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Möglichkeiten zur Reduzierung des Strombedarfes

Zur Entwicklung des Strompreises

Abgesehen von einer kleinen Entspannung im Zusammenhang mit der Liberalisierung des Strommarktes im Jahr 2000, stieg der Strompreis in der Bundesrepublik Deutschland beständig auf 0,25 € im Jahr 2011. Dies wird zunächst so bleiben, da mit höheren Rohstoffkosten gerechnet werden muss. Zusätzlich wirkt sich die EEG-Umlage preistreibend aus. Dies bis zu dem Zeitpunkt, an dem Erneuerbare Energien in der Lage sind, Strom kostengünstiger bereitzustellen, als (die sich stetig verteuernden) konventionellen Energieträger. Hieraus könnte sich ab dem Jahr 2020 ein Absinken des Strompreises ergeben, welches jedoch nur stattfinden wird, wenn Effizienzpotentiale in erheblichem Umfang erschlossen werden. Ansonsten wird die hohe Nachfrage, unabhängig von den sinkenden Energiekosten, den Endkundenpreis weiter treiben – Zur Freude der Energieversorger.

Diesem Preisanstieg stehen die kontinuierlich sinkenden Kosten z. B. für Photovoltaikstrom gegenüber. Für 2012 kann für günstige Standorte die Netzparität erwartet werden. Dann ist der Preis von Photovoltaikstrom geringer als der Endkundenpreis des Netzstromes. Gelingt es, den Solarstrom zeitgleich zur (in Abhängigkeit von der Solarstrahlung schwankenden) Erzeugung zu nutzen (oder wirtschaftlich zu speichern), ergeben sich steigende wirtschaftliche Vorteile für Solarstrom produzierende „Eigenversorger“ (vgl. Abbildung 2).

Dessen eingedenk wird in diesem Artikel mit einem konstanten Strompreis vom 0,24 €/kWh gerechnet. Diese Annahme ist eher konservativ. Maßnahmen, welche unter diesem Gesichtspunkt wirtschaftlich sind, haben gute Aussichten, sich in der Realität als profitabel zu erweisen.

Abbildung 2:
Strompreisentwicklung in Deutschland (Prognose, in (realen) Preisen von 2011)


Genutzte Menge und Verteilung des Haushaltsstromes in Deutschland

Laut Forsa (2011) liegt der durchschnittliche Strombedarf bei ca. 3,2 MWh pro Haushalt und Jahr. Mit dieser Strommenge ließen sich (via Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 3,0) über 600 m² Passivhaus beheizen. Dieser Vergleich zeigt die Relevanz des Haushaltsstromes deutlich.

Abbildung 3:
Verteilung des Haushaltsstroms
in Deutschland


Grafik: PHI,
Daten: Bundesverband Windenergie
2009


Abbildung 3 zeigt die Verteilung des Haushaltsstromes 2009. Grob können die Verbräuche auf 4 Gruppen aufgeteilt werden: Weiße Ware mit einem Anteil von 50 % (Kühlen, Kochen, Spülen, Waschen, Trocknen), Multimedia mit 26 % (PC, Kommunikation, Fernsehen und Radio), Beleuchtung 13 % und 11 % Sonstiges. Während die Anteile von Beleuchtung und Weißer Ware kontinuierlich abnehmen, wächst der Multimediaanteil beständig. In allen Bereichen sind jedoch noch immer erhebliche Effizienzpotentiale wirtschaftlich zu erschließen.

Im Folgenden werden diesbezüglich Möglichkeiten aufgezeigt. Dabei werden jeweils „Standardlösungen“ mit „Best Practice“-Varianten verglichen. Eine gute Marktübersicht zu den energiesparenden Elektrogeräten bieten Datenbanken wie z. B. Ecotopten oder EU Energystar. Die Energiebedarfswerte für die angeführten Produkte wurden eben diesen Datenbanken entnommen, die wiederum Herstellerdatenblätter zitieren, welche Normverbräuche ausweisen. Diese Normverbräuche werden unter bestimmten Laborbedingungen gemessen und erlauben so einen Vergleich der verschiedener Produkte unter den definierten Bedingungen. Inwiefern diese Normverbräuche mit der Praxis übereinstimmen, hängt zum einen vom Nutzerverhalten, zum anderen aber von der Realitätsnähe der Testverfahren ab. Beides bedarf künftiger Untersuchungen.

