Handbuch Energieeffiziente Querschnittstechnologien.

Handbuch
Energieeffiziente Querschnittstechnologien.

Handbuch
Energieeffiziente Querschnittstechnologien.
Einleitung zum Thema Energieeffizienz.
Q1
Energiemanagement.
Q2
Energieberatung.
Q3
Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.
Q4 Motoren und Antriebssysteme.
Q5
Pumpen und Pumpensysteme.
bar
Q6 Druckluft und Druckluftsysteme.
Q7 Beleuchtung. (ab Herbst 2014)
Q8 Lüftung und Klimatisierung. (ab Herbst 2014)
Q9 Kälteerzeuger und Kälteversorgungssysteme. (ab Herbst 2014)
Q10 Informations- und Kommunikationstechnologien. (ab Herbst 2014)
Anhang.
Unternehmensdarstellungen.

Impressum.
Herausgeber.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Energiesysteme und Energiedienstleistungen
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel.: +49 (0)30 72 61 65-600
Fax: +49 (0)30 72 61 65-699
info@stromeffizienz.de
www.stromeffizienz.de
Druck.
Inhalt: Druckhaus Rihn GmbH
klimaneutral
natureOffice.com | DE-342-820264
gedruckt
Ordner: Bodensee Organisation Products GmbH & Co. KG
Konzept und Redaktion.
Stephan Blank
Carsten Grohne
Sebastian Peters
Anton Barckhausen
Ronald Ille
Tom Raulien
Ditmar Gründig
Peer Schütte
Andrea Grahl
Stand.
12/2013
Satz und Layout.
BBS Werbeagentur GmbH
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter
dem Zustimmungsvorbehalt der dena.
© 2013 Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Mit freundlicher Unterstützung von:

Vorwort.
Stephan Kohler
Vorsitzender der Geschäftsführung
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Immer mehr Unternehmen in Deutschland setzen auf Energieeffizienz.
Damit senken sie die innerbetrieblichen Energiekosten
und verbessern ihre Wettbewerbsfähigkeit. Sie leisten damit aber
auch einen wichtigen Beitrag zum Gelingen der Energiewende.
Schließlich muss jede Kilowattstunde Strom, die durch Energieeffizienzmaßnahmen
eingespart wird, nicht erzeugt und transportiert
werden. Unternehmen, die Energie effizient nutzen,
tragen somit maßgeblich zur Erreichung der Energieeffizienzund
Klimaschutzziele bei.
Trotz der schon laufenden Anstrengungen zur Erhöhung der
Energieeffizienz schöpfen die deutschen Unternehmen noch
lange nicht alle wirtschaftlichen Potenziale aus. Insbesondere
kleine und mittlere Unternehmen scheuen die Kosten solcher
Investitionen in Energieeffizienz, obwohl sich diese in der Regel
innerhalb weniger Jahre rechnen. Zudem ist in der Praxis das
Hintergrundwissen zur Umsetzung von Maßnahmen häufig
nur unzureichend vorhanden.
Das vorliegende Handbuch setzt genau hier an und gibt wertvolle
Hintergrundinformationen zu wesentlichen Querschnittstechnologien
und ihren individuellen Energieeinsparpotenzialen
an die Hand. So können z. B. in den Technologiebereichen Druckluft
bis zu 50 Prozent und bei Pumpensystemen bis zu 30 Prozent
der benötigten Energie eingespart werden. Im Bereich der Beleuchtung
sind dank moderner Technologien sogar 70 Prozent
der Energiekosten wirtschaftlich einzusparen. Die Deutsche
Energie-Agentur (dena) unterstützt Unternehmen im Rahmen
der bundesweiten Kampagne Initiative EnergieEffizienz bei der
effizienten Energienutzung mit umfangreichen Informationsangeboten
und praktischen Anwendertipps.
Erstmalig veröffentlicht die dena in Form eines praktisch und
übersichtlich gestalteten Ordners fundierte Informationen nicht
nur zu übergreifenden Themen wie Energiemanagement und
Energieberatung, sondern auch zu allen wesentlichen Querschnittstechnologien.
Dieses Handbuch soll dabei helfen, die
vorhandenen Energieeinsparpotenziale in Unternehmen konsequent
zu erschließen. Deshalb bietet es neben den technischen
Themen auch Hinweise zu finanzieller Förderung und zeigt
Finanzierungsmöglichkeiten für die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen
auf. Ergänzend dazu beinhaltet dieses
Handbuch erfolgreich umgesetzte Praxisbeispiele sowie Einblicke
in das Angebot unserer unterstützenden Partner in
separaten Beilegern.
Ich wünsche Ihnen viel Erfolg bei der Erschließung Ihrer
wirtschaftlichen Energieeffizienzpotenziale.

Energieverbrauch und -kosten in Industrie
und Gewerbe.
Nahezu 2,5 Billionen Kilowattstunden wurden im Jahr 2012 in
Deutschland insgesamt an Energie verbraucht. 1 Der Anteil von
Industrie und Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (GHD) an
diesem Endenergieverbrauch betrug 45 Prozent. 2
Zwar sank der Endenergieverbrauch Deutschlands in den
letzten zwei Jahrzehnten leicht, der Verbrauch der Industrie
dagegen stieg in den letzten zehn Jahren – trotz Verbrauchseinbruch
während der Finanz- und Wirtschaftskrise 2009 –
um elf Prozentpunkte (siehe Abbildung 1).
115 %
110 %
105 %
100 %
95 %
90 %
85 %
80 %
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Energieverbrauch Deutschland
Energieverbrauch GHD
Energieverbrauch Industrie
Abb. 1: Relative Entwicklung des Endenergieverbrauchs in Deutschland zwischen 2005 und 2012: Deutschland gesamt, Industrie sowie Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (GHD).
(Quelle: BMWi Energiestatistiken 08/2013)
Im gleichen Zeitraum stiegen die durchschnittlichen Energiepreise
der Industrie von Strom, Erdgas und Heizöl um rund 150
bis 450 Prozent. 3 Entsprechend wachsen die Energiekosten in
deutschen Unternehmen und mit ihnen der Handlungsdruck,
diesen steigenden Kosten mit Energieverbrauchssenkung
durch Energieeffizienzsteigerung entgegenzuwirken.
Betrachtet man die einzelnen Energieanwendungen und ihre
Anteile am Energieverbrauch im Bereich Industrie und verarbeitendes
Gewerbe in Deutschland, wird deutlich, wo in den
deutschen Unternehmen die größten Hebel zur Energiekostensenkung
liegen (siehe Abbildung 2): Brennstoffanwendungen
(Prozesswärme, Raumwärme, Warmwasser), die sich in nahezu
jedem produzierenden Unternehmen finden, machen mit 85
Prozent den größten Teil des Brennstoffverbrauchs aus.
14 %
1 %
85 %
Brennstoffverbrauch: 496 TWh
Prozesswärme (Brennstoffe)
Raumwärme/Warmwasser
Sonstige Brennstoffanwendungen
Abb. 2: Anteile der Wärmeanwendungen am Brennstoffverbrauch in Industrie und
Gewerbe im Jahr 2012. (Quelle: Anwendungsbilanzen Fraunhofer ISI 2013)
1
8.998 Petajoule entsprechen 2.499 Terawattstunden und 2.499.000.000.000 Kilowattstunden.
2
Der Anteil der Industrie am Gesamtendenergieverbrauch lag 2011 bei 29 Prozent, der Anteil von Gewerbe, Handel und Dienstleistungen bei 16 Prozent.
3
Preissteigerung in den Jahren 1995 bis 2011 von 445 Prozent bei Heizöl, 246 Prozent bei Erdgas und 156 Prozent bei Strom. (Quelle: BMWi Energiedaten Stand 13.08.2013)

