anlage /dena 2010, S. 15f./. Um Ventilatoren effektiv an die verschiedenen Anwendungsbereiche anzupassen, wurde eine Vielzahl an unterschiedlichen Konstruktionsvarianten entwickelt. Das Anwendungsspektrum erstreckt sich beispielsweise von 30 m³/h bei einem Tischventilator bis hin zu über 100.000 m³/h möglicher Druckdifferenzen bei Industrieanlagen /dena 2010, S. 15f./. Ventilatoren werden nach ihrer Bauart hauptsächlich in axiale und radiale Geräte unterschieden /Schlender, Klingenberg, Franke 1996, S. 10/; /Jung 1999, S. 3/; /Radgen 2002, S. 5/. Bei der axialen Bauart verläuft die Flusslinie in axialer Richtung, bei der radialen in radialer Richtung durch das Laufrad. Axiale Ventilatoren werden im Wesentlichen bei hohen Volumenströmungen mit kleinen bis mittleren Druckerhöhungen eingesetzt /Bommes, Fricke, Grundmann 2003, S. 157/. Radiale Ventilatoren sind für hohe Drehzahlen und hohe Volumenströme bei hohen Wirkungsgraden ausgelegt.

Der Wirkungsgrad eines Ventilators wird in Formel (2.6) beschrieben. Er ist keine konstante Größe, sondern in Abhängigkeit zum Betriebspunkt zu betrachten und beschreibt die aufgenommene Leistung im Verhältnis zum Volumenstrom /Carolus 2013, S. 5/:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Betrachtungsobjekte sind durch die im Abschnitt 4.5.1 gegebenen Informationen als Axialventilatoren mit und ohne Nachleitwerk, Radialventilatoren mit rückwärtsgekrümmten Laufradschaufeln, einseitig und zweiseitig saugend und Dachventilatoren definiert.^[9]

2.1.6 Einführung Druckluft

In der Drucklufttechnik „… wird die Luft als Arbeitsmedium bzw. zum Transport pneumatischer Energie verwandt“ /dena 2010, S. 7/. Nach der Druckdifferenz arbeiten Kompressoren mit einem Verhältnis größer als 3 bar. Als Arbeitsluft zum Ausführen pneumatischer Aktoren und Antriebe ist die Druckluft neben dem Strom das bedeutendste Energieübertragungsmedium in der Industrie. Die weiteren Anwendungsmöglichkeiten sind die Aktivluft als Arbeits-, Hilfs- oder Transportmedium oder die Prozessluft für beispielsweise Trocknungsprozesse oder Belüftung /dena 2010, S. 5/; /Blesl, Kessler 2013, S. 69f./.^[10] Das gesamte Druckluftsystem besteht aus Steuerung, Antrieb, Kompressor, Aufbereitung, Verteilung und Anwendung. Dabei ist der Kompressor die Arbeitsmaschine zum Verdichten von Gasen und der Hauptbestandteil des Systems /Schmid et al. 2003, S. 166/. Kompressoren können nach ihrer Bauart, der Stufenzahl oder der Schmierung und Kühlung unterschieden werden. Im Folgenden wird nach den Bauarten in Verdrängerkompressoren mit Kolben- und Rotationsverdichter und Turbokompressoren mit Radialverdichter und Axialverdichter unterschieden /Schmid et al. 2003, S. 166f./.

Der Wirkungsgrad von Druckluftanlagen sollte im Gesamtsystem betrachtet werden. In der Praxis hat sich aufgrund der unterschiedlichen Bauformen als wichtigstes energetisches Vergleichskriterium der spezifische Leistungsbedarf herausgebildet /Energieagentur NRW 2008, S. 25f./. Er beschreibt den Leistungsbedarf von Verdichtern bei der Verdichtung eines Volumenstroms vom Ansaugstutzen bis zum vollen Enddruck.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Betrachtungsobjekte der Druckluft sind gemäß Abschnitt 4.6.1 Kolbenkompressoren als mobile Ausführungen und Nachverdichter, Schraubenkompressoren und Turbokompressoren. Zusätzlich werden Druckluftbehälter, Kältetrockner und Wärmetauscher in die Betrachtung aufgenommen.^[11]

2.2 Definition der zentralen betriebswirtschaftlichen Begriffe Kosten und Investitionen

Im Folgenden werden die Grundlagen zur monetären Bewertung von QT dargelegt. In der Literatur zu Investitionsmaßnahmen, unterstützt durch Kostenfunktionen und Kostenschätzung, herrscht kein einheitliches Bild über die Verwendung der zentralen Begrifflichkeiten. Die Begriffe Investitionen, Kosten, Aufwendungen, Auszahlung, Investitionskosten und Investitionsaufwendungen werden über die unterschiedlichen Arbeiten teilweise synonym und teilweise in unterschiedlicher Bedeutung verwendet /Lühe/; /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002/. Zum einheitlichen Verständnis der Begriffe werden die verschiedenen Sichtweisen und ihr Beitrag zur Begriffsbildung und zeitgleichen -verwirrung aufgezeigt und für die vorliegende Arbeit definiert.

Kosten

Generell gibt es in der Betriebswirtschaftslehre mit dem wertmäßigen, dem pagatorischen und dem entscheidungsorientierten Kostenbegriff drei Ansätze, um Kosten, aufbauend auf dem Rechnungswesen, zu definieren. Im Rechnungswesen werden grundsätzlich vier Begriffspaare oder auch Stromgrößen unterschieden, wobei im Folgenden für die Anschaffung von Gütern jeweils die Ersteren von Relevanz sind und näher erläutert werden /Horsch 2015, S. 4/; /Haberstock, Breithecker 2002, S. 26f./; /Eberlein 2010, S. 28/:

- Auszahlung – Einzahlung
- Ausgabe – Einnahme
- Aufwand – Ertrag
- Kosten – Leistung

Aus einer strikten Sichtweise der Finanzbuchhaltung und der Kosten und Leistungsrechnung beschreiben Geld und Sachvermögen eines Unternehmens dessen Nettovermögen. Auszahlungen sind monetäre Ströme, die das Geldvermögen und somit das Nettovermögen eines Unternehmens verändern. Ausgaben beschreiben den Tausch von Geldvermögen in Sachvermögen – das Nettovermögen wird damit nicht verändert. Ein Geschäftsvorfall, der das Nettovermögen mindert, wird hingegen als Aufwand bezeichnet. Eine Übertragung der Minderung des Nettovermögens auf die kalkulatorische Ebene der Kosten und Leistungsrechnung führt zur Definition des wertmäßigen Kostenbegriffs. Betrieblich bedingte Aufwendungen werden in der Kosten- und Leistungsrechnung als Grundkosten bezeichnet. Kosten können in der Kostenrechnung weiter mit den hier nicht relevanten kalkulatorischen Anderskosten erfasst werden /Walter, Wünsche 2013, S. 16ff./.^[12] Damit ergeben sich Kosten im Sinne der wertmäßigen Kosten- und Leistungsrechnung als betrieblicher Werteverzehr von Gütern oder Dienstleistungen zur Erbringung von Absatzleistungen und erscheinen dadurch in der unternehmensinternen Bewertung und Kalkulation und nicht im eigentlichen Erwerb von Sachgütern /Haberstock, Breithecker 2002, S. 26/.

Der pagatorische und der entscheidungsorientierte Kostenbegriff bauen ebenfalls auf den Zahlungsströmen des Rechnungswesens auf, jedoch bezeichnet der pagatorische alle bei einer Beschaffung angefallenen Auszahlungen als Kosten und ist daher stark an den Anschaffungspreisen orientiert /Horsch 2015, S. 7/. Er orientiert sich somit an tatsächlichen, vergangenen Auszahlungen. Zur Bewertung und zum Vergleich von Entscheidungsalternativen wird der für diese Arbeit relevante entscheidungsorientierte Kostenbegriff nach /Riebel 1982/ herangezogen. Riebel definiert Kosten als „die mit der Entscheidung über das betrachtete Objekt ausgelösten Ausgaben“ /Riebel 1982, S. 372/. Er ermöglicht damit eine Bewertung zur Entscheidungsfindung bei Investitionsentscheidungen, welche die in dieser Arbeit erstellten Kostenfunktionen darstellen. Damit sind die Kosten nach Riebel definiert, und die Begriffe Auszahlung, Ausgabe und Aufwand gelten wie im vorhergehenden Abschnitt definiert.

Investitionen

Investitionen vereinen in der betriebswirtschaftlichen Praxis nach /Gutenberg 1952, S. 643/ „einen Geldaufwand zum Zwecke der Erweiterung oder Modernisierung der betrieblichen Anlagen“. Die Begriffe Investitionsaufwendungen und Investitionskosten werden demnach aufgrund sprachlicher Redundanz zu Investitionen gekürzt. Die Aspekte des Geldaufwandes einer Investition werden im Folgenden durch das HGB als Anschaffungskosten definiert und im Abschnitt 3.2 näher beschrieben.