Zusätzlich wird ein Blick auf das mittelfristig mit hoher Wahrscheinlichkeit technisch umsetzbare Potential geworfen. Am Ende des Beitrages werden alle Maßnahmen am Beispiel eines Referenzgebäudes auf der Basis des Passivhauses Kranichstein in drei Varianten zusammengefasst: „Referenz“, „Best Practice“ und „PHI Zukunft“. Die für diese Szenarien verwendeten Komponenten sind in den folgenden Grafiken entsprechend vermerkt.

Kühlen und Gefrieren

Vom energiefressenden Kühlmonster mit undichtem, korkisoliertem Kühlraum zum hocheffizienten Kühlgerät mit dichtschließender Tür, Vakuumisolierung und geregeltem Kompressor war und ist es ein weiter Weg. Einen deutlichen Schritt in Richtung Energieeffizienz ergab die Einführung von Luftdichtungen aus Gummi mit Magneteinlage, die gleichzeitig eine luftdichte Verbindung zwischen Tür und Korpus schaffen und die Tür in Position halten. Vakuumisolierungen werden bereits bei vielen Modellen eingesetzt. Geregelte Wärmepumpen sind mittlerweile auch in kleinen Leistungen marktverfügbar, ihre Anwendung in Kühlschränken ist nur eine Frage der Zeit. Beim Studium von Datenbanken effizienter Kühlschränke fällt auf, dass der Preis von Produkten mit gleicher Ausstattung nicht mit dem Energiebedarf korreliert. Oftmals sind effizientere Geräte eines Herstellers bei ansonsten gleichen Eigenschaften preiswerter als ineffizientere Geräte. Produkte mit schlechterer Effizienzklasse als „A+“ sind kaum noch marktverfügbar. Sehr effiziente Produkte erreichen „A+++“.

Für den Arbeitskreis kostengünstige Passivhäuser Nr. 46 „Nachhaltige Energieversorgung mit Passivhäusern“ (Protokollband hier bestellen) wurde ein im Rahmen des Arbeitskreises Kostengünstige Passivhäuser Nr. 7 „Stromsparen im Passivhaus“ [AkkP 7] entwickeltes Simulationstool für Kühlgeräte durch Wolfgang Feist aktualisiert.

Abbildung 4:
Barwerte und Jahresenergiebedarf realer und simulierter Kühl-Gefrierkombinationen


In Abbildung 4 sind die Barwerte und Jahresenergiebedarfe realer und simulierter Kühl-Gefrierkombinationen dargestellt. Um eine bessere Vergleichbarkeit zu erreichen, wurden Geräte von nur einem Hersteller gewählt. Auffällig ist, dass bei gleicher Geräteausstattung das Gerät mit der Effizienzklasse A++ teurer ist, als jenes mit der Effizienzklasse A+++. Im Barwertvergleich stellt sich das Gerät mit A+++, als die deutlich beste marktverfügbare Lösung dar. Die Simulation „PHI Gut 2011“ entspricht in Dämmung und Technik dem A++ Siemens-Gerät und weist praktisch denselben Jahresstromverbrauch auf, was als Beleg für die Tauglichkeit der Simulation gelten kann. Für die Simulation „PHI Zukunft“ wurde mit einer dickeren und weiter verbesserten Vakuum-Dämmung gerechnet. Hierfür entstehen höhere Kosten. Des Weiteren kam eine modulierende Wärmepumpe zum Einsatz, die eine deutlich erhöhte Jahresarbeitszahl ermöglicht. Auch hierfür fallen erhöhte Kosten an. Auf diese Weise kann der Strombedarf im Vergleich zum „Best Practice-Gerät“ nochmals mehr als halbiert werden.