1,4 Mrd. €
5 %
0,6 Mrd. €
2 %
0,6 Mrd. €
2 %
5,1 Mrd. €
18 %
3,3 Mrd. €
12 %
1,1 Mrd. €
4 %
0,2 Mrd. €
1 %
13,8 Mrd. €
49 %
Mechanische Energie
(Elektromotoren)
Druckluft
Pumpen
Prozesswärme (Strom)
Prozesskälte
Kältebereitstellung
Beleuchtung
IKT
Sonstige Stromanwendungen
Da Strom als Energieträger hochwertiger und teurer als Heizöl
oder Erdgas ist und in der Industrie überdurchschnittlich häufig
zum Einsatz kommt, ist auch der Stromverbrauch sehr relevant
für die Gesamtenergiekosten der Unternehmen. Die Stromkosten
in Industrie und produzierendem Gewerbe betrugen 2012 ca. 28
Milliarden Euro. Bei den Stromanwendungen wird rund die Hälfte
für Motoren eingesetzt. Aber auch weitere Querschnittstechnologien
wie Pumpen- oder Druckluftsysteme haben wesentliche
Anteile am Stromverbrauch (siehe Abbildung 3).
2,1 Mrd. €
7 %
Stromverbrauch: 226 TWh
Abb. 3: Aufteilung des Stromverbrauchs in Industrie und Gewerbe auf verschiedene
Anwendungen im Jahr 2012. (Quelle: Anwendungsbilanzen Fraunhofer ISI 2013)
Energieeffizienzpotenziale in Industrie
und Gewerbe.
Mit der Umsetzung von wirtschaftlichen Energieeffizienzmaßnahmen,
die ihre Investitionen innerhalb von maximal drei
Jahren durch Energiekosteneinsparungen refinanzieren,
können Unternehmen in Industrie und Gewerbe jährlich
mehrere Milliarden Euro einsparen. 4 Neben der Senkung der
innerbetrieblichen Kosten verbessern Unternehmen damit ihre
Wettbewerbsfähigkeit und leisten einen entscheidenden
Beitrag zu den Zielen der Energiewende: Die wirtschaftlichen
Einsparpotenziale liegen für Industrie und Gewerbe bei rund
10 Prozent.
Wie beim Energieverbrauch liegt auch bei der Energieeffizienz
die Brennstoffnutzung auf Platz 1 der größten Energieeffizienzpotenziale:
Über alle Branchen hinweg können durch ganzheitliche
Prozess- und Systemoptimierungen, verbesserte Abwärmenutzung
und Reduktion von Wärmeverlusten durch bessere
Isolation von thermischen Anlagen und Prozessen wirtschaftliche
Energieeffizienzpotenziale erschlossen werden, die 2020 zu
über 40 TWh weniger Endenergieverbrauch bei der Prozesswärme
führen können. Weitere 10 TWh lassen sich im Bereich
Raumwärme und Warmwasser durch effizientere Wärmeerzeugungsanlagen,
wie z. B. Brennwertkessel, sowie eine energieeffiziente
Optimierung von Gebäudehülle und Gebäudetechnik
erzielen.
Das Energieeinsparpotenzial bei Stromanwendungen liegt in
der Summe bei rund 25 TWh. Typische Maßnahmen zur Energieverbrauchssenkung
sind hier der Einsatz hocheffizienter Motoren
(IE3), die energetische Optimierung von Druckluft-, Pumpenund
Lüftungssystemen sowie der Einsatz moderner Technologien
bei Beleuchtung und IKT-Anwendungen. Die absolut
höchsten Einsparpotenziale liegen dabei bei Elektromotoren
4
Quelle: dena-Studie „Steigerung der Energieeffizienz mithilfe von Energieeffizienz-Verpflichtungssystemen“ aus dem Jahr 2012.

und sonstigen energie-intensiven Anwendungen (wie Elektrolyse
oder Prozesswärme); die prozentual höchsten relativen
Einsparpotenziale liegen mit jeweils über 20 Prozent bei
Beleuchtung und Druckluft.
Um die spezifischen Energieeffizienzpotenziale im eigenen
Unternehmen erschließen zu können, sollte mit der Bewertung
des Istzustands, der Ermittlung des Bedarfs und der Bewertung
der Energieeffizienz begonnen werden. Anschließend werden
verschiedene Energieeffizienzmaßnahmen geprüft und nach
verschiedenen Kriterien bewertet. Bei diesen Arbeitsschritten
können die Ratgeber dieses Handbuchs wertvolle Detailinformationen
und Hilfestellungen geben.
Die folgende Übersicht gibt einen Überblick über die im
Handbuch vorgestellten Querschnittstechnologien sowie die
übergeordneten Kapitel, z. B. zu Energiemanagement und
Energieberatung, und erleichtert so den Einstieg in die
folgenden Kapitel:
Informations- und
Kommunikationstechnologien.
Pumpen und
Pumpensysteme.
Beleuchtung.
Lüftung und
Klimatisierung.
Kälteerzeuger und Kälteversorgungssysteme.
Energieberatung.
Energiemanagement.
Wärmeerzeuger und
Wärmeversorgungssysteme.
Motoren und
Antriebssysteme.
Druckluft und
Druckluftsysteme.
Abb. 4: Querschnittstechnologien in diesem Handbuch.

Q1 Energiemanagement.
Bereits die Einführung eines Energiemanagements kann in
Unternehmen zu Energieeinsparungen von bis zu zehn Prozent
führen. Investive Maßnahmen, die auf Basis eines Energiemanagements
umgesetzt werden, können zusätzlich weitere
Einsparungen erbringen.
Ein Energiemanagement in einem Unternehmen ist ein kontinuierlicher
Prozess, bei dem im Rahmen eines sogenannten PDCA-
Zyklus (Plan-Do-Check-Act) regelmäßig der Istzustand mit den
strategischen und operativen Zielen abgeglichen wird und darauf
aufbauend neue Maßnahmen umgesetzt werden. Der Ratgeber
gibt hier wichtige Hilfestellungen und kann als Anleitung zur Einführung
eines betrieblichen Energiemanagements genutzt
werden. Im einführenden Kapitel werden die Grundlagen und
die zugrundeliegende Systematik erklärt. Hier werden die Vorteile,
Einsatzgebiete und Aufgaben eines Energiemanagements
aufgezeigt. Detailliert wird auf wichtige Schritte und Vorgehensweisen
eingegangen. Den Startpunkt eines Energiemanagements
setzt eine umfassende Energieanalyse. Sie gibt
einen Überblick über die Energieversorgungs- und Energieverbrauchsstrukturen
im Unternehmen. Darauf aufbauend
können Energiekennzahlen und ein Benchmarking gewonnen
werden, die eine fortlaufende Kontrolle des Energieeinsatzes
und des Erfolgs von durchgeführten Energieeffizienzmaßnahmen
ermöglichen. Der Ratgeber geht hier detailliert auf die
Planung, Bewertung, Priorisierung und Umsetzung solcher
Maßnahmen ein und zeigt abschließend, wie sie überprüft und
ggf. verbessert werden können. Darüber hinaus wird aufgezeigt,
was getan werden muss, um das eigene Energiemanagement
als Energiemanagementsystem gemäß DIN EN ISO 50001
zertifizieren lassen zu können.
Q2 Energieberatung.
Investitionen in Energieeffizienzmaßnahmen sind in der Regel
hochrentabel. Trotzdem werden die bestehenden wirtschaftlichen
Potenziale in der Praxis nicht oder nur unzureichend erschlossen.
Denn oft ist unklar, welche Einsparpotenziale bestehen
und wie diese vergleichsweise einfach gehoben werden können.
In diesem Fall ist eine Energieberatung durch einen externen
Experten die richtige Wahl, um die Energie kosten dauerhaft
senken zu können.
Der Ratgeber geht auf alle Aspekte einer guten Energieberatung
ein, vom Vorgespräch bis zum abschließenden Energieeinsparkonzept.
Die unterschiedlichen Schritte sowie Dauer und
Kosten werden dargelegt. So werden Unternehmen umfassend
auf eine Beratung vorbereitet. Hierzu zählt im Rahmen der
Erläuterungen zu den Unterschieden einer Initial- bzw. einer
Detailberatung beispielsweise die Benennung aller notwendigen
Dokumente, die ein Energieberater für eine gute und
effiziente Beratung benötigt. Hinweise zur Beratersuche
vereinfachen es Unternehmen, den für sie passenden Anbieter
dieser Energiedienstleistung zu finden. Ergänzend informiert
der Ratgeber über konkrete Fördermöglichkeiten, die für eine
Energieberatung in Anspruch genommen werden können.

Q3 Wärmeerzeuger und
Wärmeversorgungssysteme.
Fast jeder verarbeitende Betrieb nutzt industrielle Wärme, sei es
zur Dampf- und Warmwassererzeugung oder für den Betrieb
von Brennöfen oder Trocknungsanlagen. Mit einem Anteil von
57 Prozent am industriellen Gesamtendenergieverbrauch ist
Prozesswärme das mit Abstand energieintensivste Anwendungsfeld.
Gleichzeitig können durch Energieeffizienzmaßnahmen
Einsparpotenziale von häufig 30 Prozent erzielt und somit die
Energiekosten deutlich gesenkt werden.
In diesem Ratgeber wird die Energieeffizienz von Wärmeerzeugern
und Wärmeversorgungssystemen strukturiert nach den
verschiedenen Systemkomponenten und Anwendungen beleuchtet.
Das einführende Kapitel enthält Informationen zur
Bedeutung der Wärmeerzeugung in Unternehmen, zu technischen
Grundlagen und zum Einfluss von Wärmeversorgungssystemen
auf die Energiekosten. Darauf aufbauend werden
erste Ansätze und Vorgehensweisen zur Energieeffizienzsteigerung
vorgestellt.
Zur Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen bedarf es
einer grundlegenden Kenntnis der unterschiedlichen Komponenten
eines Wärmeversorgungssystems. Daher werden im
Ratgeber unterschiedliche Wärmeerzeugertechnologien
inklusive alternativer Erzeugungs- und Umwandlungstechnologien
sowie weitere Bestandteile wie die Wärmerückgewinnung
und Wärmespeicherung im Detail erläutert. Hinweise
zu verschiedenen Steuer- und Regelungsstrategien ergänzen
den Ratgeber und sorgen so für einen guten Überblick für
die energetische Verbesserung des Gesamtsystems.
Q4 Motoren und Antriebssysteme.
Motoren sind die zentralen Antriebseinheiten für nahezu alle
technischen Prozesse in produzierenden Unternehmen. Entsprechend
entfällt der größte Anteil des industriellen Stromverbrauchs
auf den Betrieb von Elektromotoren. Sie ermöglichen erst die
Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie und somit
die Funktionsfähigkeit von beispielsweise Pumpen- oder Druckluftsystemen.
Gleichzeitig bieten Antriebssysteme große Energieeffizienzpotenziale
von häufig 30 Prozent und mehr.
In einem ersten Schritt schafft der Ratgeber zunächst einen grundlegenden
Überblick zu verschiedenen Motorenarten. Hierbei wird
neben der Unterscheidung in Wechsel- und Gleichstrommotoren
zusätzlich detailliert auf die heutigen und zukünftigen gesetzlichen
Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von elek-
trischen Motoren eingegangen. Da zur Erreichung eines optimalen
Energieeinsatzes allerdings das gesamte Antriebssystem
betrachtet werden muss, wird zusätzlich auf weitere Komponenten
eingegangen. Hier rückt vor allem die Kraftübertragung
mittels Getriebe und dessen Wirkungsgrad in den Fokus. Die
Arbeitsmaschine versorgt letztlich das Unternehmen mit bestimmten
Medien wie Druckluft oder Kälte und findet in den folgenden
Ratgebern detailliertere Beachtung.
Der Ratgeber schließt mit Hinweisen zum optimierten Betrieb von
Antriebssystemen. So können der Stromverbrauch und die damit
verbundenen Kosten beispielsweise durch die Minimierung von
Leerlaufverlusten oder den Einsatz von Frequenzumrichtern
verringert werden.