Bei der Beurteilung von Investitionsentscheidungen spielt die Wahl der Methode zur Wirtschaftlichkeitsberechnung eine bedeutsame Rolle /Geilhausen et al. 2015, S. 235/. Werden Amortisationszeiten überschritten oder erwartete Renditen nicht erreicht, so führt dies aus betriebswirtschaftlicher Sicht zum Ausschluss der möglichen Entscheiddungsalternativen /Geilhausen et al. 2015, S. 235/. Grundsätzlich werden die Ansätze der Wirtschaftlichkeitsberechnung in statische und dynamische Methoden untergliedert. Eine Übersicht der Verfahren ist in Tabelle 2.2 gegeben:

Tabelle 2.2: Übersicht der Investitionsmethoden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach /Geilhausen et al. 2015, S. 236/

Der maßgebliche Unterschied der Methoden liegt im Detaillierungsgrad bei der Berechnung. Bei statischen Methoden werden Rückflüsse aus einer Investition in jährlich gleichbleibenden Durchschnittswerten ermittelt, bei dynamischen Methoden findet eine zeitliche Differenzierung der Gesamtheit der Einnahmen und Ausgaben in Verbindung mit Zins- und Zinseszinsberechnung statt. Die Wahl der Methode oder des Verfahrens zur Wirtschaftlichkeitsberechnung kann vom Entscheider frei getroffen werden /Geilhausen et al. 2015, S. 235/. Die Kostenfunktionen in dieser Arbeit haben deshalb den Anspruch, möglichst vielen Anspruchsgruppen gerecht zu werden und werden daher über die Anschaffungskosten so ermittelt, dass sie für möglichst viele Methoden der Wirtschaftlichkeitsberechnung herangezogen werden können und damit allen Entscheidungsträgern dienen (siehe Abschnitt 3.1).

2.3 Stand der Forschung in bestehenden Kostenfunktionen und Datenbanken zu Querschnittstechnologien

In Forschung und Praxis finden sich Projekte, Studien oder Geschäftsmodelle und daraus resultierende Datenbanken zur Kostenermittlung von QT. Es existieren jedoch keine ganzheitlichen, frei zugänglichen und auf aktuellem Kostenniveau basierende Datenbanken. Im Folgenden wird ein Überblick über den Stand der Forschung und die bestehenden und abgeschlossenen Projekte gegeben.

Dem IKARUS-Projekt liegt das Ziel einer Reduktion der energiebedingten CO2-Emissionen zugrunde. Der Kern dabei ist die Entwicklung einer Datenbank mit allen technisch, wirtschaftlich und ökologisch relevanten Daten für die Sektoren Primärenergie, Umwandlung, Kleinverbraucher, Haushalte, Industrie und Verkehr. Dabei werden QT in einem der neun Teilprojekte erarbeitet. Das Projekt entstand über einen Zeitraum von zehn Jahren mit Beginn im Jahr 1991. Es wurde vom damaligen Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit gefördert und von unterschiedlichen Forschungsinstituten und Universitäten erarbeitet /Markewitz, Stein 2003, S. 1ff./. Durch die veraltete Basis sind die ermittelten Kosten trotz des partiellen Versuchs, einen Ausblick bis 2020 zu geben, nicht mehr praktikabel.

Im Preisatlas werden Kostenfunktionen für die Komponenten der rationellen Energienutzung abgeleitet. Das Projekt wurde von der Stiftung Industrieforschung getragen und durch das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. Duisburg umgesetzt. Der Endbericht ist in sieben Teile untergliedert, wobei der Fokus auf der Wärme- und Kältetechnik liegt. Hierdurch entsteht ein ergänzender Charakter zu den in dieser Arbeit behandelten QT. Der Preisatlas ist auf dem Preisniveau von 2002 und somit nicht mit aktuellen Daten versehen /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. 1ff./.

Das Projekt Topmotors dient im Allgemeinen der Verminderung und Optimierung von Energieeinsparmaßnahmen bei Motoren und Antriebssystemen. Das Projekt wird von der Schweizerischen Agentur für Energieeffizienz durch Unterstützung der Energie Schweiz geleitet. Es werden Betriebsbegehungen zur individuellen und toolbasierten Kosten-/Nutzenabschätzung durchgeführt. Zur Beurteilung der Maßnahmen wurde eine Kostenkurve für Asynchronmotoren und Frequenzumrichter entwickelt. Die erhobenen Daten sind aus dem Jahr 2014 und somit auf einem weitestgehend aktuellen, schweizer Preisniveau /topmotors 2008, S. 1ff./; /topmotors 2014c, S. 1/; /topmotors 2014b, S. 1/.

ISOWTC ist eine kostenpflichtige Kalkulationssoftware für wärmetechnische Dämmung. Auf den Seiten von ISOWTC können umfangreiche Berechnungen und Auslegungen der Dämmung VDI und FIW zertifiziert durchgeführt werden. Der Stand ist stets aktuell, und die Anwendung lässt sich auf dem Computer oder mobil mit einer APP durchführen. Die Software ist allerdings durch eine Begrenzung auf wärmetechnische Dämmung und die dabei entstehenden Kosten für eine allgemeine Betrachtung der QT nur stark eingeschränkt zu nutzen /COM CAD Burghardt 2016/.

Auf den Seiten von /f:data 2016/ wird der kostenpflichtige Zugang zu einem Baupreislexikon bereitgestellt, dem monatliche aktuelle und detaillierte Preise für Bauleistungen, wie technische Dämmung und Beleuchtung, entnommen werden können. Die Preise werden durch Kostenschätzungen, Ausschreibungen und Angebotskalkulationen erhoben. Durch den kostenpflichtigen Zugang können keine weiteren Aussagen zu den Inhalten gemacht werden.

Die Darstellung bestehender Datenbanken und Forschungsarbeiten zeigt einen Bedarf an aktuellen, umfassenden und frei verfügbaren Datenbanken mit Kostenfunktionen zu QT auf. Diese Notwendigkeit bestätigt sich bei der Datenerhebung durch das Interesse der Hersteller an den Ergebnissen. Die Ergebnisse werden insbesondere bei der Beleuchtung, Neubewicklung von Motoren, Dämmung und Radialventilatoren nachgefragt.

3 Methodik

Gemäß der Problemstellung ist es das Ziel der Arbeit, Kostenfunktionen für QT zu ermitteln, die eine effektive Abschätzung der zu erwartenden Kosten für eine große Zahl unterschiedlicher Anspruchsgruppen ermöglichen. Demgegenüber steht eine hohe Komplexität und Heterogenität der Technologien und der damit verbundenen Erhebung. Es ist daher notwendig, eine Reduktion auf repräsentative Untersuchungseinheiten vorzunehmen und dabei die Kostenbetrachtung auf die zu großen Teilen von den Betrieben oder dem jeweiligen Anwendungsgebiet unabhängigen Investitionskomponenten zu begrenzen. Im Folgenden wird daher, ausgehend von den im Kapitel 2 gelegten Grundlagen, dargelegt, wie die relevanten Technologien und Produkte der QT bestimmt werden. Darauf aufbauend wird gezeigt, wie durch den Aufbau einer modularen Kostenstruktur eine Darstellung der Kostenfunktionen neutral und gleichzeitig individuell gestaltet wird. Im 3. und 4. Abschnitt werden die dafür genutzten Datenerhebungs-, Auswertungs- und Darstellungsmethoden dargelegt.

3.1 Auswahl der relevanten Untersuchungseinheiten

Innerhalb der QT gibt es eine Vielzahl von Anwendungs-, Ausführungs- und Aufbauformen. Dabei sind die jeweiligen Anwendungsformen zum Teil sehr anwendungsspezifisch und verlieren dadurch gemäß der Definition im Abschnitt 2.1 ihren Querschnittscharakter. Die Literatur bietet keine einheitliche Datengrundlage zur Abgrenzung der relevanten Technologien. Es gilt daher, diese im ersten Schritt auf die für diese Arbeit relevanten Untersuchungseinheiten einzugrenzen.

Bei der Auswahl wird ein einheitliches Vorgehen angestrebt, welches sich aufgrund der Heterogenität der QT jedoch nur bedingt durchsetzen lässt. Der Anspruch an die Untersuchungseinheiten ist die breite und möglichst energieeffiziente Anwendbarkeit über viele Industrien und Branchen hinweg. Wenn möglich werden solche Technologien und Produkte ausgewählt, die den Quer­schnittscharakter gemäß den im Abschnitt 2.1 getätigten Aussagen erfüllen und weitestgehend über die gesamte Industrie angewendet werden. Ist die jeweilige QT mit genormten oder standardisierten Produkten hinsichtlich Aufbau und Ausführung versehen, welche die Breite der Querschnittsanwendungsfelder abbilden, und hinsichtlich ihrer Energieeffizienz optimiert sind, so wird diese ausgewählt. Standards schaffen Sicherheit für die technische Beschaffung, die Interoperabilität im Anwendungsfall und in der zukünftigen Produktentwicklung und schützen die Umwelt, Verbraucher und Anlagen /VDMA; ZVEI; BITKOM 2015, S. 64/; /Vetter 2006, S. 32/. Liegt keine universelle Technologie vor, dann werden anhand der Kriterien des Querschnittscharakters und der Energieeffizienz die geeigneten Untersuchungseinheiten ausgewählt.