Trotz der höheren Investitionskosten ergibt sich im Barwertvergleich ein deutlicher Kostenvorteil gegenüber den bisher betrachteten Varianten. Bei der Variante „PHI Lüftung Kombi“ wird nicht die Raumluft, sondern die Außenluft in der Außenluftleitung der Lüftungsanlage genutzt. Hierdurch verbessert sich die Jahresarbeitszahl nochmals deutlich, es resultiert annähernd eine nochmalige Halbierung des Energiebedarfes. Auf diese Weise wird der Kühlschrank von einem Küchengerät zum Teil der Haustechnik und muss in direkter räumlicher Nähe zur Lüftungsanlage aufgestellt werden. Es ist fraglich, ob dies praktikabel ist. Sicherlich kann eine solche Kombination nicht in großen Stückzahlen produziert werden, so dass Skaleneffekte bei der Herstellung nicht berücksichtigt werden können.

Die Stromkostenersparnis kann die gestiegenen Investitionskosten nicht mehr kompensieren, die Kühl-Gefrierkombination „PHI Zukunft“ bleibt die wirtschaftlichste Lösung. Dessen ungeachtet zeigt sich, dass der heute übliche Verbrauch um über 85 % reduziert werden kann. Und das zu, auf das Referenzgerät bezogenen, deutlich geringeren Kosten. Wird die Idee der Integration der Lebensmittelkühlung in die Haustechnik konsequent weiter gedacht, so ist vorstellbar, dass der Kühlschrank / die Gefriertruhe, als (weitere) Quelle für eine Warmwasser- oder Heizungswärmepumpe dienen könnten. Eine „extra“ Wärmepumpe für die Lebensmittelkühlung würde obsolet. Auch liegt im mitteleuropäischen Klima die Außentemperatur zumindest in der Nacht, während des überwiegenden Teils des Jahres, unter der gewünschten Temperatur im Kühlschank. Eine freie Kühlung wäre also prinzipiell über weite Teile des Jahres möglich. Eine charmante Möglichkeit könnten hier Heatpipes (Wärmerohre) darstellen, die die Außenluft der Lüftungsanlage als Kältequelle nutzen. Solche integrierten Konzepte könnten für Fertighaus-Hersteller oder große Wohnungsbauunternehmen besonders interessant und möglicherweise auch wirtschaftlich sein.

Wird der Referenzkühlschrank durch das „Best Practice“-Modell substituiert, beträgt das Einsparpotential 166 kWh/a, bei der Variante „PHI Lüftung Kombi“ sind es 285 kWh/a. Mit dieser Energie können via Wärmepumpe 33 bzw. 60 m² Passivhaus (15 kWh/(m²a), JAZ 3,0) beheizt werden (Das Referenzgebäude hat eine Energiebezugsfläche von 156 m²).

Kochen

Vergleichsweise unspektakulär stellt sich das Thema Kochen dar. Verglichen werden hier Herde mit einem Glaskeramik-Kochfeld und einem Induktionskochfeld. Bei dieser Technik wird die Energie direkt ohne Umweg über eine Herdplatte oder das Glaskeramik-Kochfeld in den Topfboden übertragen. Hierdurch entfallen Wärmeübergangswiderstände und Leitungsverluste. Die Effizienz steigt. Für die Variante „PHI Zukunft“ wurde eine weitere Reduktion von 20 % angenommen, die mit verbesserter Induktionstechnik und optimiertem Kochgeschirr begründet werden kann (vgl. Abbildung 5). Eine deutliche Einsparung, auch bei primärenergetischer Betrachtung, ergäbe sich zweifelsohne durch die Verwendung von Gas anstelle von Strom.

Abbildung 5:
Barwerte und Energiebedarf von Elektroherden


Spülen

Anders als bei den Kühlschränken können bei Spülmaschinen deutliche Mehrkosten für ressourceneffiziente Geräte festgestellt werden. Die Ressourceneffizienz beinhaltet hier sowohl den Wasser-, als auch den Strombedarf. Dem Wasserbedarf kommt hier eine besondere Bedeutung zu, je weniger Wasser benötigt wird, umso weniger muss auch erwärmt werden. Daher ist der Strombedarf auch vom Wasserbedarf abhängig. Prinzipiell ist es natürlich möglich, bereits vorgewärmtes Wasser (von einer thermischen Solaranlage, einem Biomassekessel oder einer Warmwasserwärmepumpe) zu beziehen, durch die sich der Strombedarf weiter merklich senken ließe. Auch hier bestände auf diese Weise prinzipiell die Möglichkeit einer stärkeren Integration in die Gebäudetechnik. Diese Möglichkeit wird allerdings hier nicht weiter diskutiert.