Q5 Pumpen und Pumpensysteme.
Mit jährlich rund 23 Terawattstunden haben Pumpen einen
Anteil von rund elf Prozent am industriellen Stromverbrauch
in Deutschland. Der Energiebedarf von Pumpensystemen
hängt in erster Linie von der zu bewältigenden Förderaufgabe
ab. Mit zunehmender Förderhöhe und -menge steigen die
Energiekosten. Zusätzlich entstehen an vielen Stellen im
System Energieverluste, die den Energieverbrauch erhöhen.
Bei der Optimierung des gesamten Pumpensystems können
häufig bis zu 30 Prozent der Energiekosten eingespart werden.
Zur Verbesserung der Systemeffizienz eines solchen Pumpensystems
bedarf es einer systematischen Analyse und der Umsetzung
aufeinander abgestimmter Maßnahmen. Denn nur
wenn alle Einzelbestandteile optimal aufeinander abgestimmt
und auf die zu erbringende Förderaufgabe ausgelegt sind,
gelingt der Betrieb eines hocheffizient laufenden Pumpensystems.
Der Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme liefert hierfür die
passende Grundlage. Er erklärt im Detail verschiedene Pumpentypen
und die an sie gestellten Energieeffizienzanforderungen
sowie die wichtigsten Bestandteile eines Pumpensystems. Dabei
wird insbesondere auch näher auf den fachgerechten Einbau der
Pumpe und ein passendes Rohrleitungssystem eingegangen. Umfangreiche
Erläuterungen zur Steuerung, Regelung und Überwachung
von Pumpen und Pumpensystemen gewährleisten,
dass auch nach Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen
alle Systemkomponenten optimal betrieben werden können.
Q6 Druckluft und Druckluftsysteme.
Etwa sieben Prozent des industriellen Stromverbrauchs fallen
im Bereich der Druckluftanwendungen an. Druckluft ist einer
der kostenintensivsten Energieträger aufgrund der Energiemengen,
die zur Verdichtung der angesaugten Luft benötigt
werden. Diese Energiekosten können bei effizientem Einsatz
von Druckluft häufig um 50 Prozent gesenkt werden.
Die Energieeffizienzpotenziale bei Druckluftsystemen liegen in
verschiedenen Teilen des Systems verborgen. Ähnlich wie bei
Pumpensystemen bewirkt nur eine konsequente bedarfsorientierte
Auslegung aller Systemkomponenten einen optimalen,
energieeffizienten Betrieb.
Im Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme werden sowohl
die technischen Grundlagen der Drucklufterzeugung als auch
die wesentlichen Bestandteile eines Druckluftsystems ausführlich
vorgestellt. Die Kenntnis darüber, welche Stellschrauben im
System zu bedienen sind, ist die Grundlage für die richtige, an
den Anforderungen des individuellen Prozesses ausgerichtete
Wahl von Energieeffizienzmaßnahmen. Dabei wird unter
anderem ein Überblick über die verschiedenen Verdichterbauarten,
aber auch zu weiteren zentralen Bestandteilen wie der
Druckluftaufbereitung und -verteilung gegeben. Für jede
Komponente zeigt der Ratgeber Möglichkeiten auf, wie der
Energieverbrauch und damit die Energiekosten in einem
Druckluftsystem gesenkt werden können. Dies beginnt bei der
Auswahl des richtigen Kompressors, geht über eine optimierte
Drucklufttrocknung bis hin zur Eindämmung von Leckagen im
Rohrleitungsnetz. Ergänzt werden die Informationen durch
Erläuterungen zur optimalen Anlagensteuerung und -regelung
sowie einer bedarfsgerechten Instandhaltung und Wartung.

So nutzen Sie das Handbuch.
Das Handbuch „Energieeffizienz bei Querschnittstechnologien“
beinhaltet zehn Themenkapitel. Sie sind durch Register voneinander
getrennt. Für eine einfache Navigation innerhalb des
Handbuchs sind die Register jeweils mit einem individuellen
Icon versehen.
Q1
Q2
Energiemanagement.
Energieberatung.
Jedes Kapitel untergliedert sich in drei Bereiche, die voneinander
farblich und durch Trennblätter unterscheidbar sind:
Ratgeber.
Die Ratgeber beinhalten alle wichtigen Informationen
zur Analyse und Optimierung der entsprechenden
Querschnittstechnologie. Dabei werden sowohl die
einzelnen Komponenten als auch das Gesamtsystem
betrachtet. Weiterführende Informationsangebote zu
Publikationen oder Online-Tools ergänzen die Inhalte.
Q3
Q4
Q5
Wärmeerzeuger und
Wärmeversorgungssysteme.
Motoren und Antriebssysteme.
Pumpen und Pumpensysteme.
Praxisbeispiele.
Eine Auswahl konkreter Praxisbeispiele der dena sowie der
Kooperationspartner dieses Handbuchs zeigt realisierte
wirtschaftliche Energieeffizienzmaßnahmen und regt zur
Nachahmung an.
Produktbeileger.
Q6
Druckluft und Druckluftsysteme.
Q7 Beleuchtung. (ab Herbst 2014)
Die Produktbeileger geben einen Überblick zu besonders
energieeffizienten und am Markt verfügbaren Produkten
unserer Kooperationspartner.
Q8
Q9
Q10
Lüftung und Klimatisierung.
(ab Herbst 2014)
Kälteerzeuger und Kälteversorgungssysteme.
(ab Herbst 2014)
Informations- und Kommunikationstechnologien.
(ab Herbst 2014)
Im Anhang finden sich neben Hinweisen zu passenden Publikationen
und Internetangeboten der dena weiterführende
Informationen zur Finanzierung und Förderung von Energieeffizienzmaßnahmen,
zu Möglichkeiten der Umsetzung
umfangreicherer investiver Maßnahmen mittels Contracting-
Lösungen und zur Lebenszyklusbetrachtung.
Das Handbuch schließt mit den Unternehmensdarstellungen
der Kooperationspartner, welche die Erstellung dieses Handbuchs
freundlicherweise unterstützt haben.

Ratgeber Energiemanagement.

2
Ratgeber Energiemanagement.

Inhalt.
1 Einführung in das Thema. ....................................................................................................................................................................................... 4
2 Einführung eines Energiemanagements. .......................................................................................................................................................... 7
3 Energieanalyse und Energiekennzahlenentwicklung. ............................................................................................................................... 10
3.1 Grobanalyse. .......................................................................................................................................................................................................................... 11
3.2 Feinanalyse. ............................................................................................................................................................................................................................ 14
3.3 Energiekennzahlen und Benchmarking. .................................................................................................................................................................. 15
4 Planung und Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen. .................................................................................................................... 18
4.1 Planung von Energieeffizienzmaßnahmen. ............................................................................................................................................................. 19
4.1.1 Organisatorische Maßnahmen. ..................................................................................................................................................................................... 19
4.1.2 Technische Maßnahmen. .................................................................................................................................................................................................. 21
4.2 Maßnahmenplanung im Sinne eines zertifizierten Energiemanagementsystems. ............................................................................... 27
4.3 Bewertung und Priorisierung von Energieeffizienzmaßnahmen. ................................................................................................................. 28
5 Umsetzung, Überprüfung und Verbesserung von Energieeffizienzmaßnahmen. .................................................................... 31
5.1 Managementbezogene Maßnahmen. ........................................................................................................................................................................ 31
5.2 Überprüfung und Verbesserung des Energiemanagements. .......................................................................................................................... 35
5.3 Maßnahmenüberprüfung im Sinne eines zertifizierten Energiemanagementsystems. ...................................................................... 36
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen. ........................................................................................................................................ 38
Impressum. ..................................................................................................................................................................................................................... 39
EnergieEffizienz lohnt sich.
3