Hinsichtlich des Querschnittscharakters wird bewertet, inwieweit eine Technologie oder Anwendungsausführung zur Abbildung des Querschnittscharakters (siehe Abschnitt 2.1) beiträgt. Dazu werden die Anwendungsfelder, die Marktanteile und der relative Anteil am Energieverbrauch innerhalb der QT betrachtet. Hierbei können Sonderformen vorliegen, in denen die Ausführung nur für eine bestimmte Aufgabe in der QT geeignet ist, diese Ausführung jedoch im breiten Umfang benötigt wird und deshalb einen großen Beitrag für den Querschnittscharakter leistet. Beispiele hierzu sind Fluter als Lösung zur industrieweit benötigten Außenbeleuchtung oder Dachventilatoren, die eine spezielle, jedoch weit verbreite Anwendungsform der Dachentlüftung darstellen. Mittels der zweiten Dimension wird beurteilt, inwiefern die Technologien hinsichtlich ihrer Energieeffizienz als geeignet angesehen werden. Dazu werden die Effizienzkriterien gemäß den in den Abschnitten 2.1.1 bis 2.1.6 dargelegten Grundlagen herangezogen und bewertet. Die beiden Dimensionen dienen der grundsätzlichen Einordnung, Gewichtung und Eignungsbeurteilung, eine volle Erfüllung aller Beurteilungskriterien zur Eignung als relevante Untersuchungseinheit ist vor dem praktischen Hintergrund und der Heterogenität der Eigenschaften der ausgewählten QT nicht zwingend notwendig. Durch die zweidimensionale Beurteilung werden vielmehr am Markt vorhandene und am besten geeignete Anwendungen und Technologien herausgefiltert. Weiter ist eine Gewährleistung aller Daten zu allen Dimensionen in allen QT nicht gegeben. Die Beurteilungskriterien dienen somit der qualitativen Orientierung und nicht als strikte Vorgaben.

Zur Beurteilung der Technologien und Alternativen finden eine Literaturauswertung und Befragungen von Herstellern und Installateuren statt, welche die Entscheidungsfindung für die industrielle Praxis fördern. Aufgrund der Heterogenität der untersuchten QT ermöglicht das hier definierte Vorgehen die konsistente Einordnung aller QT durch ein einheitliches Vorgehen.

Aufbauend auf die Auswahl der Untersuchungseinheiten werden diese Erläutert es wird aufgezeigt welche kostenrelevanten Maßnahmen zur Umsetzung getroffen werden müssen. Die Basis der Kostenermittlung geschieht anhand der Auslegung der Untersuchungseinheiten an einer Hauptvariablen /Lühe/; /Strauch 2009/; /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002/. Eine Hauptvariable definiert nach /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I.4/ die Kapazität beziehungsweise Größe einer Anlage und wird aus den Grundlagen (siehe Abschnitt 2.1) definiert. Die jeweils definierte Hauptvariable ist dabei in der Regel ebenfalls der Haupteinflussfaktor auf die Kosten für das Produkt der Untersuchungseinheit und wird, da die Größe einer Anlage einen direkten Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat, spezifisch in EUR/Leistungseinheit bestimmt /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I.4/. Die Hauptvariable und damit auch die Kosten sind somit direkt an die Leistung beziehungsweise Größe und Auslegung einer Technologie gekoppelt. Beispiele sind die Lichtleistung in Lumen der Beleuchtung oder die mechanische Leistungsfähigkeit eines Elektromotors. Werden Produkte nach zwei Hauptvariablen ausgelegt, dann wird für die zweite Variable eine Gruppierung definiert. Innerhalb dieser Gruppen wird die Untersuchungseinheit über die Hauptvariable ausgelegt. Als Beispiel hierzu dienen der Rohrdurchmesser zur Gruppierung und die Dämmschichtdicke als Hauptvariable bei einer Rohrschalendämmung. Es werden Bereiche für dünne und dickere Rohre festgelegt, für welche die Dämmung in Abhängigkeit von der Dämmschichtdicke gebildet wird.

3.2 Bestimmung der Kostenfunktionen in einer modularen Anschaffungskostenstruktur

Aufbauend auf den Grundlagen zu Investitionen, Kosten und Investitionsmethoden werden die Anschaffungskosten gemäß /Joos-Sachse 2014, S. 134f./ und HGB §255 als das Mittel der Wahl zur Definition, Beschreibung und Erhebung der relevanten Kosten herangezogen. Anschaffungskosten sind definiert als „Aufwendungen, die geleistet werden, um einen Vermögensgegenstand zu erwerben und ihn in einen betriebsbereiten Zustand zu versetzen, soweit sie dem Vermögensgegenstand einzeln zugeordnet werden können“ (HGB §255). Die Anschaffungskosten setzen sich aus dem Anschaffungspreis und den Anschaffungsnebenkosten zusammen. Die Inhalte der Anschaffungskosten sind in Tabelle 3.1 exemplarisch gelistet.

Tabelle 3.1: Aufbau der Anschaffungskosten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach /Zwirner, Künkele, Richter 2011, S. 457ff./; /Joos-Sachse 2014, S. 134f./

Bei der Ermittlung der Kosten gilt der Grundsatz der Erfassung derer Kosten, die für den betriebsbereiten Zustand notwendig sind. Grundsätzlich werden alle Preise netto erfasst. Anschaffungspreise und -nebenkosten werden bei den Herstellern der Güter und den Monteuren direkt erfragt (siehe Abschnitt 3.3)/Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I23/. Nach dem Prinzip der Anschaffungskosten werden alle Kosten, die einem Objekt direkt zurechenbar sind, hinzugerechnet, das heißt, es werden keine Gemeinkosten berücksichtigt. Planungskosten werden also nur dann berücksichtigt, wenn sie einem Objekt direkt zurechenbar sind. Da die Kostenfunktionen als Ersatzmaßnahmen gesehen werden fließen deshalb Kosten für Halterungen, Seile oder Abdeckungen, die beim Austausch erhalten bleiben, in die Funktion ein können. Das HGB sieht zusätzliche nachträgliche Anschaffungskosten vor, die hier analog zu /Joos-Sachse 2014, S. 134/ nicht miteinfließen. Des Weiteren weist die Definition des Kostenbegriffs im Abschnitt 2.2 einen Zeitbezug zum Zeitpunkt der Ausgabe aus, der durch nachträgliche Anschaffungskosten nicht gegeben ist. Nachträgliche Anschaffungsnebenkosten fallen, chronologisch gesehen, nach der eigentlichen Ausgabe unternehmensspezifisch an und werden daher bei der Investitionssumme nicht berücksichtigt. Da es für die Beschaffung einer Untersuchungseinheit in Abhängigkeit von den Gegebenheiten unterschiedliche Zusammensetzungen hinsichtlich Produkt und Montage gibt, werden die Anschaffungskosten modular erstellt.

Anschaffungspreise gelten in dieser Arbeit inklusive der Anschaffungspreisminderungen. Die Anschaffungspreisminderungen werden zu jeder Preisanfrage erhoben. Die Listenpreise einiger QT unterliegen zwischen den Herstellern starken Schwankungen. Es ist üblich, dass die Rabattsätze je nach Kunde und Bestellvolumen voneinander abweichen. Zur Ermittlung der repräsentativen Anschaffungspreise ist es somit unerlässlich, die Rabattierung im Einzelnen zu erfragen. Technologieübergreifend betrachtet spannt sich ein Rabattrahmen von 10 bis 87 % auf. Eine Nichtberücksichtigung solcher Differenzen würde das Ergebnis verzerren und die Konsistenz der Kostenfunktionen abschwächen. Die Rabattierung wird für industrietypische Mengen und mittelgroße Kunden erfragt /topmotors 2014c/. Werden Rabattspannen angegeben, dann wird gemäß dem Vorsichtsprinzip der niedrigere Wert angesetzt. Entstehen keine Anschaffungsnebenkosten, dann entsprechen die Anschaffungspreise den Anschaffungskosten, weshalb im Folgenden auch von Kostenfunktionen für Anschaffungspreise gesprochen wird. Anschaffungspreisminderungen in Form von Förderungen werden nicht berücksichtigt.^[13]

Die Anschaffungsnebenkosten können entweder direkt bestimmt und erhoben oder über eine Zuschlagskalkulation aus der Hauptvariablen abgeleitet werden. Bei komplexen Anlagen wird in der Literatur die Zuschlagskalkulation für Anschaffungsnebenkosten empfohlen /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I.31/. Die Genauigkeit der Zuschlagskalkulation steigt zum einen mit der Genauigkeit der einzelnen Apparate- und Maschinenpreise und zum anderen mit der Anzahl der Apparate und Maschinen an. Fehler bei den Einzelpreisen haben bei entsprechend hoher Apparatezahl einen geringen Einfluss auf die Apparatepreissumme. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass der Preisfehler bei Kostenfunktionen mit wenigen Einzelteilen durch großzahlige Datenerhebungen und eine differenzierte Betrachtung der Preise minimiert werden kann. Bei einer geringen Anzahl an Anschaffungsnebenkosten oder geringen Anschaffungspreisen gegenüber den Anschaffungsnebenkosten ist eine exakte Erhebung und Berechnung der Anschaffungsnebenkosten notwendig.

