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energieeffizienz_jetzt:das_grosse_ganze

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 =====Kaffee - aber bitte schön heiß===== =====Kaffee - aber bitte schön heiß=====
-|<WRAP box 8cm>Wer mag nicht heißen Kaffee? Nur dass dieser, in eine normale Kanne abgefüllt, nicht lang heiß bleibt, denn er verliert Wärme über die Oberflächen an die kältere Umgebung. Clevere Ingenieure haben den "Wärmebedarf" berechnet und lassen die verlorene Energie einfach über eine elektrische Heizplatte nachliefern; das ist die aktive Methode. Es geht aber auch ohne viel Energie: Füllen wir den Kaffee in ein sehr gut dämmendes Gefäß (eine Thermoskanne) ein, dann ist der Verlust so gering, dass der Kaffee auch über Stunden heiß genossen werden kann. Überraschend für viele dürfte sein, dass fast unser gesamtes heutiges Energiesystem nur dazu dient, Verluste auszugleichen. Das genau wird in diesem Bilderbuch behandelt. Aber nun werfen wir erstmal einen Blick auf das heute übliche Energiesystem.      </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff02_kaffee.png?650|}}\\  <sub>**Abb. 2**</sub> |+|<WRAP box 8cm>Wer mag nicht heißen Kaffee? Nur dass dieser, in eine normale Kanne abgefüllt, nicht lang heiß bleibt, denn er verliert Wärme über die Oberflächen an die kältere Umgebung. Clevere Ingenieure haben den "Wärmebedarf" berechnet und lassen die verlorene Energie einfach über eine elektrische Heizplatte nachliefern; das ist die aktive Methode. Es geht aber auch ohne viel Energie: Füllen wir den Kaffee in ein sehr gut dämmendes Gefäß (eine Thermoskanne) ein, dann ist der Verlust so gering, dass der Kaffee auch über Stunden heiß genossen werden kann. Überraschend für viele dürfte sein, dass fast unser gesamtes heutiges Energiesystem nur dazu dient, Verluste auszugleichen. Das genau wird in diesem Bilderbuch behandelt. Aber nun werfen wir erstmal einen Blick auf das heute übliche Energiesystem.      </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff02_kaffee.png?650|}}\\  <sub>**Abb. 2 Beispiel für die Dienstleistung "Kaffee heiß halten" - mit der Lösung "Thermoskanne" **</sub> |
 |<WRAP box 10cm>In der heutigen Industriegesellschaft spielt "Energie" eine Schlüsselrolle für die gesamte Funktion der Wirtschaft. Maßgebliche Ökonomen haben "Energie" als den Schmierstoff der Volkswirtschaft bezeichnet - und sehen "billige Energie" als die Grundvoraussetzung für Wohlstand und Wachstum an. Fast die gesamte Gesellschaft hat ein ähnliches Bild – inkl. der schärfsten "Wachstumskritiker". Diese Wahrnehmung wird stark geprägt von der täglichen Erfahrung, die inzwischen von den durch die Industriegesellschaft aufgebauten Strukturen geprägt ist:\\ \\ **Energie kommt vor allem als Energieträger (z. B. Heizöl, Benzin, Strom) ins Spiel** und muss als solcher bezahlt werden.\\ \\ Es gibt einen **Energiesektor**, der dafür zu sorgen hat, dass immer ausreichend ((und nicht zu teure)) Energie verfügbar ist.\\ \\ Die **Endverbraucher** konsumieren die Energieträger. Von denen ist am Schluss nichts mehr da. Dabei entsteht der Wohlstand.             </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff03_industrie.png?650|}}\\ <sub>**Abb. 3 Der "Energie-Träger" ist das zentrale Konzept in der Industriegesellschaft. Der Wohlstand basiert auf der Versorgung mit ausreichend vielen und billigen Energieträgern.**</sub>| |<WRAP box 10cm>In der heutigen Industriegesellschaft spielt "Energie" eine Schlüsselrolle für die gesamte Funktion der Wirtschaft. Maßgebliche Ökonomen haben "Energie" als den Schmierstoff der Volkswirtschaft bezeichnet - und sehen "billige Energie" als die Grundvoraussetzung für Wohlstand und Wachstum an. Fast die gesamte Gesellschaft hat ein ähnliches Bild – inkl. der schärfsten "Wachstumskritiker". Diese Wahrnehmung wird stark geprägt von der täglichen Erfahrung, die inzwischen von den durch die Industriegesellschaft aufgebauten Strukturen geprägt ist:\\ \\ **Energie kommt vor allem als Energieträger (z. B. Heizöl, Benzin, Strom) ins Spiel** und muss als solcher bezahlt werden.\\ \\ Es gibt einen **Energiesektor**, der dafür zu sorgen hat, dass immer ausreichend ((und nicht zu teure)) Energie verfügbar ist.\\ \\ Die **Endverbraucher** konsumieren die Energieträger. Von denen ist am Schluss nichts mehr da. Dabei entsteht der Wohlstand.             </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff03_industrie.png?650|}}\\ <sub>**Abb. 3 Der "Energie-Träger" ist das zentrale Konzept in der Industriegesellschaft. Der Wohlstand basiert auf der Versorgung mit ausreichend vielen und billigen Energieträgern.**</sub>|