1 Einführung in das Thema.
Energiemanagement – kontinuierlich Energiekosten senken.
Ein betriebliches Energiemanagement (EnM) hat das Ziel, Energieverbräuche
und -kosten in einem Unternehmen systematisch zu
erfassen, die energiebezogene Leistung (Energieeffizienz, -einsatz
und -verbrauch) kontinuierlich zu verbessern und damit
die Energiekosten nachhaltig zu senken. Dabei werden Ziele
formuliert, deren Erreichung kontinuierlich überprüft wird,
und bei Bedarf Korrekturmaßnahmen eingeleitet.
Allein durch die Einführung eines Energiemanagements und
die daraus abgeleiteten organisatorischen Maßnahmen lassen
sich Einsparungen in Höhe von rund 5 bis 10 Prozent 1 erzielen.
Investive Maßnahmen, die auf Basis eines Energiemanagements
umgesetzt werden, können zusätzlich bis zu 25 Prozent des
Energieverbrauchs einsparen. Das Einsparpotenzial ist dabei
von der jeweiligen Ausgangssituation abhängig.
Vorteile des betrieblichen Energiemanagements im Überblick:
Zentrale Erfassung, Überwachung und Senkung von
Energieverbräuchen und -kosten.
Transparenz der Energiekosten und Energieverbräuche in den
verschiedenen Produktionsbereichen und Abteilungen, verursachergerechte
Zuordnung und Abrechnung der Energiekosten.
Möglichkeit, signifikante Änderungen im Energieverbrauch
in einzelnen Bereichen schnell zu erkennen und
darauf zu reagieren.
Sicherstellung der bzw. Übersicht über die Energieversorgung;
Verbesserung der Anlagentechnik, Investition in
innovative und zukunftsfähige Technologien.
Sensibilisierung der Mitarbeiter bezüglich Energieeffizienz
und Klimaschutz, Reduzierung der CO 2 -Emissionen und des
Umweltrisikos.
Im Gegensatz zu punktuell umgesetzten Energieeffizienzmaßnahmen
werden bei einem systematischen Energiemanagement
sämtliche Vorteile durch dauerhafte Integration in
das Tagesgeschäft langfristig genutzt.
Definition Energiemanagement:
Energiemanagement ist die vorausschauende und systematisierte
Koordinierung der Beschaffung, Umwandlung, Ver -
teilung und Nutzung von Energie, z. B. innerhalb eines Unternehmens.
Ziel ist die kontinuierliche Reduktion des Energieverbrauchs
und der damit verbundenen Energiekosten.
Definition energiebezogene Leistung:
Die energiebezogene Leistung ist in verschiedene Kategorien
gegliedert: Energieeffizienz, Energieeinsatz und Energieverbrauch.
Die energiebezogene Leistung ist eine Komponente
des Energiemanagementsystems nach DIN EN ISO 50001.
Energiemanagementsysteme –
kontinuierliches Energiemanagement.
Energiemanagementsysteme (EnMS) dienen der systematischen
Planung, Umsetzung, Überprüfung und Optimierung eines
Energiemanagements. Dafür müssen die notwendigen Ressourcen
bereitgestellt werden, um die Prozesse und Verfahren
zur Energieeffizienzsteigerung fest in der Unternehmen s-
organisation und bei der Belegschaft zu verankern. Nach der
erfolgreichen Implementierung eines Energiemanagements
im Unternehmen muss dieses systematisch weiterentwickelt
werden. Das heißt vor allem: Es muss kontinuierlich geprüft
werden, ob Vorgaben eingehalten und gesetzte Ziele erreicht
wurden, sodass bei Bedarf Korrekturmaßnahmen umgesetzt
werden können.
Die Grundidee eines Energiemanagementsystems ist, eine
kontinuierliche Verbesserung von Prozessen auf Basis eines
PDCA-Zyklus herbeizuführen. Dieser besteht aus den Phasen
Planung (PLAN), Umsetzung (DO), Überprüfung (CHECK) sowie
Verbesserung (ACT) und hilft dabei, das Energiemanagement
als kontinuierlichen Prozess zu verstehen und dauerhaft im
Unternehmen zu verankern.
Zusammenfassend lassen sich den einzelnen Phasen des
PDCA-Zyklus folgende Aktivitäten zuordnen:
PLAN (Planung):
Ausgehend von einer ersten Bestandsaufnahme mit Energieanalyse
und organisatorischer Analyse werden energiepolitische
Rahmenbedingungen (Energiepolitik) sowie strategische und
operative Unternehmensziele festgelegt. Die Energieanalyse
wird regelmäßig aktualisiert, Energieziele und Aktionspläne
werden erarbeitet, bewertet und fortgeschrieben. Ab dem
zweiten durchlaufenen PDCA-Zyklus verlagert sich die Energieanalyse
in die Phase CHECK, in der eine Bewertung der Aktionspläne
und formulierten Energieziele anhand aktueller Energiedaten
und -kennzahlen erfolgt.
DO (Umsetzung):
Dieser Schritt umfasst die Umsetzung der Aktionspläne, die
Implementierung verbesserter Abläufe und die Durchführung
von Optimierungsmaßnahmen (zum Beispiel ständige
Verbrauchsmessungen, optimierte Produktionsabläufe und
Beschaffung von energieeffizienten Geräten). Die Energieeffizienzmaßnahmen
sollen im Betrieb (anhand der Aktionspläne)
durch das eigene Personal und/oder externe Firmen
umgesetzt werden. Ergebnisse und Neuerungen werden
fortlaufend an Mitarbeiter aller Ebenen kommuniziert.
CHECK (Überprüfung):
Die Umsetzung der Aktionspläne und Energieeffizienzmaßnahmen,
die Zielerreichung, die Umsetzung neuer Abläufe und die
Energieverbräuche müssen regelmäßig überwacht (und ge-
1
Quelle: Energieinstitut der Wirtschaft GmbH.
4
Ratgeber Energiemanagement.

(weiter)entwickeln,
planen
PLAN
DO
umsetzen,
anwenden
EnMS hinsichtlich der Abläufe, der Dokumentation sowie der
Umsetzung in der betrieblichen Praxis überprüft.
ACT (Verbesserung):
Die kontinuierliche Verbesserung des EnMS erfolgt mittels Vorbeugungs-
und Korrekturmaßnahmen. Das Management Review
bewertet durchgeführte Maßnahmen in Hinblick auf die Zielerreichung,
stellt Handlungsbedarfe heraus und fasst erforderliche
Änderungen im Energiemanagement verbindlich zusammen.
ACT
CHECK
Mit der Formulierung neuer Ziele geht der PDCA-Zyklus dann
in eine neue Runde.
Anpassungen festlegen,
entscheiden
Ergebnisse und
Wirkung überprüfen
Zur Überprüfung, ob das EnMS alle wesentlichen Elemente
enthält, kann die Checkliste 11 „Vorhandene Elemente eines
Energiemanagementsystems“ im Internet genutzt werden.
www.stromeffizienz.de/enm-checklisten
Abb. 1: Kontinuierlicher Verbesserungsprozess (PDCA-Zyklus) eines Energiemanagementsystems.
messen) werden. Aktuelle Energiedaten und Energiekennzahlen
sowie eine Bewertung der Maßnahmen aus den Aktionsplänen
ermöglichen Aussagen darüber, in welchem Umfang die formulierten
Energieziele erreicht (bzw. nicht erreicht) wurden.
Im Rahmen von internen Audits wird die Zweckmäßigkeit des
Eine Frage der Überzeugung: Energiemanagementsystem
mit oder ohne Zertifizierung.
Die im Juni 2011 veröffentlichte Energiemanagementsystem-
Norm ISO 50001 2 stellt konkrete Anforderungen an die Ausgestaltung
eines Energiemanagementsystems. Unternehmen,
die sich nach ISO 50001 zertifizieren lassen möchten, sollten
2
ISO 50001: 2011 für Energiemanagementsysteme – Anforderungen mit Anleitung zur Anwendung, deutsche Fassung DIN EN ISO 50001 vom Dezember 2011.
EnergieEffizienz lohnt sich.
5

die Anforderungen der Norm gleich bei der Planung und Einführung
eines Energiemanagementsystems berücksichtigen.
Es ist aber auch möglich, ein bereits umgesetztes Managementsystem
um die fehlenden Elemente und Anforderungen
nach ISO 50001 zu ergänzen und nachträglich eine Zertifizierung
zu erhalten.
Seit dem 1. Januar 2013 können Stromabnehmer mit einem
Verbrauch von mehr als 10 GWh pro Jahr nur noch dann einen
Antrag auf Begrenzung der zu zahlenden EEG-Umlage nach
der Besonderen Ausgleichsregelung des Erneuerbare-Energien-
Gesetzes (§§ 40 ff.) stellen, wenn sie über ein zertifiziertes Energiemanagementsystem
verfügen. Auch der Erhalt des Spitzenausgleichs
bei der Energie- und Stromsteuer ist seit 2013 an
das Vorhandensein eines zertifizierten EnMS oder – im Falle
von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) – an ein alternatives
System zur Verbesserung der Energieeffizienz gebunden.
Ein systematisches Energiemanagement ist aber auch
möglich, ohne die umfangreichen Anforderungen der ISO
50001 zu erfüllen. Es empfiehlt sich, das Energiemanagement
gemäß dem PDCA-Zyklus – Festlegung von Zielen, Umsetzung
von Maßnahmen, Überprüfung der Zielerreichung und kontinuierliche
Optimierung des Verfahrens – umzusetzen.
Da im Zuge eines solchen Prozesses unterschiedliche Abteilungen
eng zusammenarbeiten, ist eine gute interne Kommunikation
unter den verantwortlichen Mitarbeitern sehr wichtig. Das
Energiemanagementsystem sollte von der Geschäftsführung beschlossen,
angestoßen und gefördert werden. Besonders erfolgreich
ist es, wenn es auf der Kreativität und Motivation der
Mitarbeiter aufbaut. Bei Bedarf kann man auch auf die Unterstützung
externer Dienstleister zurückgreifen und diese in
den gesamten Prozess einbinden.
Förderprogramme von Bund und Ländern unterstützen Unternehmen
bei der Zertifizierung von Energiemanagementsystemen
und der Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen
(siehe Anhang 3). Auch die Einbeziehung eines externen Energieberaters
wird von der Bundesregierung für KMU gefördert.
Weiterführende Informationen zu Förderprogrammen rund
um Energieeffizienz in Unternehmen finden sich im Anhang
dieses Handbuchs und im Internet unter
www.stromeffizienz.de/industrie-gewerbe/handlungsfelder/
finanzierung-foerderung.html.
Weiterführende Informationen zu den Anforderungen der
DIN EN ISO 50001 finden Sie unter
www.stromeffizienz.de/energiemanagement.
Voraussetzung für die Einführung eines Energiemanagementsystems
ist die Verfügbarkeit von Zeit, Kapital und Know-how.
Definition Energiemanagementsystem:
Das Energiemanagementsystem (EnMS) ist die Gesamtheit
miteinander zusammenhängender oder interagierender Elemente
zur Einführung einer Energiepolitik und strategischer
Energieziele sowie Prozesse und Verfahren zur Erreichung
dieser strategischen Energieziele. (DIN EN ISO 50001)
6
Ratgeber Energiemanagement.