Eine weitere Notwendigkeit zur differenzierten Betrachtung der Preise ist die Vermeidung systematischer Fehler. Großzahlige Datenerhebungen verbessern die Qualität der Daten durch die Vermeidung systematischer Fehler. Zufallsfehler relativieren, systematische Fehler hingegen begünstigen sich gegenseitig, weshalb eine explizite großzahlige Erhebung der Daten notwendig ist /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I.32/. Weiter ist damit gesagt, dass, je größer oder kleiner die relative Summe von Anschaffungspreisen oder Anschaffungsnebenkosten ist, desto wichtiger oder unwichtiger ist eine großzahlige Erhebung und eine damit verbundene differenzierte Darstellung. Diese Anforderung wird bei der jeweiligen Datenerhebung berücksichtigt, ist jedoch durch die Datenverfügbarkeit teilweise eingeschränkt.

Die Anschaffungsnebenkosten werden zunächst ebenfalls durch eine Ausführungsbeschreibung der Untersuchungseinheiten und der Datenerhebung bestimmt. Diese Ausführungsbeschreibungen enthalten und spezifizieren die Anforderungen für die praktische Umsetzung einer Technologie. Anschaffungsnebenkosten sind alle weiteren Faktoren, die zur Beschaffung, Umsetzung, Montage und Ausführung notwendig sind. Der Schritt der Ausführungsermittlung hat einen starken Praxisbezug, weshalb die Anschaffungsnebenkosten sowohl über die Literaturauswertung als auch über die direkte Befragung von Herstellern und Monteuren spezifiziert werden. Die zur Datenerhebung verwendeten Methoden werden in Abschnitt 3.3 näher erläutert. Je nach Betrieb und Anwendungsfall entstehen unterschiedliche Anschaffungsnebenkosten, weshalb im nächsten Schritt die Anschaffungspreise und -nebenkosten einheitlich strukturiert werden.

Basisanschaffungspreisfunktionen und dazugehörige Module

Da es für die Beschaffung eines Objekts einer QT in Abhängigkeit von den Gegebenheiten und unterschiedlichen Zusammensetzungen hinsichtlich des Untersuchungseinheit selbst, also den Anschaffungspreisen und der Montage und der Inbetriebnahme in Unternehmen, unterschiedliche Anschaffungsnebenkosten gibt, steigt entweder die Komplexität und Vielfalt der Kostenfunktionen stark an, oder es müssen starke Vereinfachungen vorgenommen werden, wodurch eine Abweichung zu den tatsächlichen Anschaffungskosten entstehen kann. Es werden deshalb für diese Arbeit die Anschaffungskosten über modular zusammensetzbare Kostenunktionen erstellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1: Aufbau einer modularen Kostenstruktur

Quelle: Eigene Darstellung

Aus den Anschaffungspreisen werden die Anschaffungspreisbasisfunktionen für eine bestimmte Untersuchungseinheit ermittelt. Zusätzlich werden bei Bedarf Module hinsichtlich des Basisproduktes ermittelt, die einen kostenseitigen Einfluss haben, sogenannte Anschaffungspreismodule. Weiter werden für die unterschiedlichen Begebenheiten und Anforderungen der Montage und Inbetriebnahme Module erhoben und in Funktionen überführt. Die Module werden, sofern sinnvoll, so ermittelt, dass sie ohne einen weiteren Aufwand durch das Einsetzen desselben Wertes der Hauptvariablen ausgegeben werden können. Die Anzahl der Module und somit der Varianten hängt gemäß den Ausführungen im vorherigen Abschnitt von deren Einfluss auf die Anschaffungskosten ab. Bei Technologien mit geringen Anschaffungspreisen und relativ hohen Kosten der Montage und Inbetriebnahme, wie beispielsweise der Dämmung oder Beleuchtung, werden die Montagekosten detailliert beschrieben und abgeleitet. Sinkt der Einfluss der Montagekosten auf die Anschaffungskosten, so werden sie weniger detailliert beschrieben und erfasst. Die so entwickelte Struktur ermöglicht es für den Anwender der Funktionen, sich gemäß dem eigenen Anspruch aus der Hauptvariable und den damit verbundenen Anschaffungskostenmodulen die Anschaffungskosten bei geringem zeitlichem Aufwand aufzubauen. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Integration solcher Module, die sich in Datenbanken und Kostenermittlungstools an einer Hauptvariablen orientieren. Außerdem ergibt sich eine klare und transparente Gliederung der Kostenstruktur.

Für die Erhebung entsteht durch die Art der Auswahl der QT und anschließenden Auswahl der relevanten Untersuchungseinheiten verbunden mit der Strukturierung der Kosten in Module die Möglichkeit, durch eine beherrschbaren Erhebungsumfang ein großes Feld abzudecken (siehe Abbildung 2.1).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.2: Beherrschung der Komplexität bei Maximierung der Aussagekraft

Quelle: Eigene Darstellung

3.3 Grundlagen zur Datenerhebung

Die Kommunikationsformen werden nach /Lamnek, Krell 2010, S. 302f./ und /Draft, Lengel 1984, S. 199ff./ analysiert und gewählt. Duffner empfiehlt die effektive Kommunikationsform in Abhängigkeit von der Komplexität der Information. Daher werden Daten, die aufgrund von Geheimhaltung oder inhaltlicher Komplexität einen hohen Informationsgehalt (Media Richness) haben, telefonisch oder im persönlichen Kontakt erfragt. Einfache Daten ohne Wissensverknüpfung werden hingegen per E-Mail kommuniziert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.3: Media Richness Theory

Quelle: Eigene Darstellung nach /Draft, Lengel 1984, S. 205/

Die Einordnung bezüglich der Form und Methodik der Kommunikation und Befragung wird aufbauend auf /Lamnek, Krell 2010, S. 302f./ in Tabelle 3.2 dargestellt:

Tabelle 3.2: Formen der Befragung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach /Lamnek, Krell 2010, S. 302f./

Die quantitative Datenerhebung beinhaltet die Anfrage zu den Preisen für alle Produkte und die dazugehörigen Anschaffungsnebenkosten und Rabatte. Sie werden direkt bei den Herstellern erfragt. Dabei hat sich durch eine geringe Rücklaufquote eine schriftliche Anfrage ohne vorherige telefonische Kontaktaufnahme als ineffizient herausgestellt. Im ersten Schritt wird deshalb das jeweilige Unternehmen telefonisch kontaktiert. Aufbauend darauf wird eine E-Mail mit den anzufragenden Daten versendet. Findet auf die erste E-Mail keine Reaktion statt, wird eine Erinnerungsmail geschrieben. Durch dieses dreistufige Vorgehen werden Rücklaufquoten von 51 bis 93 % erzielt. Einige der erhobenen Preise werden zur Minimierung des Arbeitsaufwandes der Unternehmen und der damit verbundenen Maximierung der Rücklaufquote direkt über das telefonische Interview erfragt und dokumentiert /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I23/. Zusammen mit der Befragung von Installateuren und Anlagenbauern werden 252 Unternehmen befragt. Eine Übersicht des Erhebungsumfangs für Preisanfragen ist in Abbildung 3.4 dargestellt. Insgesamt werden 3123 Datenpunkte zu Anschaffungspreisen generiert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.4: Erhebungsumfang

Quelle: Eigene Darstellung

Durch eine Zusicherung der Datensicherheit ist es möglich, sensible Preisdaten zu erhalten. Zur Erhöhung der Rücklaufquoten wird deshalb mit den Herstellern eine Geheimhaltungsklausel vereinbart.^[14] Ein weiteres Mittel zur Erhöhung der Rücklaufquote ist für jeden Anbieter die Bereitstellung der Ergebnisse zum Benchmarking seiner Produkte. Bei allen Preisanfragen wird ein Aktualitätsstandard von 2015 bis 2016 für in Deutschland ansässige Auftraggeber definiert.