Konkret betrachtet wurden hier zwei Geschirrspülermodelle eines Herstellers. Darauf aufbauend wurde ein Modell „PHI Zukunft“ entwickelt, welches, hinsichtlich Strom- und Wasserbedarf, noch einmal um den relativen Effizienzsprung vom „Standard-“ hin zum „Best Practice“-Modell verbessert wurde und dasselbe kostet, wie das heutige „Best Practice“-Modell (vgl. Abbildung 6). Der Wasserpreis wurde mit 5 €/m³ angesetzt und versteht sich inklusive Abwassergebühren. Er liegt damit eher im unteren Bereich des heute in Deutschland Üblichen.

Erfreulicherweise kann auch hier festgestellt werden, dass unter den gegebenen Randbedingungen, das effizientere Modell die ökonomisch beste Wahl ist.

Abbildung 6:
Barwerte, Energie- und Wasserbedarf von Geschirrspülern


Waschen

Bei der ökonomischen Betrachtung von Waschmaschinen wird noch deutlicher als bei den Geschirrspülern der Wasserbedarf relevant. Auch hier besteht prinzipiell die Möglichkeit einer stärkeren Einbindung in die Haustechnik durch einen Warmwasser-Anschluss, die, aufgrund des höheren Warmwasserbedarfes, sogar eine höhere Relevanz aufweist als bei Geschirrspülern. Der hohe Warmwasserbedarf in Verbindung mit dem relativ sauberen Abwasser legt zunächst eine Abwasserwärmerückgewinnung (mittels Wärmetauscher oder Wärmepumpe) nahe. Da jedoch erst warmes Wasser gebraucht wird, bevor warmes Abwasser entsteht, ist diese Option auf den zweiten Blick nicht sinnvoll.

Konkret wurden auch hier zwei unterschiedlich effiziente Modelle eines Herstellers betrachtet, die Methodologie für die Erzeugung der Variante „PHI Zukunft“ folgt der bei Geschirrspülern beschriebenen. Auch hier entstehen für das effizientere Modell nur wenige Mehrkosten, die durch die Energie- und Wassereinsparung während der Nutzungsdauer deutlich überkompensiert werden (vgl. Abbildung 7).

Abbildung 7:
Barwerte, Energie- und Wasserbedarf von Waschmaschinen


Trocknen

Beim Trocknen handelt es sich um eine Heiz- und Entfeuchtungsaufgabe. Das zu trocknende Gut wird mittels eines Luftstromes erwärmt und gibt Feuchtigkeit an den Luftstrom ab. Dieser wird dann ins Freie geblasen. Hier besteht die Möglichkeit einer Umlufttrocknung mit zwischengeschalteter Wärmepumpe: Der Luftstrom wird durch den Kondensator erhitzt, die relative Luftfeuchte nimmt ab. Der nun warme und trockene Luftstrom nimmt Feuchtigkeit aus der Wäsche auf. Am Verdampfer wird die Luft gekühlt, Wasser kondensiert aus und wird abgeleitet. Die Luft mit nun geringer absoluter Feuchte wird am Kondensator wieder erhitzt und abermals durch die Wäsche geleitet. Auf diese Weise kann ein Trockner sehr effizient arbeiten. Das hier gewählte „Best Practice“-Gerät verfügt über eine solche Wärmepumpe. Diese macht den Trockner ca. ein Fünftel teurer, als die Standardvariante. Aber auch hier ergibt sich ein ökonomischer Vorteil durch die Bewertung des Lebenszyklusses. Zusätzlich wurde ein Trockenschrank betrachtet. Dieser wird in die Abluft der obligatorischen Lüftungsanlage geschaltet. Der Schrank ist recht preiswert und hält zudem 30 Jahre. So entsteht ein minimaler Kalkulationsinvest (Der Kalkulationsinvest ist der Invest abzüglich des Restwertes des Gerätes am Ende des Betrachtungszeitraumes). Die minimalen Energiekosten ergeben sich aus dem zusätzlichen Druckverlust der Lüftungsanlage und der damit verbundenen Erhöhung der Antriebsenergie. Durch die Verdunstungsenthalpie wird die Abluft gekühlt, diese Wärme wird jedoch (teilweise) durch Kondensation im Lüftungswärmetauscher wieder frei und wurde daher hier nicht angesetzt. Da ein Trockenschrank größer ist als ein Wäschetrockner, wurden hier zusätzlich Kosten für zusätzliche Wohnfläche angesetzt. Ob dies wirklich notwendig ist, kann aber bezweifelt werden, da marktübliche Trockenschränke mit Größen von 60 * 60 * 145 cm auf eine Waschmaschine passen [Der Autor dankt Herrn Architekt Zielke für den entsprechenden Hinweis während der Veranstaltung].