 |<WRAP box 10cm>Die **Physik kann als die "Wissenschaft von der Energie"** angesehen werden((Wir werden auf die zentrale Bedeutung des Energiebegriffs in der Physik an anderem Ort eingehen: Die meisten Physiker werden zustimmen, wenn wir hier darlegen, dass es nach der Physik eigentlich nur zwei Grundbausteine gibt: Energie und Information)). Das Konzept 'Energie' wurde in voller Klarheit in der Physik erst im 19. Jahrhundert herausgearbeitet. Wir werden die Grundzüge des Konzepts hier in seiner einfachsten Form beschreiben. Dabei stellt sich heraus, dass die zentrale Charakterisierung energetischer Prozesse im Alltag deren "Effizienz" ist. Interessanterweise ein Begriff, der von Ökonomen gern auf den Einsatz der menschlichen Tätigkeit angewendet wird, aber in Bezug auf Energie verdrängt wird((oder auch nicht verstanden ist)). Verstehen wir diesen Zusammenhang erst einmal, dann sind wir gerüstet für eine neue Herangehensweise: Energie als Werkzeug in einer wissensbasierten Gesellschaft; das trifft die Sachlage recht gut – denn wie Werkzeuge im Grunde nur "wenig und ganz langsam" //verbraucht// werden, so ist dann auch der Energieverbrauch gering.         </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff04_physik_energie.png?650|}}<sub>\\  **Abb. 4 ** In der Physik ist Energie ein Basisattribut jedes Systems. Es gibt zwei fundamentale Gesetze: den Energieerhaltungssatz (1. Hauptsatz) und das Gesetz der Entropiezunahme (2. Hauptsatz). Alle Prozesse sind mit Energieumwandlungen verbunden – die Verbindung zum täglichen Leben erbringt die Betrachtung der Effizienz. Den [[grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:2._hauptsatz|2. Hauptsatz]] erklären wir übrigens an anderer Stelle umfassend((Aus den Erkenntnis zur Entropie machen übrigens einige Kollegen ein unangemessen gewichtiges Thema. Um die hochgelehrt klingenden Begriffe [[grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:aequivalenzen_zweiter_hauptsatz|"Exergie" und "Entropie"]] errichten sie einen Mythos (der sie dann als ganz besonders klug herausstellt). Da legen dann oft auch Laien und insbesondere Werbeagenturen 'noch was drauf'. Dabei ist das nicht wirklich so schwer zu verstehen, wie es durch die fremd klingenden Begriffe erstmal erscheint. Wir erklären diese Zusammenhänge so, dass jede*r sie verstehen kann. Dann stellt sich heraus, dass die "Carnotisierung" genannte Strategie schon einen zusätzlichen Beitrag liefern kann und damit (ein wenig) zur besseren Effizienz beiträgt. Das Kernproblem ist aber ein ganz anderes, und auf das gehen wir hier vor allem ein: Wir werfen Energie mit vollen Händen einfach so zum Fenster hinaus (und das ist heute fast vollständig Exergie). Das ist der weit überwiegende Teil der Ineffizienz. Das wird im Zuge dieses Beitrages deutlich werden und im einzelnen konkretisiert. Es wird sogar dargestellt, wie sich das mit vertretbarem Aufwand innerhalb der kommenden Jahrzehnte beheben ließe.))