Neben der quantitativen Datenerhebung finden qualitative Interviews durch Kontaktaufnahme mit Herstellern, Installateuren und Planungsbüros statt. Die qualitativen Interviews dienen der allgemeinen Anfrage zur Eignung von Technologien als QT und der Erhebung von Montage- und Inbetriebnahmekosten. Zur Maximierung des Informationsgehalts werden sie telefonisch, durch persönliche Interviews und bei Bedarf mit anschließender E-Mail durchgeführt. Die Fragestellung ist dynamisch und offen, wodurch umfangreiche und unvoreingenommene Meinungen möglich sind (siehe Tabelle 3.2). Die Daten der qualitativen Interviews werden gemäß /Döring, Bortz 2016, S. 542/ in den drei Schritten der qualitativen Inhaltsanalyse aufbereitet und verschriftlicht. Das heißt, sie werden durch Paraphrasierung, Generalisierung und Reduktion zusammengefasst und durch inhaltliche sowie typisierende Strukturierung strukturiert. Es greift hier die Geheimhaltungsklausel, weshalb alle Ergebnisse anonymisiert in die Arbeit eingehen.

Das Vorgehen und die chronologische Reihenfolge der qualitativen und quantitativen Erhebungen können sich bei Doppelkompetenz der Befragten zeitlich gesehen überschneiden.

3.4 Mathematische und statistische Grundlagen der Datenauswertung

Die Anschaffungskosten und Anschaffungsnebenkosten werden durch eine Regressionsanalyse in Kostenfunktionen übertragen und ausgewertet. Hierzu werden die in Tabelle 3.3 dargestellten Funktionstypen herangezogen. Im mathematischen Sinne sind Funktionen eindeutige Abbildungen, welche gegenseitige Abhängigkeiten verschiedener Größen beschreiben /Auer, Seitz 2010, S. 105/. Sie stellen im Folgenden die Abhängigkeit der spezifischen Kosten einer Untersuchungseinheit, also der Kosten pro Einheit der Hauptvariablen, von deren Leistung dar.

3.4.1 Qualitative Beschreibung der Funktionen

Die Auswahl der möglichen Funktionstypen wird in Tabelle 2.1 in Anlehnung an /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002/ präsentiert:

Tabelle 3.3: Funktionstypen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002/; /Auer, Seitz 2010/

Eine lineare Funktion wird auch als Polynom ersten Grades bezeichnet und beschreibt stets eine Gerade. Mit der Konstante a0 wird der Funktionswert an der Stelle x = 0 beschrieben. a1 ist die Steigung der Funktion, dabei gilt: Für a 1 > 1 ist die Funktion streng monoton steigend, für a1 < 0 streng monoton fallend. Mit a 1 = 0 ist f(x) = a 0 = konstant /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I.36/; /Auer, Seitz 2010, S. 132/. Bei Polynomfunktionen bezeichnet der Koeffizient n den Grad des Polynoms. Je höher der Grad des Polynoms, desto mehr neigen Polynome zum Schwingen. Es werden deshalb für diese Arbeit Polynome zweiten und dritten Grades betrachtet. Trotz der möglicherweise höheren Güte der Funktion bei steigendem Polynom bezüglich ihres Bestimmtheitsmaßes ist es für die Entwicklung der Kostenfunktionen nicht realistisch, schwingende Preise über die Leistung anzunehmen. Polynome zweiten Grades mit einem positiven a beschreiben eine nach oben geöffnete Parabel, bei negativem a ist die Parabel nach unten geöffnet. Weiter gilt: Je größer a wird, desto gestreckter ist die Funktion /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I.37/; /Auer, Seitz 2010, S. 133/. Bei der Exponentialfunktion steht die unabhängige Veränderliche im Exponenten und heißt in diesem Fall Exponentialfunktion zur Basis e. Exponentialfunktionen sind streng monoton steigend oder streng monoton fallend und dabei nach oben unbeschränkt und nach unten beschränkt /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I38/; /Auer, Seitz 2010, S. 145f./. Die Logarithmusfunktion stellt die Umkehrfunktion einer Exponentialfunktion zur Basis e dar. Sie ist in ihrem gesamten Definitionsbereich stetig und streng monoton steigend oder fallend und nach oben und unten unbeschränkt /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I38/; /Auer, Seitz 2010, S. 147f./. Die Potenzfunktion ist die sich am häufigsten ergebende Funktion in dieser Arbeit. Der Exponent b bestimmt dabei den Grad der potenziellen Funktion, und sie verläuft stetig /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I39/.

3.4.2 Annährung der Funktionen durch eine Regressionsanalyse

Die Übertragung definierter Wertepaare (x,y) in eine Funktion f(x) ist umso genauer, je geringer die Abweichung der gegebenen Werte y vom Funktionswert f(x) ist. Bei der Regressionsanalyse werden die unterschiedlichen Werte einer abhängigen Variablen (f(x)) auf andere (unabhängige) Variablen (x,y) zurückgeführt. In dieser Beziehung wird die abhängige Variable durch die unabhängigen Variablen erklärt /Kuß, Wildner, Kreis 2014, S. 254/. Als Gütemaß für das Regressionsmodell, also der Übereinstimmung von y und f(x), wird das Bestimmtheitsmaß R2 eingeführt. Es ist in der Formel (3.6) als das Quadrat des Bravias-Pearson Korrelationskoeffizienten definiert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Damit kann das Bestimmtheitsmaß Werte zwischen 0 und 1 annehmen und stellt ein Maß für den linearen Zusammenhang der Variablen x und y dar /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I40/.

Für die Umsetzung der Kostenfunktionen werden damit der Leistung der Untersuchungseinheiten ihre spezifischen Kosten zugeordnet. Der Verlauf dieser Kosten wird durch diejenige Kostenfunktion beschrieben, die das höchste Bestimmtheitsmaß aufweist und damit am besten geeignet ist, die Abbildung der X- und Y-Werte zu beschreiben. Im Umkehrschluss bedeutet dies, je kleiner das Bestimmtheitsmaß der Kostenfunktionen ist, desto ungenauer beschreibt die Funktion die Werte und desto geringer ist der lineare Zusammenhang /Gebhardt, Kohl, Steinrötter 2002, S. I49/. Die Ergebnisse werden in tabellarischer und grafischer Form dargestellt. Ein hohes Bestimmtheitsmaß hat keine Aussagekraft über die Güte der Datenerhebung selbst.

Eine Besonderheit die in der Regel das Bestimmtheitsmaßes verbessert sind die Kenntnisse über Rabattsätze. Die Listenpreise einiger Hersteller weichen deutlich von den effektiven Marktpreisen ab. Dafür gibt es bei der Beleuchtung zum Beispiel den Grund, dass einige Hersteller die Produkte nur selbst verbauen und für bessere Freiräume bei der Kalkulation höhere Preise als Listenpreise ansetzen. Bei Elektromotoren sind teilweise sehr hohe Listenpreise und damit verbundene Rabatte von 80 bis 87 % historisch bedingt. Für die Auswertung Daten und Darstellung der Kostenfunktionen und -kurven harmonisiert und verbessert die Kenntnis über den Rabatt das Bestimmtheitsmaß.

4 Ergebnisse

Die Abschnitte zur Beleuchtung und Dämmung haben einen starken Projektcharakter und geringe spezifische Anschaffungspreise im Verhältnis zu den Anschaffungsnebenkosten, wie etwa der Montage. Zur validen Beschreibung der Ausführungen zur Erstellung der Kostenfunktionen ist deshalb in diesen Abschnitten eine umfangreiche Beschreibung der möglichen Ausführung und Montage notwendig. Die weiteren QT Elektromotoren, Pumpen, Ventilatoren und Druckluft bestehen hingegen aus Produkten mit hohen Grundpreisen und geringerem Einfluss der Montagekosten, weshalb diese nicht im Detail beschrieben werden.

4.1 Beleuchtung

Der Erhebungsumfang zur Beleuchtung beläuft sich auf 74 Anfragen bei Herstellern oder Importeuren von Lampen und Leuchten, dabei ist die Rücklaufquote 56 %. Es werden 8 Basisprodukte erfasst. Für die Beleuchtung wird ein repräsentativer Rabattsatz von 30 % auf die netto Listenpreise der Industriekundenpreise ermittelt. Einige Hersteller haben hier Ausreißer nach oben bis zu 45 % und nach unten bei 20 %. Die Gegenüberstellung der Rabattsätze und des Geschäftsmodells zeigt, dass Unternehmen die Herstellung und zeitgleich selbst die Ausrüstung und Umrüstung der Beleuchtung durchführen, jedes Projekt gesondert kalkulieren und die Listenpreise tendenziell höher ansetzen und dadurch mehr Kalkulationsspielraum haben. Unternehmen, die geringere Rabattsätze angeben, sind auf den Verkauf und den Handel (nach dem Direktimport) der Produkte ausgerichtet und können mit niedrigeren Listenpreise direkt mehr Kunden ansprechen. Weiter haben die Hersteller angegeben, dass Rabattsätze für Elektroinstallateure in der Regel 50 % betragen.