Eine noch einfachere und preiswertere Lösung ist die klassische „Wäscheleine“, die im Passivhaus wegen der Lüftungsanlage wieder möglich wird. Sie bringt im Winter zusätzlich den angenehmen Effekt einer Raumluftbefeuchtung und kann daher uneingeschränkt empfohlen werden – jedoch nur in Passivhäusern. In Gebäuden ohne Lüftungsanlage besteht durch die größere Feuchtelast, bei in der Regel unzureichender Belüftung und kälteren Bauteiloberflächen, ein deutlich erhöhtes Schimmelrisiko.

Abbildung 8:
Barwerte, Energie- und Flächenbedarf von Trocknern


Beleuchtung

Die Effizienz von Leuchtmitteln kann in Lumen pro Watt [lm/W] angegeben werden, also dem emittierten Lichtstrom des Leuchtmittels pro Watt elektrischer Leistung. Je mehr Lumen aus einem Watt gewonnen werden können, umso effizienter ist das Leuchtmittel.

Glühbirnen sind mit Recht schon lange als Stromfresser verschrien. Sie setzen den weitaus größten Teil der eingesetzten Energie in Wärme um, nur einen kleinen in Licht. Im Grunde kann hier eher von einer direktelektrischen Heizung, denn von einer Beleuchtung gesprochen werden. Einer Heizung, die ungewollt auch an lauen Sommerabenden arbeitet, wenn eher Kühlen, denn Heizen angesagt ist. Diese Glühlampen haben, primärenergetisch bewertet, etwa die Effizienz von Petroleum-Starklichtlaternen aus dem vorletzten Jahrhundert. Ihre Beleuchtungseffizienz beträgt um 12 lm/W, bei kleinen Leistungen sinkt die Effizienz weiter. Glühbirnen sind in der EU und in vielen weiteren Staaten, so auch in China, mittlerweile verboten oder nur eingeschränkt zulässig. Dem schlechten Wirkungsgrad steht ein angenehmes, natürliches und warmes Licht gegenüber. Auch haben diese Leuchtmittel keine Aufwärmphase und strahlen sofort nach dem Einschalten mit voller Helligkeit. Allerdings liegt die Lebensdauer bei mageren 1.000 Stunden. Eine nur wenig bessere Effizienz um 20 lm/W haben Halogenlampen. Diese werden mit einer höheren Temperatur betrieben, sodass weniger Licht im nicht sichtbaren infraroten Bereich abgestrahlt wird. Dies ist aufgrund des Füllgases im Lampenkolben möglich, welches mit von der Glühwendel sublimierten Atomen reagiert, so deren Kondensation am kühleren Glaskolben verhindert und sie zurück zur Glühwendel bringt, wo sich die Atome wieder anlagern.