2 Einführung eines Energiemanagements.
Zu den vorbereitenden Maßnahmen zählen sowohl die Formulierung
der strategischen Ziele des Energiemanagements als auch
die Festlegung der Strukturen, die Klärung der Verantwortlichkeiten
und die Einberufung eines betrieblichen Energieteams.
Zuvor muss die Geschäftsführung die grundsätzliche Entscheidung
zur Einführung eines Energiemanagements treffen.
Entscheidung für ein Energiemanagement und Formulierung
von Zielen.
Die Geschäftsführung entscheidet, ob ein Energiemanagement
eingeführt werden soll und welche Bereiche des Unternehmens
(gesamtes Unternehmen, einzelner Standort, nur bestimmte
Abteilungen/Bereiche) in den Implementierungsprozess integriert
werden sollen. Damit der Belegschaft die Bedeutung
und die Vorteile eines Energiemanagements für das Unternehmen
bewusst werden, gilt es, diese Entscheidung
unternehmensweit offen und deutlich zu kommunizieren.
Darüber hinaus legt die Geschäftsführung strategische Energieziele
fest, auf deren Basis dann operative Energieziele erarbeitet
werden. Sie helfen auch dabei, eine unternehmensspezifische
Energiepolitik gemäß ISO 50001 zu formulieren. Beispielhaft
könnte ein strategisches Energieziel wie folgt formuliert sein:
Bei gleichbleibender Produktionsleistung soll der Energieverbrauch
um etwa 10 Prozent gesenkt werden. Das entsprechende
operative Energieziel ist die Festlegung einzelner
Bereiche, in denen konkrete, messbare Einsparungen erreicht
werden (beispielsweise 10 Prozent Einsparung im Bereich der
Drucklufterzeugung). Daraufhin wird festgelegt, welche Maßnahmen
zur Erreichung der Ziele sinnvoll sind und welche
Messungen den Erfolg der Maßnahmen bestätigen können.
Die operativen Ziele werden dann so weit präzisiert, dass von
ihnen konkrete Maßnahmen abgeleitet werden können. Das Ziel,
durch die Reduktion des Druckluftverbrauchs etwa 10 Prozent
Energie einzusparen, kann beispielsweise durch folgende Maßnahmen
erreicht werden: Reduzierung von Leckagen, Vermeidung
von Druckverlusten an Engstellen oder Einsatz eines energieeffizienten
Kompressors mit bedarfsorientierter Regelung.
Integration in bestehende Managementsysteme.
Bei der Einführung eines Energiemanagementsystems sollte von
Anfang an auf die Integration in bestehende Managementsysteme
geachtet werden. Ein Umwelt- oder Qualitätsmanagementsystem
weist viele Gemeinsamkeiten mit einem EnMS auf, wie etwa
festgelegte Strategien und Ziele (z. B. verringerter Energieverbrauch,
effizientere Ressourcennutzung, reduzierte
Emissionen, weniger Ausschuss in der Produktion),
eine zweckmäßige Organisation mit klar definierten Zuständigkeiten
und Schnittstellen,
geplante und überwachte Prozesse inklusive Dokumentation,
kontinuierliche Optimierung der Arbeitsabläufe sowie
Überwachung der Wirksamkeit umgesetzter Maßnahmen.
Besonders große Synergieeffekte ergeben sich, wenn ein Unternehmen
bereits über ein Umweltmanagementsystem nach
EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) und/oder DIN EN ISO
14001 verfügt: In der Regel sind damit bereits 60 bis 70 Prozent der
Strukturen und Anforderungen eines EnMS nach ISO 50001 umgesetzt.
Betriebe mit einem Qualitätsmanagementsystem nach
DIN EN ISO 9001 erfüllen bereits rund 25 bis 30 Prozent der
entsprechenden Anforderungen. 3
Geschäftsführung Entscheidung für ein betriebliches Energiemanagement
Festlegung von Verantwortlichkeiten, Aufgaben und zeitlichem Rahmen
Einberufung eines Energiemanagers und ggf. eines Energieteams
Ressourcenbereitstellung für Einführung, Umsetzung sowie kontinuierliche Kontrolle und
Anpassung
Sicherstellung der Kommunikation und Erstinformation der Mitarbeiter
Energiemanager Etablierung des Energiemanagementsystems
Koordination des Energieteams
Koordination und Umsetzung der vorbereitenden Maßnahmen
Integration in andere Managementsysteme
Controlling Unterstützung der vorbereitenden Maßnahmen
Vertreter werden in das Energieteam einberufen
Produktion Mitarbeit im Energieteam
Abb. 2: Aufgaben der verantwortlichen Akteure bei der Einführung eines Energiemanagements.
3
Quelle: Energieinstitut der Wirtschaft GmbH.
EnergieEffizienz lohnt sich.
7

Allgemeine Module, Module: z.B.:
Managementhandbuch
Anweisungen,
Dokumentation
Schulungen
Audits
Fachmodule, z.B.:
Qualität Umwelt Energie Arbeitsschutz
ISO 9001 ISO 14001, EMAS ISO 50001 z. B. OHSAS 18001
Abb. 3: Integration eines Energiemanagementsystems in andere Managementsysteme.
Abbildung 3 zeigt sowohl allgemeine Module, die in jedem
Managementsystem enthalten sind, als auch die spezifischen
Fachmodule, wie beispielsweise „Energie“ und „Umwelt“. Während
die allgemeinen Module bei Integration eines weiteren
Managementsystems nur geringfügig angepasst werden müssen,
sind die Fachmodule für jedes Managementsystem in der
Regel separat zu erarbeiten. Sie umfassen im Wesentlichen
Vorgaben zur Analyse und für Optimierungsmaßnahmen.
Lediglich bei der Integration eines EnMS in ein Umweltmanagementsystem
genügt es, das Fachmodul „Umwelt“ durch den
Schwerpunkt Energie zu ergänzen.
Verantwortung und Rolle der Geschäftsführung.
Wie bei jedem betrieblichen Veränderungsprozess ist auch bei
der Einführung eines EnMS die sichtbare Unterstützung durch
die Geschäftsführung ein zentraler Erfolgsfaktor. Die Geschäftsführung
sollte diesen Prozess aktiv begleiten, zum Beispiel im
Rahmen der internen Kommunikation, durch Teilnahme an
wichtigen Sitzungen etc. Auch für die Arbeit des Energiemanagers
ist es essenziell, einen festen Ansprechpartner in der Geschäftsführung
zu haben. Die Geschäftsführung trägt außerdem dafür
Sorge, dass die erforderlichen Ressourcen (Finanzbudget, Personal
etc.) vorhanden sind. Dies umfasst unter anderem die Zuordnung
und gegebenenfalls Weiterbildung der Mitarbeiter, aber auch die
Verfügbarkeit erforderlicher Hard- und Software oder die Einbindung
externer Dienstleister, zum Beispiel eines Energieberaters.
Energiemanager.
Ein von der Unternehmensleitung ernannter Energiemanager
agiert als verantwortlicher Projektleiter und übernimmt die Implementierung
und die Betreuung des EnMS. Im Rahmen der
Einführung koordiniert er sämtliche operativen Aufgaben. Später
begleitet er die Umsetzung, Überprüfung und kontinuierliche
Verbesserung des EnMS. Der Energiemanager soll Geschäftsführung
und Mitarbeiter regelmäßig über den aktuellen Stand der
Zielerreichung sowie über Ergebnisse des Energiemanagements
informieren. Soll das Unternehmen nach ISO 50001 zertifiziert
werden, gehört es zu seinen Aufgaben, die Zertifizierung vorzubereiten
und zu begleiten sowie den aktuellen Status quo regelmäßig
mit den Anforderungen der Norm abzugleichen.
8
Ratgeber Energiemanagement.