4.1.1 Untersuchungseinheiten

Lampen werden nach /dena 2014b, S. 10/ und /Ulmann 2015, S. 46-48/ durch ihre Art der Energieumwandlung eingeteilt. Für Lampen gilt die Verordnung (EG) Nr. 245/2009 der Kommission, geändert durch die Verordnung Nr. 347/2010 zur Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Beleuchtungsprodukten. In dieser werden Mindestanforderungen an die Effizienz der Lampen gestellt, wodurch die Glühlampe aus der Betrachtung fällt. Die Halogenlampe als effizientere Glühlampe ist für industrielle Zwecke durch ihre ebenfalls zu begrenzte Lichtausbeute nicht geeignet /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K37/. Quecksilberdampflampen haben eine geringe Lichtausbeute und enthalten giftiges Quecksilber, weshalb sie seit April 2015 nicht mehr in Verkehr gebracht werden dürfen /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K48/; /dena 2014b/. Leuchtstoffröhren zeichnen sich durch eine gute Effizienz bei guten Lichtwerten aus und sind auch zukünftig für industrielle Zwecke geeignet (80 bis 110 lm/W). Natrium-Hochdruckdampf­lampen haben eine sehr hohe Lichtausbeute von 10 bis180 lm/W und sind damit energieeffizient. Halogenmetalldampflampen haben eine gute Lichtausbeute von 80 bis 90 lm/W. Aufgrund der Entwicklung der LED-Technologie und einer Lichtausbeute von 80 bis 200 lm/W konstatiert /Rohde, Hirzel, Aydemir 2014, S. 26/, dass die „LED […] alle marktgängigen Technologien hinsichtlich der Effizienz [überholt]. Die bisherige technische Vielfalt wird obsolet“. Der seit 2010 innerhalb der Leuchtmittel stattfindende Umbruch stellt eine Besonderheit in dieser Arbeit dar. Die Abbildung 4.1 gibt einen Überblick zur Lichtausbeute der verschiedenen Lichtquellen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.1: Lichtausbeute unterschiedlicher Lichtquellen

Quelle: Eigene Darstellung nach:/Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K33ff./; /OSRAM GmbH 2008, S. 15/; /Ulmann 2015, S. 48-49/; /dena 2014b, S. 13-14/ und eigener Erhebung

/Ulmann 2015, S. 48-49/ gibt die LED als einziges universelles Leuchtmittel für alle praktischen Anwendungen an, welches in der Kategorie Büro-, Industrie- Werkstätten und Außenbeleuchtung den übrigen Technologien gänzlich überlegen ist. Spätestens bis zum Jahr 2030 wird ein LED-Anteil an der Industriebeleuchtung von 90 %, für Außenbeleuchtungen von 99 %, prognostiziert /Kunzer 2014, S. 11/; /U.S. Department of Energy 2014, S. 10f./. Der Vergleich von wissenschaftlichen Studien aus den Jahren 2012 bis 2015 unterstreicht diesen Umbruch und den Fortschritt in der Entwicklung. Während /Ryckaert et al. 2012/ 2012 im Ersatz von Leuchtstofflampen durch LED keinen wirtschaftlichen Vorteil sieht, argumentieren /Principi, Fioretti 2014/ im Jahr 2014 und /Chiradeja, Ngaopitakkul, Jettanasen 2015a/ 2015 für einen Ersatz von Leuchtstoffröhren durch LED-Röhren. Weitere Marktanteile liegen für den deutschen Markt nicht vor, weshalb auf eine Studie des /U.S. Department of Energy 2014/ zurückgegriffen wird. Der Anteil der Leuchtstoffröhren entwickelt sich dabei von rund 50 % im Jahr 2015 zu 10 % im Jahr 2030. Die weiteren Technologien entfallen und bedürfen daher keiner weiteren Betrachtung/U.S. Department of Energy 2014, S. 5ff./.

Zusammengefasst sind LED am energieeffizientesten, dazu am langlebigsten und haben einen Entwicklungsstand bezüglich der Lichtleistung erreicht, der für alle industriellen Anwendungen geeignet ist. Außerdem sind sie wartungsfrei, flackern nicht, sind dimmbar, bilden alle Farben ab und sind stabil gegenüber Erschütterungen /Fördergemeinschaft Gutes Licht 2010, S. 6/; /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K51/. Im Folgenden werden deshalb die Untersuchungseinheiten für LED-Produkte definiert. Hinzu kommt eine Kostenfunktion zu typischen Anwendung der T5-Leuchtstoffröhre.

Eine Klassifizierung und eine Übersicht aller am Markt verfügbaren Leuchten ist aufgrund der zu großen Produktvielfalt nicht möglich /Trilux 2007, S. 175/. Bereits die Europäische Kommission scheiterte an einer Normung der Leuchten bezüglich ihrer Energieeffizienz und damit des Leuchten-Betriebswirkungsgrades. Die energierelevanten Eigenschaften von Leuchten und die lichttechnisch optischen und gestalterischen „entziehen sich jeglicher rationaler, in Normen festgelegter Berechnungs- und Klassifizierungsmethoden“ /Trilux 2007, S. 175/.

Im Folgenden werden die industrierelevanten Leuchten zum Abbilden des Quer­schnittscharakters deshalb über die Aufgaben der Beleuchtung in der Industrie definiert. Diese sind nach /dena 2014b, S. 4/ die Bürobeleuchtung, die Hallenbeleuchtung und die Außenbeleuchtung. Durch die unterschiedlichen Anwendungsbereiche in der Industrie ist es nicht möglich, eine Ausführung für alle Anwendungen hinreichend zu untersuchen. Durch die Kombination mit den Lampen und den LED-Lösungen und der T5-Leuchtstoffröhre ergeben sich die für diese Arbeit relevanten Leuchten in Tabelle 4.1

Tabelle 4.1: Untersuchungseinheiten der Beleuchtung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung nach /Philips GmbH 2014, S. 1-7/; /dena 2014b, S. 4/; /Trilux 2007, S. 362-371/ und eigener Erhebung

Kostenrelevante Präzisierung

Damit sind die relevanten Untersuchungseinheiten in Abhängigkeit von der Beleuchtungssituation mit LED-Röhren, LED-Panels, LED-Feuchtraumwannen, LED-Hallenstrahlern, LED-Pendelleuchten und LED-Flutern definiert.

Zur Berechnung der Auslegung und Kosten der Beleuchtung stehen nach /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013/ mit dem Wirkungsgradverfahren und der punktweisen Berechnung zwei Verfahren zur Auswahl. Beim Wirkungsgradverfahren wird die Anzahl der erforderlichen Leuchten für eine bestimmte Beleuchtungsstärke ermittelt, bei der punktweisen Berechnung das ausgestrahlte Licht der Leuchte unter Berücksichtigung der Lampenleistung und des Ausstrahlwinkels /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K17/. Beide Verfahren stellen den Lichtstrom der Lampen in den Mittelpunkt der Betrachtung, die Hauptvariable ist hiernach mit dem Lichtstrom definiert. Die kostenrelevanten Faktoren sind die Kosten für die Leuchten, für die Montage insbesondere unter Berücksichtigung der Montagehöhe und für das Zusatzmaterial.

Beim Austausch von Lampen ist darauf zu achten, dass die neuen Lampen die gleiche Leistungsaufnahme sowie eine ähnliche Lichtfarbe und Farbwiedergabeeigenschaften wie die Ausgangsleuchte oder -lampe haben /Deutsche Lichttechnische Gesellschaft e.V. 2015, S. 22/. Die Auswahl der Farbtemperatur hängt von psychologischen und ästhetischen Faktoren, von der Beleuchtungsstärke und von den Farben des Raumes ab, weshalb in der DIN EN 12646 keine allgemeingültige Empfehlung für die Lichtfarbe von verwendeten Lichtquellen gegeben wird /Trilux 2007, S. 36/. In Herstellerkatalogen und in der Fachliteratur wird argumentiert, dass Neutral- und Tageslichtweiß mit Leistungsbereitschaft und Konzentration assoziiert werden. Es wird daher eine Bürobeleuchtung mit mindestens 3000 K empfohlen, für Industriehallen und Werkstätten gilt, mindestens Neutralweiß zu erreichen /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K27/; /OSRAM GmbH 2008, S. 3-15/. Ra 80 bis100 wird als eine sehr gute Farbwiedergabe angegeben und wird für Industrie- und Bürobeleuchtung angestrebt /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K28/; /Trilux 2007, S. 37/. Alle Lampen und Leuchten werden so ausgewählt, dass sie diesen Mindeststandards entsprechen.

Neben der Funktion der Halterung für Lampen übernehmen Leuchten zusätzlich die drei Funktionen des Schutzes durch das Gehäuse, der Lichtlenkung durch Reflektoren und der Steuerung durch die Integration der Elektronik /dena 2014b, S. 5 und 15/; /Pistohl, Rechenauer, Scheuerer 2013, S. K8/; /KSB 2015/.