</sub>| |<WRAP box 10cm>Die **Physik kann als die "Wissenschaft von der Energie"** angesehen werden((Wir werden auf die zentrale Bedeutung des Energiebegriffs in der Physik an anderem Ort eingehen: Die meisten Physiker werden zustimmen, wenn wir hier darlegen, dass es nach der Physik eigentlich nur zwei Grundbausteine gibt: Energie und Information)). Das Konzept 'Energie' wurde in voller Klarheit in der Physik erst im 19. Jahrhundert herausgearbeitet. Wir werden die Grundzüge des Konzepts hier in seiner einfachsten Form beschreiben. Dabei stellt sich heraus, dass die zentrale Charakterisierung energetischer Prozesse im Alltag deren "Effizienz" ist. Interessanterweise ein Begriff, der von Ökonomen gern auf den Einsatz der menschlichen Tätigkeit angewendet wird, aber in Bezug auf Energie verdrängt wird((oder auch nicht verstanden ist)). Verstehen wir diesen Zusammenhang erst einmal, dann sind wir gerüstet für eine neue Herangehensweise: Energie als Werkzeug in einer wissensbasierten Gesellschaft; das trifft die Sachlage recht gut – denn wie Werkzeuge im Grunde nur "wenig und ganz langsam" //verbraucht// werden, so ist dann auch der Energieverbrauch gering.         </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff04_physik_energie.png?650|}}<sub>\\  **Abb. 4 ** In der Physik ist Energie ein Basisattribut jedes Systems. Es gibt zwei fundamentale Gesetze: den Energieerhaltungssatz (1. Hauptsatz) und das Gesetz der Entropiezunahme (2. Hauptsatz). Alle Prozesse sind mit Energieumwandlungen verbunden – die Verbindung zum täglichen Leben erbringt die Betrachtung der Effizienz. Den [[grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:2._hauptsatz|2. Hauptsatz]] erklären wir übrigens an anderer Stelle umfassend((Aus den Erkenntnis zur Entropie machen übrigens einige Kollegen ein unangemessen gewichtiges Thema. Um die hochgelehrt klingenden Begriffe [[grundlagen:bauphysikalische_grundlagen:aequivalenzen_zweiter_hauptsatz|"Exergie" und "Entropie"]] errichten sie einen Mythos (der sie dann als ganz besonders klug herausstellt). Da legen dann oft auch Laien und insbesondere Werbeagenturen 'noch was drauf'. Dabei ist das nicht wirklich so schwer zu verstehen, wie es durch die fremd klingenden Begriffe erstmal erscheint. Wir erklären diese Zusammenhänge so, dass jede*r sie verstehen kann. Dann stellt sich heraus, dass die "Carnotisierung" genannte Strategie schon einen zusätzlichen Beitrag liefern kann und damit (ein wenig) zur besseren Effizienz beiträgt. Das Kernproblem ist aber ein ganz anderes, und auf das gehen wir hier vor allem ein: Wir werfen Energie mit vollen Händen einfach so zum Fenster hinaus (und das ist heute fast vollständig Exergie). Das ist der weit überwiegende Teil der Ineffizienz. Das wird im Zuge dieses Beitrages deutlich werden und im einzelnen konkretisiert. Es wird sogar dargestellt, wie sich das mit vertretbarem Aufwand innerhalb der kommenden Jahrzehnte beheben ließe.))</sub>|
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 |<WRAP box 8cm>Wir haben bisher drei Formen von Energie hier ausdrücklich kennengelernt: Mechanische potentielle Energie((genauer eigentlich Gravitationsenergie)), chemische Energie((des Heizöls)) und Wärme((...zum Warmhalten des Hauses)). Die Tabelle rechts zeigt eine Übersicht der heute in der Physik behandelten Energieformen. Das Geniale am Energiekonzept ist, dass alle diese Energieformen ineinander umwandelbar sind. Als Übung kann eine Matrix erstellt werden, welche Art Prozess (oder 'Maschine') für die Umwandlung von einer dieser Energieformen in die jeweils andere oft genutzt wird. Beispiel: Um elektrische Energie in elektromagnetische Energie (z.B. Licht) umzuwandeln, benutzen wir eine Glühbirne. In der zweiten Spalte der Tabelle ist die kennzeichnende Formel für die betreffende Energieform angegeben. Zeile 1 und Zeile 10 kennen wir schon. An den anderen braucht ein Leser sich vorerst nicht zu stören - wen es interessiert, eine ganze Menge davon wird z.B. in unserem [[grundlagen:grundkurs_bauphysik_waerme|"Bauphysik-Kurs"]] erklärt.</WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff09_energieformen.png?650|}} \\ <sub>**Abb. 9 Energieformen **</sub>| |<WRAP box 8cm>Wir haben bisher drei Formen von Energie hier ausdrücklich kennengelernt: Mechanische potentielle Energie((genauer eigentlich Gravitationsenergie)), chemische Energie((des Heizöls)) und Wärme((...zum Warmhalten des Hauses)). Die Tabelle rechts zeigt eine Übersicht der heute in der Physik behandelten Energieformen. Das Geniale am Energiekonzept ist, dass alle diese Energieformen ineinander umwandelbar sind. Als Übung kann eine Matrix erstellt werden, welche Art Prozess (oder 'Maschine') für die Umwandlung von einer dieser Energieformen in die jeweils andere oft genutzt wird. Beispiel: Um elektrische Energie in elektromagnetische Energie (z.B. Licht) umzuwandeln, benutzen wir eine Glühbirne. In der zweiten Spalte der Tabelle ist die kennzeichnende Formel für die betreffende Energieform angegeben. Zeile 1 und Zeile 10 kennen wir schon. An den anderen braucht ein Leser sich vorerst nicht zu stören - wen es interessiert, eine ganze Menge davon wird z.B. in unserem [[grundlagen:grundkurs_bauphysik_waerme|"Bauphysik-Kurs"]] erklärt.</WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff09_energieformen.png?650|}} \\ <sub>**Abb. 9 Energieformen **</sub>|
-|<WRAP box 10cm>Die Umwandlung mechanisch-potentieller Energie (Lageenergie) beim Fall eines Objekts aus der Höhe in Bewegungsenergie ist aus dem Alltag vertraut. Die stattfindende Verwandlung kleiner Höhendifferenzen in betragsmäßig gleiche 'kinetische Differenzen' ist leicht nachvollziehbar - wir erklären das genauer hier: [[grundlagen:Energiesatz der Mechanik]]. In dieser Übersicht geben wir nur das Ergebnis an: Die "Formel" für die klassische 'kinetische Energie'\\ \\ $ E_{kin}=\frac{1}{2} m v^2$.</WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff10_energieumwandlung.png?650|}}<sub>**Abb. 10 Lageenergie kann in kinetische Energie umgewandelt werden - und umgekehrt.**</sub>|+|<WRAP box 10cm>Die Umwandlung mechanisch-potentieller Energie (Lageenergie) beim Fall eines Objekts aus der Höhe in Bewegungsenergie ist aus dem Alltag vertraut. Die stattfindende Verwandlung kleiner Höhendifferenzen in betragsmäßig gleiche 'kinetische Differenzen' ist leicht nachvollziehbar - wir erklären das genauer hier: [[grundlagen:Energiesatz der Mechanik]]. In dieser Übersicht geben wir nur das Ergebnis an: Die "Formel" für die klassische 'kinetische Energie'\\ \\ $ E_{kin}=\frac{1}{2} m v^2$.</WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff10_energieumwandlung.png?650|}}\\  <sub>**Abb. 10 Lageenergie kann in kinetische Energie umgewandelt werden - und umgekehrt.**</sub>|
 |<WRAP box 10cm>**"Energie geht nicht verloren"** - jedenfalls nicht in einem //geschlossenen System//. Das ist ein System, aus welchem die Systemumgrenzung durch NICHTS (Keine Materie, aber auch keinerlei Wirkung) überschritten werden kann. In so einem geschlossenen System bleibt die Energie dann erhalten((Verwirrt es zu sehr, wenn wir jetzt nach sehr sorgfältiger Analyse feststellen müssen, das es 'geschlossene Systeme' in der Praxis immer nur näherungsweise gibt? Ja, wir können 'Grenzüberschreitungen' mit raffinierter Technik sehr, sehr klein halten. Aber Null? Jedenfalls nicht streng in einer Umgebung, in der sich auch Menschen aufhalten können. Das "geschlossene System" ist also eine Idealvorstellung. Und vielleicht beruhigt das sogar: Im Gegensatz zu dem, was viele glauben, ist auch ein Passivhaus ein offenes System. Die Verlustströme sind nur so klein, dass sie niemanden mehr jucken. Und dass wir, für die Energiebilanzen, in ausreichend guter Näherung mit dem "geschlossenen-System-Modell" arbeiten können. Wenngleich z.B. beachtliche klassische Stoffströme, wie z.B. Frischluft und Trinkwasser, die Systemgrenzen ständig durchströmen.)) Manchmal ist die Aussage zu hören, wegen des Energiesatzes "gäbe es keine Energieverluste". Das ist Unsinn: Dies würde nur gelten, wenn alle Systeme streng geschlossene Systeme wären - Energieströme, welche ansonsten die Grenzen eines Systems nach außen hin überschreiten, können mit Fug und Recht als "Energieverluste" bezeichnet werden: Verloren für das System. \\ \\ Ein drastischer Vergleich: Wenn ich Geld "zum Fenster raus" werfe, dann ist dieses Geld für mich verloren. </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff11_abgeschlossenes_sys.png?650|}}\\  <sub>**Abb. 11 Der Energieerhaltungssatz gilt für jedes abgeschlossene System**</sub>\\ \\  |  |<WRAP box 10cm>**"Energie geht nicht verloren"** - jedenfalls nicht in einem //geschlossenen System//. Das ist ein System, aus welchem die Systemumgrenzung durch NICHTS (Keine Materie, aber auch keinerlei Wirkung) überschritten werden kann. In so einem geschlossenen System bleibt die Energie dann erhalten((Verwirrt es zu sehr, wenn wir jetzt nach sehr sorgfältiger Analyse feststellen müssen, das es 'geschlossene Systeme' in der Praxis immer nur näherungsweise gibt? Ja, wir können 'Grenzüberschreitungen' mit raffinierter Technik sehr, sehr klein halten. Aber Null? Jedenfalls nicht streng in einer Umgebung, in der sich auch Menschen aufhalten können. Das "geschlossene System" ist also eine Idealvorstellung. Und vielleicht beruhigt das sogar: Im Gegensatz zu dem, was viele glauben, ist auch ein Passivhaus ein offenes System. Die Verlustströme sind nur so klein, dass sie niemanden mehr jucken. Und dass wir, für die Energiebilanzen, in ausreichend guter Näherung mit dem "geschlossenen-System-Modell" arbeiten können. Wenngleich z.B. beachtliche klassische Stoffströme, wie z.B. Frischluft und Trinkwasser, die Systemgrenzen ständig durchströmen.)) Manchmal ist die Aussage zu hören, wegen des Energiesatzes "gäbe es keine Energieverluste". Das ist Unsinn: Dies würde nur gelten, wenn alle Systeme streng geschlossene Systeme wären - Energieströme, welche ansonsten die Grenzen eines Systems nach außen hin überschreiten, können mit Fug und Recht als "Energieverluste" bezeichnet werden: Verloren für das System. \\ \\ Ein drastischer Vergleich: Wenn ich Geld "zum Fenster raus" werfe, dann ist dieses Geld für mich verloren. </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff11_abgeschlossenes_sys.png?650|}}\\  <sub>**Abb. 11 Der Energieerhaltungssatz gilt für jedes abgeschlossene System**</sub>\\ \\  | 
 |<WRAP box 10cm>Offene Systeme sind die Regel: Auch hier muss das System aber eindeutig charakterisiert werden durch eine räumlich abgrenzendend Systemhülle. Nur dass diese jetzt von Energie- und Stoffströmen überschritten werden kann. Der Vorteil des Energiebegriffs zeigt sich aber auch hier, denn es reicht jetzt offenbar, die "grenzüberschreitenden" Energieströme durch diese Hülle zu bilanzieren. Ist ein solcher Energiestrom negativ (vom System aus gesehen), so handelt es sich per Definition um einen Verlust, ist er positiv, handelt es sich um von außen zugeführte Energie. Nun ist die Energiebilanz offensichtlich((in Analogie zu einer Stoffbilanz)): Die Änderung der Energieinhalts (der "Inneren Energie") ist gleich der Summe aller die Hülle durchtretenden Energieströme; oder, m.a.W.: Die Differenz von Energiegewinnen minus der Energieverluste. </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff12_offenes_sys.png?650|}}<sub>**Abb. 12 Bei offenen Systemen kann es (...wird es) Energieverluste geben; das sind die Energieströme, die das System verlassen **</sub>\\ \\  | |<WRAP box 10cm>Offene Systeme sind die Regel: Auch hier muss das System aber eindeutig charakterisiert werden durch eine räumlich abgrenzendend Systemhülle. Nur dass diese jetzt von Energie- und Stoffströmen überschritten werden kann. Der Vorteil des Energiebegriffs zeigt sich aber auch hier, denn es reicht jetzt offenbar, die "grenzüberschreitenden" Energieströme durch diese Hülle zu bilanzieren. Ist ein solcher Energiestrom negativ (vom System aus gesehen), so handelt es sich per Definition um einen Verlust, ist er positiv, handelt es sich um von außen zugeführte Energie. Nun ist die Energiebilanz offensichtlich((in Analogie zu einer Stoffbilanz)): Die Änderung der Energieinhalts (der "Inneren Energie") ist gleich der Summe aller die Hülle durchtretenden Energieströme; oder, m.a.W.: Die Differenz von Energiegewinnen minus der Energieverluste. </WRAP>|{{:energieeffizienz_jetzt:eeff12_offenes_sys.png?650|}}<sub>**Abb. 12 Bei offenen Systemen kann es (...wird es) Energieverluste geben; das sind die Energieströme, die das System verlassen **</sub>\\ \\  |
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