Geschäftsführung
Energiemanager
Controlling-Abteilung
Energieteam
Sonstige Verantwortliche
(Energieeinkauf, Gebäudeund
Energietechnik)
Abteilungen
Abb. 4: Organisation des Energieteams.
Bei seiner Arbeit ist der Energiemanager auf die nötige Kompetenz,
Motivation sowie Unterstützung der Geschäftsführung angewiesen.
Seine Aufgaben und Befugnisse müssen dokumentiert sowie den
anderen Mitarbeitern vermittelt werden.
Energieteam.
Das Energieteam begleitet die Einführung und Umsetzung des
Energiemanagementsystems. Weil Energieeffizienz fast alle
Bereiche eines Unternehmens berührt, ist eine bereichsübergreifende
Zusammensetzung in jedem Fall sinnvoll (siehe Abbildung 4).
So wird außerdem sichergestellt, dass die Interessen aller
Abteilungen berücksichtigt werden und die Zuständigkeit für alle
energierelevanten Fragen des Unternehmens im Energieteam
gebündelt ist. Vertreten sein sollten in jedem Fall die Verantwortlichen
für den Energieeinkauf und die Energietechnik sowie das
Gebäudemanagement. Bei Bedarf kann ein externer Energieexperte
ins Energieteam aufgenommen werden. Er kann die
Mitarbeiter zeitlich entlasten und eine zusätzliche Perspektive
sowie seine Erfahrungen einbringen. Das Energieteam benötigt
einen Überblick über die Energiekosten und den Energieverbrauch
sowie die Energielieferverträge. Diese Informationen
werden im Rahmen einer betrieblichen Energieanalyse (siehe
Abschnitt 3) erarbeitet und zusammengestellt. Mit einer
Verantwortungsmatrix lassen sich Verantwortlichkeiten für
anfallende Aufgaben festlegen.
Das Energieteam unterstützt den Energiemanager auch bei der
regelmäßigen Information der Mitarbeiter. Die Information und
vor allem die Motivation der Mitarbeiter sind essenziell, denn die
Einführung eines Energiemanagementsystems kann zu Änderungen
in den betrieblichen Abläufen und Prozessen führen, die
auf maximale Akzeptanz stoßen müssen, um erfolgreich zu sein.
Die Checkliste 1 „Aktionsplan Energiemanagement“ und
die Checkliste 2 „Aktivitätenplan Energiemanagement“
im Internet helfen bei der Verteilung der Verantwortlichkeiten
und Aufgaben innerhalb des Unternehmens.
www.stromeffizienz.de/enm-checklisten
EnergieEffizienz lohnt sich.
9

3 Energieanalyse und Energiekennzahlenentwicklung.
Die betriebliche Energieanalyse soll sowohl einen Überblick
über die Energieversorgungs- und Energieverbrauchsstrukturen
sowie über die möglichen Energie- und Kosteneinsparpotenziale
geben als auch für mehr Transparenz in diesen
Bereichen sorgen. Aus den Ergebnissen lassen sich konkrete
Kennzahlen ableiten, anhand derer der betriebliche Energieeinsatz
und die operativen Energieziele kontrolliert und bewertet
werden können.
Damit Entwicklungen abgebildet und Einmaleffekte eliminiert
werden können, ist es sinnvoll, die Daten über mehrere zurückliegende
Jahre zu erfassen. Bei der Erstanalyse sollte neben den
Energiedaten auch die bestehende Organisationsstruktur in
Bezug auf das Energiemanagement erfasst werden. Um eine
möglichst präzise und aussagekräftige Analyse zu erhalten,
empfiehlt sich ein zweistufiges Vorgehen, bestehend aus einer
Grob- sowie einer Feinanalyse.
Erfassung der Energiedaten.
Ein erster Schritt der Datenerhebung ist die Sichtung und das
Zusammenführen von bereits vorliegenden energierelevanten
Daten und Informationen. Im Fokus stehen dabei diejenigen
Unternehmensteile, die einen wesentlichen Einfluss auf den
Energieverbrauch haben (z. B. Produktion, Instandhaltung).
Zu erfassen sind aufgestellte Energieverbrauchszähler sowie
Summenverbrauchsdaten, Kostendaten und Verträge.
Beschäftigte, Außentemperaturen etc., müssen ebenfalls erhoben
werden. Nur so können in der folgenden Auswertung Vergleiche
hergestellt und Energiekennzahlen abgeleitet werden.
Analyse der Organisationsstruktur.
Neben energierelevanten Daten empfiehlt es sich, auch die
Personen, Abteilungen und Abläufe zu identifizieren, die mit
Energiefragen beschäftigt sind oder einen unmittelbaren Einfluss
darauf haben. Hierbei sollte auch ermittelt werden, wie
energierelevante Abläufe zwischen den einzelnen Bereichen
und Verantwortlichkeiten geregelt sind und wer Energiedaten
erhebt bzw. verwaltet.
Definition Energieanalyse:
Eine Energieanalyse ist die detaillierte Untersuchung der
Energieversorgung, -bereitstellung und -nutzung, z. B. im
Unternehmen. Der Istzustand wird untersucht und bewertet.
Darauf aufbauend werden Maßnahmen zur Optimierung
des Systems abgeleitet.
Definition Energieleistungskennzahl:
Die Energieleistungskennzahl (EnPI = energy performance
indicator) ist ein quantitativer Wert oder eine Messgröße für
die energiebezogene Leistung. (DIN EN ISO 50001)
Faktoren, die einen Einfluss auf den Energieverbrauch haben,
wie etwa produzierte Menge, beheizte Fläche, Betriebszeiten,
Geschäftsführung Entscheidung zu: Parametern des Istzustands, Messungen, Einsatz weiterer
Messpunkte oder Zähler, Kennzahlenerhebung
ggf. Einbindung externer Dienstleister (Energieberater) bei Messungen bzw. Energieanalysen
Energiemanager Koordinations- und Informationsfunktion
Durchführung der Energieanalyse
Identifizierung der Hauptverbraucher
Planung weiterer Messpunkte und Zähler
Vorschläge zu den zu erhebenden Kennzahlen
Bildung und regelmäßige Auswertung der Kennzahlen
Berichterstattung an die Geschäftsführung
Controlling Koordinations- und Informationsfunktion
Unterstützung bei der Energieanalyse sowie Erfassung und Überprüfung von Kennzahlen
Zentrale Sammlung und Verwaltung von Kennzahlen und Energiedaten
Produktion Erfassung von Betriebs- und Verbrauchsdaten
Unterstützung bei der Planung weiterer Messpunkte und Zähler
Installation zusätzlicher Zähler und Messgeräte
Aufnahme der Messergebnisse
Unterstützung bei der Auswertung der Ergebnisse
Abb. 5: Aufgaben der verantwortlichen Akteure bei der Energieanalyse und -kennzahlenentwicklung.
10
Ratgeber Energiemanagement.

3.1 Grobanalyse.
Bei der Grobanalyse geht es darum, auf Basis bereits vorhandener
Daten eine erste Bestandsaufnahme des Betriebs unter
energetischen Gesichtspunkten durchzuführen. Dabei sollen
vor allem die Bereiche und Anlagen mit dem größten Energie-
verbrauch erfasst werden. Im Rahmen der anschließenden
Feinanalyse können mögliche Einsparpotenziale präzisiert
und detaillierte Maßnahmen zur energetischen Optimierung
identifiziert werden.
Eingabeparameter für die Planung Energetische Bewertung Ergebnisse der Planung
Grobanalyse
Bisheriger und aktueller
Energieeinsatz
Relevante Variablen mit
wesentlichen Auswirkungen
auf den Energieeinsatz
Leistung
Analyse des Energieeinsatzes
und des Energieverbrauchs
Ermittlung der Bereiche mit wesentlichem
Energieeinsatz und
wesentlichem Energieverbrauch
Feinanalyse
Ermittlung von Möglichkeiten
für die Verbesserung der
energiebezogenen Leistung
Energetische Ausgangsbasis
Energieleistungskennzahlen
(EnPls)
Ableitung strategischer
Energieziele
Aktionspläne zur Umsetzung
der operativen Energieziele
Abb. 6: Zentrale Bestandteile der energetischen Planung und Bewertung im Rahmen eines Energiemanagements.
EnergieEffizienz lohnt sich.
11

Die für eine Grobanalyse erforderlichen Informationen
sind z. B. folgende:
Bezugsverträge und -tarife aller Energiearten (z. B. Strom,
Erdgas, Fernwärme, Heizöl).
Jährlicher Energieverbrauch und jährliche Energiekosten
anhand der Abrechnungen des jeweiligen Lieferanten. Auch
im Fall der Eigenerzeugung sind die jeweiligen jährlichen
Vollkosten zu erfassen.
Energieverbrauchsentwicklung (aller Energiearten) über die
letzten zwei bis drei Jahre.
Elektrischer Lastgang des Gesamtbetriebs.
Situation der Energiedatenerfassung im Betrieb (Anzahl
und Standorte der Zähler für Strom, Erdgas, gegebenenfalls
Wärme, Wasser).
Aufzeichnungen von Zählerständen und Verbrauchsmessungen.
Reichen die vorhandenen Daten nicht aus, müssen bei Bedarf zusätzliche
Zähler und Messgeräte installiert und regelmäßig Ablesungen
(z. B. wöchentlich) durchgeführt werden.
Vor allem in kleineren Betrieben ist häufig nur jeweils ein Zähler
für den Erdgas- und Stromverbrauch vorhanden. In vielen Fällen
ist es empfehlenswert, für die Analyse weitere Stromzähler einzubauen,
z. B. in den Bereichen Druckluft und Kälte sowie für die
wichtigsten Lüftungsanlagen. Je nach Aufbau der Produktion
empfiehlt sich auch die Installation von Zählern für einzelne
Produktionsbereiche. Insbesondere für die Heizenergie- und
Prozesswärmeerzeugung sowie direkt beheizte Produktionsanlagen
sollten separate Erdgaszähler eingebaut werden.
Für die Erfassung der Energiedaten stehen im Internet die
Checklisten 3 bis 7 („Erfassungsbögen“) zur Verfügung.
www.stromeffizienz.de/enm-checklisten
Methoden der Datenerfassung.
Für die Datenerfassung bieten sich grundsätzlich zwei Methoden
an: Zum einen können die Betriebs-, Verbrauchs- und Kostendaten
manuell von qualifiziertem Personal erfasst werden. Zum anderen
ist eine automatische Erfassung der Energieverbräuche über
Fernmess- und Fernauslesegeräte möglich (siehe Abbildung 7).
Die manuelle Erfassung bietet sich in der Regel dann an, wenn
die Energiedaten von nur wenigen Verbrauchern oder Verbrauchergruppen
mit verhältnismäßig geringem Personaleinsatz erfasst
werden können. Sollen die Daten von einer Vielzahl an Verbrauchern
aufgezeichnet werden, ist die automatische Erfassung
in der Regel die kostengünstigere Variante. Darüber hinaus sind
die Abfrageintervalle und die Reaktionszeiten auf Unregelmäßigkeiten
hier deutlich kürzer und die Verwaltung der Daten kann
über Datenbankmanagementsysteme erfolgen.
Datenerfassung
im Unternehmen
konventionell
webgestützt
individuelle
Anpassung
Auswertung
konventionell
webgestützt
diverse Formate
(PDF, HTML, Word)
Eingabe
Datenbankmanagementsystem
Datenbankmanagementsystem
Verwaltung der
Standortdaten
(mySQL, DB2 etc.)
Ausgabe
Ausgabe
Zentrale/
Energiedienstleister
globale Kennzahl (K G
)
Prozesskennzahl (K P
)
Auswertung
zusätzliche Information
Basis für Zusatzdienste
Verbesserung der
Standortbetreuung
Abb. 7: Beispielhafter Arbeitsablauf eines externen Datenbankmanagementsystems zum Energiecontrolling.
12
Ratgeber Energiemanagement.