Das Gehäuse übernimmt neben ästhetischen Funktionen vor allem eine Schutzfunktion für die Lampe und die dazugehörige Elektronik. Für Innenleuchten in Büros ist die Schutzklasse IP20, für Industriehallen IP20 bis IP65 und für Außenleuchten IP65 Standard /Ulmann 2015, S. 62/(Anhang A). Die Lampen und Leuchten werden daher gemäß dem Anwendungsgebiet mit den geeigneten Mindeststandards ausgewählt. Die Lichtlenkung definiert den Abstrahlwinkel des Lichts und wird durch Schirme, Schilde oder Reflektoren bewirkt. Wird die Lichtlenkung durch Anbauteile gesteuert, dann fließen diese in die Kostenfunktionen ein und werden kenntlich gemacht. Ist die Lichtlenkung ein Teil des Ausgansproduktes, hat sie keinen Einfluss auf den Preis und wird nicht als zweite Hauptvariable zur Gruppierung genutzt (siehe Anhang C). Die dritte Funktion der Leuchten ist die des Trägers der Elektronik. Dabei sind insbesondere Vorschaltgeräte zum Betrieb des jeweiligen Lichtquellentyps in der Lampe notwendig. Die Aufgabe von Vorschaltgeräten ist es, den Stromfluss durch die Lampe zu regulieren. Sie werden in elektronische (EVG) und magnetische (VVG) Vorschaltgeräte unterschieden. EVG sind verlustarmer, verhindern Flimmern und ermöglichen die Dimmung der Leuchte. Die Wahl des Vorschaltgerätes beeinflusst somit unmittelbar die Energieeffizienz /dena 2014b, S. 5 und 16/. Der Austausch eines KVG durch ein effizienteres EVG ohne Veränderung der sonstigen Leuchtenkomponenten ist durch die damit verbundene Neuverdrahtung und den ähnlich hohen Arbeitsaufwand wie beim Leuchtenaustausch ökonomisch nicht sinnvoll /Rieste Licht GmbH 2016/. Es wird deshalb keine gesonderte Kostenfunktion für Vorschaltgeräte erstellt.

Für die Lampenmontage liegen keine Kennzahlen zu den Einbaukosten vor. Die Hersteller und Installateure begründen dies mit den individuellen Einbaufällen und dem Projektcharakter. Im Folgenden werden deshalb über die telefonische und persönliche Befragung zum Arbeitsaufwand von Installateuren der Zeitaufwand und der Arbeitseinsatz für unterschiedliche Einbauhöhen je Lampenausführung abgeschätzt.

LED-Röhre

Der Austausch von T8-Leuchtstoffröhren durch LED-Röhren wird sowohl in der Büro- als auch in der Industrie-, Werkstätten- und Außenbeleuchtung durchgeführt. Sie werden in Feuchtraumwannen unter hoher Schutzklasse, in Lichtbandsystemen, in Rasterdecken, in einfacher Halterung und in Reihen- und Einzelschaltung verbaut /Licht-Con 2014, S. 6/). Die Umrüstung von Leuchtstofflampen auf LED-Röhren ist abhängig vom Typ des Vorschaltgerätes /LED-express 2015, S. 1/.

Es werden zumeist LED-Röhren mit VVG angeboten, welche bei vorliegendem EVG der Leuchte eine Umverdrahtung oder Konversion erfordern. Es gibt dadurch zwei Anschaffungsbasispreise: zum einen die LED-Röhre mit einem VVG, die bei vorliegendem VVG direkt verbaut wird (Retrofit), oder ein Anschaffungskostenmodul dazu, in dem für ein vorliegendes EVG umverdrahtet wird (Konversion). Diese Lösung der Konversion vereint die günstige Lampe mit der breiten Einbaumöglichkeit, birgt jedoch Risiken bezüglich der Installation und des Betriebes und ist deshalb bei Herstellern und Elektroinstallateuren umstritten. Durch eine Überbrückung des EVG durch Umverdrahtung ist ein Umbau der vorhandenen Leuchte erforderlich. Bei diesem Vorgehen wird der Monteur zum Hersteller der Leuchte und der Lampe und ist damit für etwaige Garantien verantwortlich /Antaris GmbH 2014, S. 1/; /Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin 2011, S. 2/. Der zweite Anschaffungsbasispreis ist eine LED-Röhre, die für EVG konzipiert ist und als Retrofit-Variante verbaut wird.

T5-Röhre

T5-Leuchtstoffröhren sind eine Alternative zu den ineffizienten T8-Leuchtstoffröhren /Chiradeja, Ngaopitakkul, Jettanasen 2015b, S. 116/. Sie sind in warmer Umgebung am effizientesten, da sie ihr energetisches Optimum bei einer Umgebungstemperatur von 35 °C erreichen /Bund der Energieverbraucher 2007/. Die Hersteller geben deshalb zusätzlich die verringerte Lichtleistung der Lampen bei 25 °C an. Im Folgenden werden zur besseren Vergleichbarkeit der Investitionsobjekte Kostenfunktionen für T5-Röhren für eine Umgebungstemperatur von 25 °C berechnet. T5-Leuchtstofflampen werden stets am im Preis inbegriffenen EVG betrieben, sind jedoch nicht dimmbar. Durch die Umverdrahtung ist eine Tandemschaltung möglich, die keinen Mehraufwand pro Lampe benötigt /OSRAM GmbH 2005, S. 6/; /e-Ressource 2013, S. 2f./. Der Einbau einer T5-Leuchtstoffröhre ist aufwendiger als der einer LED-Röhre, da die T5-Leuchtstoffröhre mit 16 mm Durchmesser an die Fassung der T8 Leuchtstoffröhre angepasst werden muss /e-Ressource 2013, S. 2ff./; /OSRAM GmbH 2005, S. 29f./.

LED-Panel

Panels sind energieeffizient, haben sehr gute Flächenlichteigenschaften und werden als ästhetisch beschrieben /OSRAM GmbH 2016, S. 1-3/; /abalight 2012, S. 3ff./. Der Einbau von LED-Panels als Neubau oder Retrofit-Variante ist zur Einlage in Rasterdecken und Gipskartondecken und als Flächenlicht in Büros geeignet. Außerdem lassen sie sich durch Aufbaumontage oder Abhängen an fast allen Decken installieren /abalight 2012, S. 3ff./. Der Einbau selbst gestaltet sich durch Einlegen und Anschließen in Rasterdecken und Gipskartondecken einfach und schnell /abalight 2012, S. 3/.

LED-Feuchtraumwanne

Feuchtraumwannen können durch ihre hohe Schutzklasse von mindestens IP65 in allen industriellen Bereichen installiert werden. Die häufigste Art der Anbringung ist abhängend. In bestehenden Feuchtraumwannen kann die Möglichkeit der LED-Retrofit-Lösung Anwendung finden. Es wird die Kostenfunktion zur LED-Röhre in Tabelle 4.2 angewendet. Beim Kauf neuer Feuchtraumwannensysteme empfehlen die Hersteller zur optimalen Exploitation der LED-Vorteile Systeme, welche die LED-Leuchtmittel direkt integrieren und die Leuchte als ein geschlossenes System darstellen (sealed for life). Hierdurch ist zwar kein Austausch des Leuchtmittels möglich, es werden dafür aber Garantien bis zu acht Jahren gegeben, auch werden keine neuen Vorrichtungen bei der Montage benötigt.

LED-Pendelleuchten

Pendelleuchten sind runde Hallenstrahler, die von der Decke abhängend installiert werden. Ein Ersatz der Strahler ist über Plug and Play eines Karabiners möglich. Die Dimmung, insbesondere bei starker LED-Industriebeleuchtung, ist in der Industrie wegen der hohen Lichtausbeute der LED-Technologie noch nicht Usus. Weiter wird das Vorgehen durch die Herstellerkataloge, in denen die meisten Strahler ohne Dimmung aufgeführt sind, bestärkt. Der Abstrahlwinkel wird durch Schirme aus Aluminium und Polycarbonat gesteuert, es entsteht kein Preisunterschied bei unterschiedlichen Winkeln.

LED-Hallenstrahler

Hallenstrahler, auch Flats genannt, sind sehr leistungsstark und flexibler einsetzbar als Pendelleuchten, dafür jedoch teurer in der Anschaffung. Sie benötigen beim Aufhängen einen größeren Zeitaufwand, dafür sind sie zusätzlich an Wände anschraubbar und können bei hoher IP-Schutzklasse auch im Außenbereich angebracht werden. Die Ausstrahlwinkel liegen zwischen 30 und 150 ° und haben keinen Einfluss auf den Preis. Sowohl beim Abpendeln als auch beim Anbringen an eine Wand oder einen Mast wird im Rahmen von Austauschmaßnahmen angenommen, dass die Vorrichtung bereits installiert ist und lediglich ein Festschrauben oder Anhängen durch Karabiner notwendig ist.

LED-Fluter

Fluter sind für den Außenbereich konzipiert und damit durchweg in der Schutzklasse IP65. Sie werden auf Masten oder an Wänden montiert. Die untersuchten Fluter sind ohne Dimmung und mit integriertem Ausstrahlwinkel erhältlich.