Kompakte Niederdruck-Quecksilberdampflampen, bekannt als Energiesparlampen und auch CL- (Compact Lumineszenz) Lampen, sind als Alternative bekannt und weisen mit bis zu 55 lm/W eine deutlich höhere Effizienz auf. Sie bestehen aus dem eigentlichen Leuchtmittel und einem Vorschaltgerät. Die anfänglichen Probleme mit flackerndem und unnatürlichem Licht bei modernen Energiesparlampen wurden mittlerweile gelöst. Nachteilig sind jedoch Aufheizzeiten und im Vorschaltgerät und im Lampenkolben eingesetzte, teilweise umweltschädliche Stoffe. Dennoch ergeben aktuelle Studien, dass sich ein deutlicher Lebenszyklusvorteil gegenüber den Glühbirnen ergibt. Leuchtstoffröhren sind den CL-Lampen mit bis zu 90 lm/W bei Dreibandenleuchten deutlich überlegen und sollten eingesetzt werden, wo dies möglich ist.

Die neue Alternative zu Glühlampen sind LED-Leuchtmittel, denen aus heutiger Sicht klar die Zukunft gehört. LEDs (Light Emitting Diode) sind Halbleiter-Bauelemente ähnlich Computerchips, die Licht in einer bestimmten Wellenlänge abstrahlen. Weißes Licht wird, wie bei Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren, über den Umweg einer fluoreszierenden Leuchtschicht möglich, die das ursprünglich abgestrahlte blaue Licht in verschiedene Weißtöne umwandelt. Auch hier sind mittlerweile akzeptable Farbwiedergabewerte bis Ra = 95 erreicht, was ein ausgesprochen guter Wert ist (Ra = 100 entspricht dem Spektralverlauf eines schwarzen Strahlers und dem Spektrum einer Glühlampe). Ihre Nutzungsdauer liegt bei bis zu 50.000 Stunden, was völlig neue Lampenkonzepte ermöglicht. Die Nutzungsdauer ist als „vorüber“ definiert, wenn die LED weniger als 80 % ihrer ursprünglichen Leuchtkraft aufweist. Im Vollbetrieb entsprechen die 50 000 Stunden einer Nutzungsdauer von über 5,7 Jahren, bei 4 Stunden täglicher Nutzung über 30 Jahre. Sie benötigen bei der Produktion deutlich weniger Ressourcen als CL-Lampen, darunter jedoch schwer verfügbare Stoffe, wie die sogenannten „Seltenen Erden“. Bei der erreichbaren langen Lebensdauer fällt dies aber kaum ins Gewicht. Die Lichtausbeute ist abhängig von der Farbtemperatur. Bei 6600 K (sehr kaltes Licht, entsprechend einem bedeckten Himmel) liegt das physikalisch mögliche Maximum bei 350 lm/W. 250 lm/W wurden im Labor bereits erreicht. Die besten heute (Stand: Mai 2012) verfügbaren LEDs liegen, betrieben bei niedrigen elektrischen Strömen und für Beleuchtungszwecke relevanten Lichtströmen, bei ca. 150 lm/W mit kaltem Licht und 130 lm/W mit warmem Licht. Allerdings ohne Vorschaltgerät und mit einem teilweise schwachen Farbwiedergabeindex. LED-Leuchtmittel als Ersatz für Glühlampen liegen heute bei maximal 68 lm/W für warmweiße Leuchtmittel und 81 lm/W für kaltweise Leuchtmittel. Oftmals werden noch minderwertige Produkte von schlecht geschultem Verkaufspersonal angeboten. Es ist anzuraten, LED-Produkte im seriösen Internethandel, z. B. bei Lumitronix (www.LEDs.de) zu erwerben.

Abbildung 9 zeigt Barwerte und Lichtausbeuten ausgewählter Leuchtmittel. Die Werte für die Chips (Samsung 3535, Best Labor und theoretisch möglich) gelten ohne Vorschaltgerät. Erfreulicherweise schneidet die Glühlampe im Barwertvergleich deutlich am schlechtesten ab. Und auch die Energiesparlampe wird von der Samsung Classic A60 bei vergleichbarer Farbwiedergabe und Lichtfarbe bezüglich Effizienz und Barwert in den sprichwörtlichen Schatten gestellt. Wie bereits erwähnt, tragen Glühbirnen mit ihrer schlechten Effizienz zur Heizung im Passivhaus bei. Bei effizienteren Leuchten ist das weniger der Fall. Je effizienter ein Leuchtmittel ist, umso mehr muss im Winter „zugeheizt“ werden. Dies wird durch den „Barwert Wärme“ berücksichtigt.