1.200
2011
2012
Gasverbrauch (Heizung) in MWh
1.000
800
600
400
200
Jan. Feb. Mrz. Apr. Mai Jun. Jul. Aug. Sep. Okt. Nov. Dez.
Abb. 8: Beispiel einer Zeitreihe zum Gasverbrauch eines Unternehmens.
Darstellung und Auswertung der Grobanalyse.
Zum besseren Verständnis können Energiedaten grafisch dargestellt
werden. Bei saisonalen Verbräuchen bieten sich zum Beispiel
sogenannte Zeitreihen an. In Abbildung 8 ist beispielsweise
der monatliche Gasverbrauch eines Unternehmens über zwei
aufeinanderfolgende Jahre dargestellt. Mithilfe dieser Zeitreihe
lassen sich die Verbrauchswerte unterschiedlicher Jahre besser
miteinander vergleichen und die Energiedaten auswerten. Dabei
ist zu berücksichtigen, dass die Verbrauchswerte für die Vergleichbarkeit
der jährlichen Energiedaten mindestens produktionsbereinigt
und der Energieverbrauch für die Raumwärme- und Warmwasserbereitstellung
zusätzlich witterungsbereinigt sein sollten.
Bei der Auswertung der Grobanalyse geht es darum, die Hauptenergieverbraucher
sowie die Bereiche mit dem größten Energieverbrauch
zu bestimmen, ihren Einfluss auf den Gesamtverbrauch
darzustellen und gegebenenfalls schon Energieverluste zu erkennen.
Die Informationen zu verwendeten Energieträgern (Strom,
Druckluft etc.) sollen daher Anlagen oder Bereichen zugeordnet
werden. Dabei ist darauf zu achten, dass durch interne Umwandlung
erzeugte Energiearten nicht doppelt erfasst werden
(z. B. Strom zur Drucklufterzeugung und Druckluft).
Gesamtbezug
23.579 MWh
Anlage 1
15.389 MWh
Anlage 2
4.295 MWh
Anlage 3
1.741 MWh
Anlage 4
1.631 MWh
Anlage 5
283 MWh
Anlage 6
200 MWh
Um Energieströme im Unternehmen zu visualisieren, eignen
sich Sankey-Diagramme. Hierbei werden Energieverbräuche
mengenproportional dargestellt. In Abbildung 9 ist beispielhaft
für ein Unternehmen die Verteilung des Stromverbrauchs auf
verschiedene Anlagen dargestellt. Mithilfe der bekannten Energieverteilung
lassen sich nicht nur die tatsächlichen Produktionskosten
genau bestimmen, sondern auch zu hohe Verbrauchswerte
identifizieren, die auf einen fehlerhaften Betrieb,
schlechte Isolierung oder Ähnliches zurückzuführen sind. Es
Anlage 7
27 MWh
Anlage 8
13 MWh
Abb. 9: Sankey-Diagramm – beispielhafte Verteilung des Stromverbrauchs auf
verschiedene Anlagen in einem Unternehmen.
bietet sich an, zunächst die Anlage mit dem größten Stromverbrauch
(siehe Anlage 1 in Abbildung 9) näher zu untersuchen
EnergieEffizienz lohnt sich.
13

eziehungsweise zu optimieren. Eine weitere Methode zur
Identifizierung der Anlagen mit dem größten Energiebedarf ist
die ABC-Analyse. Dabei wird gleichzeitig ein Verteilungsschlüssel
für den untersuchten Energieträger ermittelt. Diese Methode
wird hauptsächlich für Energieträger angewendet, die in
vielen Produktionsbereichen und Anlagen des Unternehmens
eingesetzt werden.
Abbildung 10 zeigt die geordneten kumulierten jährlichen
Stromverbrauchswerte. Der Graph wird in drei Kategorien unterteilt.
Kategorie A beinhaltet alle Maschinen, die 70 Prozent
des Gesamtverbrauchs ausmachen, Kategorie B umfasst alle
Maschinen, die weitere 20 Prozent Strom verbrauchen, und
Kategorie C enthält die restlichen Maschinen. Für die weitere
Untersuchung sind die Maschinen der Kategorie A und gegebenenfalls
B interessant, da sie 70 bis 90 Prozent des Strombezugs
ausmachen. Das heißt, für diese Maschinen sollten Optimierungsvorschläge
entwickelt werden, da hier wahrscheinlich die
höchsten Einsparungen im Hinblick auf den Gesamtenergieverbrauch
des Unternehmens erzielt werden können.
Ergebnisse der Grobanalyse:
Nach einzelnen Verbrauchern und Bereichen aufgeschlüsselte
Energieverbrauchs- und Energiekostendaten.
Festlegung der in einer Feinanalyse näher zu untersuchenden
Energieverbraucher, Bereiche oder Abläufe.
Hinweise auf Notwendigkeit der Anschaffung weiterer
Zähler.
Kumulierter Stromverbrauch (%)
ca. 90 %
ca. 70 %
Kategorie A
Kategorie B
Kategorie C
Anlagen (Anzahl)
Abb. 10: ABC-Analyse – beispielhafte Verteilung des Stromverbrauchs auf Anlagengruppen
in einem Unternehmen.
3.2 Feinanalyse.
In einem nächsten Schritt werden die im Rahmen der Grobanalyse
identifizierten Energieverbraucher oder Prozesse detailliert auf
Einsparpotenziale hin untersucht. Die Feinanalyse soll differenzierte
Daten bereitstellen, um Energieeinsparpotenziale zu
benennen und Wirtschaftlichkeitsparameter, wie beispielsweise
die Kapitalrendite, exakt bestimmen zu können.
Ziel ist es, die energiebezogene Leistung zu bestimmen und
die Faktoren zu ermitteln, die den Energieverbrauch beeinflussen.
Auf dieser Basis können später konkrete Optimierungsmaßnahmen
ausgearbeitet werden. Wenn die notwendige
fachliche Kompetenz hierfür im Betrieb nicht vorhanden ist,
empfiehlt sich die Einbindung eines Energieberaters, der die
Energieeinsparpotenziale von Systemen, Anlagen und Technologien
identifiziert und Ansatzpunkte für geeignete Maßnahmen
erarbeitet (siehe „Ratgeber Energieberatung“).
14
Ratgeber Energiemanagement.

Ergebnisse der Feinanalyse:
Energieversorgungs- und Energieverbrauchsstrukturen
einzelner Geräte beziehungsweise Anlagen.
Anschluss- und Leistungsdaten (Nennleistungen,
Höchstleistungen, Blindleistungen etc.) der wesentlichen
Energieverbraucher.
Wartungsdaten (Intervalle, letzte Wartung, Unternehmen
etc.).
Kenntnis des Istzustands der wichtigsten Energieverbraucher
(Anlagen, Abläufe) und energietechnischen
Systeme (Heizungsanlage, Lüftungsanlage, Kälteanlage).
Kenntnis der zentralen Faktoren, die den Energieverbrauch
beeinflussen.
Einschätzung, welche Einsparungen im Hinblick auf
den Gesamtenergieverbrauch des Unternehmens erzielt
werden können.
3.3 Energiekennzahlen und Benchmarking.
Mittels der Energieanalyse lassen sich zentrale Energiekennzahlen
gewinnen, die die betriebsinternen Energieversorgungsund
Energieverbrauchsstrukturen aussagekräftig beschreiben.
Die Bildung und regelmäßige Auswertung der Energiekennzahlen
unterstützt die fortlaufende Kontrolle des betrieblichen
Energieeinsatzes. Auch die Energiemanagementsystem-Norm
ISO 50001 fordert, angemessene Energieleistungskennzahlen als
Messgrößen für die energiebezogene Leistung festzulegen.
Energiekennzahlen erleichtern:
Festlegen von Energiezielen.
Aufzeigen von Entwicklungen über mehrere Jahre.
Erkennen von Veränderungen bei der Produktion.
Entscheidung für weitergehende Untersuchungen.
Kontrolle der Betriebsführung.
Kontrolle durchgeführter Energieeinsparmaßnahmen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
15