4.1.2 Kostenfunktionen

LED-Röhre

Die Anschaffungspreisbasis zur LED-Röhre für VVG beinhaltet einen Starter, sie ist durchweg nicht dimmbar. Eine Duoschaltung zweier Lampen in eine Leuchte funktioniert in derselben Art und Weise und verursacht keine zusätzlichen Kosten pro Lampe /Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin 2011, S. 2/; /LED-express 2015, S. 2/. Die Kostenfunktion zu den Anschaffungspreisen basiert auf 144 Datenpunkten. Die höchste identifizierte Lichtausbeute liegt bei 155,56 lm/W und ist damit gleichzeitig der absolut höchste Wert der in dieser Arbeit untersuchten Lampen. Ersichtlich ist ein starker Einfluss der Montage- auf die Anschaffungskosten in 3 bis 9 Höhe in Abbildung 4.2 . Bis 2000 lm liegen die Montagekosten, selbst im beispielhaft dargestellten günstigen Falle – ohne Umverdrahtung – über den Produktkosten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.2: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Röhren am VVG (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Quelle: Eigene Darstellung

In Tabelle 4.2 werden übergreifend alle Kostenfunktionen zu LED-Röhren dargestellt. Für LED-Röhren am EVG kommen die gleichen Randbedingungen wie bei der VVG Retrofit-Lösung zur Anwendung. Die höchste identifizierte Lichtausbeute liegt bei 138,89 lm/W.

Tabelle 4.2: Kostenfunktionen für LED-Röhren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.3: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Röhren am EVG (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Quelle: Eigene Darstellung

Insgesamt liegen für die EVG-Retrofit-Möglichkeit 22 Datenpunkte bei einer großen Streuung vor. Die Kostenfunktion aus der Abbildung 4.3 kann somit nur als Anhaltspunkt zum Stand der Technik gesehen werden.

Eine Gegenüberstellung der Kostenkurven zeigt, dass bei der Umstellung von Leuchtstoffröhren auf LED eine Retrofit-Ausführung bei VVG die günstigste Lösung ist. Bei den EVG-Möglichkeiten ist die Umverdrahtung aufgrund hoher Produktpreise der EVG-Retrofit-Lösung günstiger. EVG-Retrofit-Lösungen sind neu am Markt, und eine mögliche baldige Kostensenkung ist nach Angaben mehrerer Hersteller durch die ständige Weiterentwicklung von LEDs möglich.

T5-Leuchtstoffröhre

Die Kostenkurve in Abbildung 4.4 basiert auf 49 Datenpunkten, dabei liegt die höchste identifizierte Lichtausbeute bei 115 lm/W. Durch den geringen Produktpreis sind die Montagekosten im Beispiel in 3 bis 9 m Höhe, beim Umrüsten auf T5-Leuchtstoffröhren der Hauptkostenfaktor (siehe Abbildung 4.4 und Tabelle 4.3).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.4: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu T5-Leuchtstoffröhren (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Quelle: Eigene Darstellung

Tabelle 4.3: Kostenfunktionen für T5-Leuchtstoffröhren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung

LED-Panel

Die Kostenkurve zu den Anschaffungspreisen von Panels in Abbildung 4.5 basiert auf 81 Datenpunkten. Dabei ist insbesondere im mittleren Leistungsspektrum bei 3.000 bis 5.000 lm eine große Streuung zu sehen. Im Beispiel wird eine Montagehöhe von bis 3 m dargestellt, durch den einfachen Einbau haben die Montagekosten einen geringen Einfluss.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.5: Kostenfunktion für Anschaffungspreise zu LED-Panel (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Quelle: Eigene Darstellung

Aufbaurahmen für Nicht-Rasterdecken sind zusätzliche Anschaffungsnebenkostenmodule für den Rahmen und ein Zusatzaufwand bei der Montage (siehe Tabelle 4.4).

Tabelle 4.4: Kostenfunktionen für LED-Panel

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung

LED-Feuchtraumwanne

Die Kostenkurve für LED-Feuchtraumwannen in Abbildung 4.6 basiert auf 67 Datenpunkten. Die Montagekosten haben, selbst im gewählten Beispiel mit 3 bis 9 Montagehöhe, einen relativ geringen Einfluss.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.6: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Feuchtraumwannen (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Quelle: Eigene Darstellung

Ein Vorteil neuer, geschlossener Systeme ist die Möglichkeit zum Verbau gedimmter Systeme, wozu ein Anschaffungspreismodul gebildet wird (siehe Tabelle 4.5).

Tabelle 4.5: Kostenfunktionen für LED-Feuchtraumwannen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung

LED-Pendelleuchten

Der Leistungsbereich der untersuchten Leuchten liegt im Bereich von 3.400 bis 40.000 lm, die maximale Lichtausbeute bei 137,5 lm/W. Die Kostenkurven in Abbildung 4.7 basieren auf 123 Datenpunkten, wobei sich durch den einfachen Umbau und die hohe Leistung relativ geringe Montagekosten bei einer Montagehöhe von 9 bis 15 m ergeben.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4.7: Kostenkurve für Anschaffungspreise zu LED-Pendelleuchten (s. o.), Zusammensetzung von Anschaffungskosten (s. u.)

Quelle: Eigene Darstellung

Die Montage wird in der Höhe in Tabelle 4.6 unterschieden

Tabelle 4.6: Kostenfunktionen für LED-Pendelleuchten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Eigene Darstellung

LED-Hallenstrahler

Für Hallenstrahler wird die Montage wird wegen des verhältnismäßig geringen Einflusses auf die spezifischen Kosten sowohl für das Abpendeln als auch für das Anbringen an der Wand oder einem Mast in einer Funktion gebildet. Für die Kostenkurve in Abbildung 4.8 liegen 109 Datenpunkte vor. Aus der Kurve ist die starke

[...]

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^[1] Die ursprünglichen 20-20-20-Ziele verpflichteten die EU-Mitgliedstaaten, bis 2020 ihre Treibhausgasemissionen gegenüber 1990 um 20 % zu senken sowie die Energieeffizienz um 20 % und den Anteil erneuerbarer Energien am Gesamtenergieverbrauch auf 20 % zu erhöhen /EU-Kommission 2014, S. 2/.

^[2] Mit einer Überprüfung im Jahr 2020 zur möglichen Erhöhung auf 30 % /BMWi 2016, S. 2/.

^[3] Weitere Hemmnisse sind die schwierige subjektive Bewertung, das unbekannte Konsumentenverhalten und informatorische, finanztechnische, organisatorisch-formale und rechtliche Hemmnisse /Bauernhansl et al. 2014, S. 24/; / Mai et al. 2014, S. 269f./

^[4] Für weitere, tiefgreifende Grundlagen der Lichtwahrnehmung, der Lichterzeugung sowie der Eigenschaften der Lichtquellen siehe /Heinz 2014/; /Ulmann 2015/ und Anhang B.

^[5] Die Fokussierung auf die Kostenaspekte der Dämmung begrenzt die Ausführung zum Wärmetransport. Für eine detaillierte Betrachtung von Wärmetransport und Wärmeströmen siehe /VDI 2055 Blatt 1 2008, S. 7f./.

^[6] Für weiterführende Informationen zur technischen Dämmung siehe /dena 2014a/; / Rockwool 2014/ und /Schmoldt 2007/.

^[7] Für eine tiefgreifende Grundlagenliteratur zu Antriebsmaschinen wird auf /Garbrecht 2008/ und /Weidauer 2008/ verwiesen.

^[8] Weiterführende Literatur zu Pumpen ist bei /Bauer, Hellriegel, Pfitzner 1994/; /Grundfos 2004/ und /Böhm, Trommler, Dalibard 2014/ zu finden.

^[9] Weiterführende Literatur zu Grundlagen der Ventilatorentechnik findet sich in /Bommes, Fricke, Grundmann 2003/ und /Schlender, Klingenberg, Franke 1996/.

^[10] Eine weitere, im Folgenden ausgeklammerte Anwendungsmöglichkeit, ist das Feld der industriellen Vakuumtechnik zum Verpacken, Trocknen, Saugen u.v.m., da Vakuumpumpen eine zu große Produktvielfalt bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch aufweisen /dena 2010, S. 5/; /VDMA 2015, S. 13/

^[11] Weiterführende Literatur zu Druckluftsystemen ist in /Bierbaum, Hütter 2007/; /Energieagentur NRW 2008/ und /Ruppelt 1998/ zu finden.

^[12] Kalkulatorische Anderskosten beruhen auf der unternehmensinternen Bewertung der Anschaffungsgüter und werden daher für die allgemeinen Kostenkurven nicht weiter berücksichtigt.

^[13] Für Informationen zur aktuellen Antragsberechtigung und Art und Höhe der Förderung von Querschnittstechnologien siehe /bafa 2016, S. 1ff./

^[14] In der vorliegenden Arbeit werden keine Quellen für Preis- und Rabattinformationen genannt. Sämtliche auf Herstellerseiten öffentlich zugängliche Informationen werden zur Beurteilung herangezogen und als solche kenntlich gemacht. Eine Erwähnung eines Herstellers ist aufgrund unvollständiger Rücklaufquoten nicht gleichbedeutend mit der Verwendung seiner Preislisten.