Werden die im PHPP hinterlegten Algorithmen zur Ermittlung des Beleuchtungsenergiebedarfes verwendet, so werden für das „Referenzhaus Kranichstein“ bei Verwendung der Samsung Classic 640 kWh/a und bei Verwendung der Samsung 3535 Warm 700 kWh/a elektrischer Strom gegenüber der Beleuchtung mit Glühbirnen eingespart. Mit dieser Energie können via Wärmepumpe 128 bzw. 140 m² Passivhaus (15 kWh/(m²a), JAZ 3,0) beheizt werden (Das Referenzgebäude hat eine Energiebezugsfläche von 156 m²).

Abbildung 9:
Barwerte und Lichtausbeuten verschiedener Leuchtmittel


Fernsehen

Die Nutzungsdauer von Unterhaltungselektronik ist, durch schnell wechselnde Produktpaletten und die sich rasant entwickelnde Technik, deutlich kürzer als bei der „Weißen Ware“. Sie wurde hier mit 5 Jahren angenommen. Das ist der Grund, warum selbst bei mäßig effizienten Geräten die Investitionskosten in der Lebenszyklusbetrachtung überwiegen.

Heute arbeiten Fernseher mit TFT- oder LCD-Displays, die hintergrundbeleuchtet sind. Die einzelnen Pixel der Displays ändern je nach Ansteuerung ihre Farbdurchlässigkeit. Das nicht durchgelassene Lichtspektrum wird absorbiert und in Wärme umgewandelt. Der nächste Entwicklungsschritt sind LED-Displays bei denen jedes einzelne Pixel aus einer RGB-LED besteht, die selbst jede „Lichtfarbe“ emittieren kann. Es wird nur die Lichtfarbe erzeugt, die gerade gebraucht wird. Deutlich höhere Effizienzen sind möglich. Dieses Prinzip wurde für die Variante PH Zukunft angenommen (vgl. Abbildung 10). Die Verwendung in Entwicklung befindlicher organischer LEDs anstelle der heute üblichen anorganischen kann weitere Vorteile bringen. Die LED-Technologie ermöglicht hier Einsparungen von über 80 % im Vergleich zum Standard-Fall.

Abbildung 10:
Barwerte und Jahresstrombedarfe von Fernsehgeräten


Ein weiterer Entwicklungsschritt sind sogenannte Dry-Ink oder E-Ink-Systeme. Heute findet dieses Prinzip beispielsweise im „Kindle“ von Amazon (Anzeigegerät für elektronische Bücher – pdf-Dateien etc.) und in einigen Mobiltelefonen Anwendung. Bei dieser Technologie verändert sich die Farbe eines Pixels (bisher nur schwarz oder weiß) durch das Anlegen einer Spannung, wie wenn ein Farbplättchen, das auf der einen Seite weiß und auf der anderen schwarz ist, herumgedreht wird. Nur für das Herumdrehen, also für den Bildwechsel, wird Energie benötigt. Diese Displays emittieren selbst kein Licht, sondern nutzen das Umgebungslicht und sind ungeachtet der Helligkeit lesbar, auch in hellem Sonnenschein. Nachteile dieser Technik sind derzeit noch die geringe Reaktionsgeschwindigkeit und die beschränkte Möglichkeit, Farben darzustellen. Das Beispiel Kindle zeigt jedoch eindrucksvoll, wie sich diese Technik schon heute bewehrt. Das Topmodell Kindle Touch verfügt über einen Touchscreen, kann eine große Anzahl an Dateiformaten lesen, ermöglicht die Eingabe persönlicher Notizen in einem Dokument, hält einen Webbrowser bereit und kann Audio Dateien abspielen. Die Akkulaufzeit gibt Amazon mit bis zu 2 Monaten [sic!] an.

Computer

Für Computermonitore gilt das unter dem Abschnitt Fernsehen ausgeführte analog. Von Notebooks ist bekannt, dass sie, auch bei gleicher Leistung, deutlich weniger Energie benötigen, als Desktop-PCs. Dies, weil seitens der Kunden eine lange Akkulaufzeit gewünscht ist und die Akkumulatoren bei gegebenen Gehäusegrößen und Gewichten nicht beliebig groß werden können.

Zunehmend wird die ja seit langem verfügbare Notebook-Technologie auch in Desktop-PCs eingebaut und macht diese bei gleicher Leistung sparsamer. Ein solches Gerät wurde für die Variante „Best Practice“ mit einem Leistungsbedarf im Arbeitsmodus von 21 Watt angenommen (siehe Abbildung 11). Eine andere Strategie ist die Nutzung von Net Tops, welche Teile der Prozesse und auch Teile des Speicherplatzes auf zentrale Server auslagern, die sowohl Rechenleistung als auch Speicherplatz effizienter bereitstellen können. Zudem werden, gerade im Bürobereich, durch eine solche Maßnahme die Kühllasten gesenkt und aus den Büroräumen in die Serverräume verlagert. Auf diese Weise wird die Temperierung der Büroräume vereinfacht. Wie bei Kühlschränken fällt bei Computermonitoren auf, dass effizientere Geräte bei ansonsten gleicher Ausstattung (auch von gleichen Herstellern) nicht teurer sind.

Noch weniger Energie braucht z.B. das iPad von Apple, das bereits einige rudimentäre Office-Anwendungen erlaubt. Hier wird sowohl durch intelligentes Ressourcenmanagement, hochwertige Bauteile, als auch eine optimierte Programmierung der Leistungsbedarf während des Arbeitsmodus auf 3 Watt gedrückt. Dieser Wert ist in Verbindung mit einem LED-Monitor mit einer Lichtausbeute von 250 lm/W (7 W) die Grundlage für die Variante „PHI Zukunft“. In Summe benötigt diese Kombination 10 W im Arbeitsmodus. Das aktuelle ASUS EeePad Transformer Prime nimmt ca. 2 W Leistung auf und verfügt über ein Android-Betriebssystem mit Office-Anwendungen. Das für Herbst 2012 geplante Windows 8 erlaubt es auch auf solchen Endgeräten, in der gewohnten vollwertigen Office-Umgebung zu arbeiten. Bezogen auf den Standard Fall sind hier Einsparungen von über 90 % möglich, die vergleichbar mit dem Jahresheizwärmebedarf von Bestandsgebäuden und Passivhäusern sind.

Abbildung 11:
Barwerte und Jahresstrombedarfe von Computern


Kleingeräte

Es darf erwartet werden, dass auch Kleingeräte beständig energieeffizienter werden. Beispiele sind kompakte HiFi-Anlagen, Schaltnetzteile oder Staubsauger, die durch eine spezielle Luftführung, welche die Zentrifugalkraft nutzt, nicht nur weniger Strom brauchen, sondern auch noch ohne Staubsaugerbeitel auskommen. Ausgehend vom Standardfall wurde für „Best Practice“ und „PHI Zukunft“ mit jeweils einer Reduktion des Energieverbrauchs von 20 % bei gleichen Investitionskosten gerechnet.

Zusammenwirken im Referenzgebäude „Kranichstein“

Abbildung 12 zeigt die kumulierten Kosten (Barwerte über 10 Jahre) im Beispielgebäude „Kranichstein“. Bei diesem Beispielgebäude handelt es sich um die Originalgeometrie des Gebäudes, die technische Ausstattung wurde jedoch verändert. Beispielsweise wird im realen Gebäude mit Gas gekocht.

Vom Referenzfall zum „Best Practice“ können, trotz höherer Investitionskosten, über die 10 Jahre 1700 € und 38 % Strom eingespart werden. Deutlich sichtbar ist allerdings, dass der Stromeinsparung ein Wärme-Mehrbedarf gegenübersteht.

Im Fall „PHI Zukunft“ sind, wegen des Trockenschrankes und den geringeren Kosten für die Beleuchtung, sogar die Investitionskosten merklich niedriger als beim Referenzfall. Hier betragen die Stromeinsparungen satte 65 % und über 10 Jahre können über 4000 € eingespart werden.

Abbildung 12:
Zusammenwirken im Beispielgebäude


Grafik: PHI


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