Auswahl von Energiekennzahlen.
Im ersten Schritt werden geeignete Energiekennzahlen ausgewählt.
Dazu ist zunächst zu klären, wofür die Kennzahlen eingesetzt
werden sollen.
Kennzahlenvergleiche
Zeitvergleiche Quervergleiche Soll-Ist-Vergleiche
Zeitvergleiche liefern Aussagen über Veränderungen der Energieleistung
in mehreren Perioden (z. B. Geschäftsjahr, Quartal,
Monat, Woche, Tag, Schicht). Insofern die Randbedingungen konstant
sind, geben Zeitvergleiche Auskunft über Veränderungen
der energiebezogenen Leistung, die durch das operative Verhalten
des Managements und der Mitarbeiter verursacht werden (z. B.
Anlagenfahrweise, operative Produktionssteuerung, Ein- und
Ausschaltregime). Zeitvergleiche werden vorzugsweise innerhalb
eines Unternehmens eingesetzt.
Abb. 11: Mögliche Energiekennzahlen.
Betriebsvergleiche
Gebäudevergleiche
Anlagen-/Prozessvergleiche
Querschnittstechnologien
spezifische Technologien
Mittels Quervergleichen lassen sich Unterschiede der Energieleistung
zwischen Vergleichsobjekten (Betriebe, Anlagen, Prozesse,
Gebäude) beschreiben. Ursachen für solche Unterschiede
können sowohl in der Struktur und technischen Ausprägung
der Vergleichsobjekte als auch im Nutzerverhalten liegen.
Quervergleiche können sowohl innerhalb eines Unternehmens
als auch zwischen mehreren Unternehmen stattfinden.
Soll-Ist-Vergleiche geben Aufschluss über Abweichungen
von Zielvorgaben. Diese können in der Regel erst dann formuliert
werden, wenn eine Erstbewertung der energiebezogenen
Leistung und ggf. ein Benchmarking mit Vergleichsobjekten
stattgefunden hat. Soll-Ist-Vergleiche werden in der Regel betriebsintern
durchgeführt.
Bestimmung von Energie- und Bezugsgrößen.
Auf Basis der festgelegten Anwendungszwecke sind nun konkrete
Energiekennzahlen auszuwählen (siehe Abbildung 11). Da
absolute Kennzahlen (z. B. Energieverbrauch in MWh) wenig
Aussagekraft besitzen, werden in der Regel Verhältniszahlen
gebildet. Typisch sind dabei Gliederungszahlen (z. B. Anteil der
Energiekosten an den Gesamtkosten) und Beziehungszahlen
(z. B. Energieverbrauch pro produzierte Einheit). Typische Energiekennzahlen
sind:
Anteil eines Energieträgers am Gesamtenergieverbrauch
des Unternehmens.
Energieverbrauch bzw. Energiekosten nach Produktionseinheit/Umsatz/Wertschöpfung.
Heizenergieverbrauch pro m 2 beheizter Fläche.
Treibhausgasemissionen bzw. CO 2 -Emissionen pro
Produktionseinheit/Umsatz/Wertschöpfung.
Damit Kennzahlen wirklich Aussagen über die Energieeffizienz
ermöglichen, müssen sie oft einer weiteren Normierung unterzogen
werden. So sollte beispielsweise der Heizenergieverbrauch
pro m 2 beheizter Fläche um die Außentemperaturen
bereinigt werden.
Energetische Ausgangsbasis.
Die ISO 50001 fordert außerdem, dass das Unternehmen
eine energetische Ausgangsbasis festlegt. Hierbei handelt
es sich um einen Basiswert, zu dem alle nachfolgenden
Änderungen des Energieverbrauchs in Bezug gesetzt
werden. Auch hierbei helfen die Energiekennzahlen, zum
Beispiel durch die Ermittlung der
Veränderung von Energieverbrauch und -kosten im
Vergleich zur energetischen Ausgangsbasis (in Prozent).
Veränderung von Energieverbrauch und -kosten
pro Energieträger im Vergleich zur energetischen
Ausgangsbasis (in Prozent).
Definition energetische Ausgangsbasis:
Die energetische Ausgangsbasis ist ein quantitativer
Referenzpunkt, der als Basis für einen Vergleich der energiebezogenen
Leistung dient. (DIN EN ISO 50001)
16
Ratgeber Energiemanagement.

Benchmarking.
Eine Möglichkeit zur Anwendung von Kennzahlen ist das Benchmarking.
Kennzahlen können einerseits zum Vergleich mit anderen
Standorten oder anderen Unternehmen der gleichen Branche
und andererseits zum Vergleich im eigenen Unternehmen, z. B.
um verschiedene Perioden zu vergleichen, herangezogen werden.
In Abbildung 12 ist beispielhaft die Kennzahl „Energieeinsatz
je Tonne Produkt“ dargestellt. Sie beruht auf den Kennzahlen
von Unternehmen verschiedener Größe. Wenn die Produktionsmenge
und der Energieeinsatz im eigenen Unternehmen
bekannt sind, kann man den spezifischen Energieverbrauch des
eigenen Unternehmens mit anderen Unternehmen vergleichen
und daraus Rückschlüsse auf die eigene Energieeffizienz ziehen.
Bei der Interpretation von Energiekennzahlen ist zu beachten,
dass sie nicht isoliert betrachtet werden sollten und nur durch
Vergleiche mit anderen Werten sinnvoll beurteilt werden können.
Ausgehend vom Istzustand bei Energieverbrauch und -nutzung
werden im Rahmen des Energiemanagements realistische Planbeziehungsweise
Zielwerte für Kennzahlen festgelegt. Nach Ablauf
einer Planungsperiode erfolgt ein Vergleich der erreichten
Werte mit den Planwerten. Die Abweichungen werden analysiert
und es werden, sofern erforderlich, Korrekturen vorgenommen.
Definition Benchmarking:
Im Kontext Energiemanagement bezeichnet Benchmarking
den Vergleich der Energieeffizienz von Prozessen
oder Unternehmen mithilfe von Energiekennzahlen. Den
jeweiligen Zielwert (Benchmark) gibt der Prozess oder das
Unternehmen mit den günstigsten Werten vor.
Spezifischer Dampfverbrauch
pro erzeugte Produktionsmenge (kWh/t)
0,00060
0,00055
0,00050
0,00045
0,00040
220 240
Spezifischer Dampfverbrauch
Ausgleichskurve zu den
Einzelwerten für den
spezifischen Dampfverbrauch
260 280 300 320 340 360 380
Gesamtproduktionsmenge (t)
Abb. 12: Beispiel zur Entwicklung der Kennzahl „Energieeinsatz je Tonne Produkt“ unter Mitwirkung verschiedener Unternehmen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
17

4 Planung und Bewertung von
Energieeffizienzmaßnahmen.
Geschäftsführung Bereitstellung der nötigen Ressourcen und Kennzahlensysteme
Formulierung der energiepolitischen Rahmenbedingungen
Energiemanager Planung und Bewertung von Maßnahmen
Vorschlag zur Priorisierung der Maßnahmen
Erstellung eines detaillierten Maßnahmenplans
Vorschläge zu operativen Zielen
Controlling Unterstützung bei der Entwicklung und Bewertung sowie bei der Umsetzung
von aussagekräftigen Kennzahlensystemen
Produktion Identifizierung von Maßnahmen und Unterstützung bei deren Bewertung
Abb. 13: Aufgaben der verantwortlichen Akteure bei der Planung und Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen.
Die Ergebnisse der Energieanalyse fließen in die Planung von
Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der
Energiekosten ein. Die Energieeffizienzmaßnahmen können
sowohl technische Maßnahmen sein, für die Investitionen
notwendig sind, als auch organisatorische Maßnahmen, die
eine effiziente Energienutzung in den alltäglichen Abläufen
verankern. Beide Maßnahmenarten sind gleichberechtigt zu
verfolgen. Bei einer Anlage, die ohnehin erneuert werden soll,
ist die gleichzeitige Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen
besonders sinnvoll.
Einzelmaßnahmen gegenseitig beeinflussen können, sollten
sie stets im konkreten Zusammenhang betrachtet werden. Auf
diese Weise wird sichergestellt, dass eine energetische Optimierung
des Energieverbrauchs und -einsatzes im gesamten
Unternehmen und nicht nur eine Verlagerung erreicht wird.
Abbildung 14 zeigt exemplarisch den Weg von den Ergebnissen
der Energieanalyse über die Planung und Bewertung bis
hin zur Durchführung von Energieeffizienzmaßnahmen.
Im Zuge der energetischen Bewertung werden die wesentlichen
Verbraucher und die Einflussfaktoren mittels Messung
und Auswertung von Daten bestimmt. Mithilfe von Energieleistungskennzahlen
können energiebezogene Leistungen
bewertet werden. Auf dieser Basis lassen sich Maßnahmen zur
energetischen Optimierung ableiten und umsetzen. Da sich
Die Checkliste 8 im Internet hilft bei der Bestimmung der
wesentlichen Einflussfaktoren des Energieverbrauchs. Diese
Einflussfaktoren sollten sich sowohl in den Energie zielen
als auch in den daraus abgeleiteten Maßnahmen wiederfinden.
www.stromeffizienz.de/enm-checklisten
Ergebnisse
der Energieanalyse
Zieldefinition
und Entwicklung
eines
Maßnahmenkatalogs
Bewertung
von
Maßnahmen
Priorisierung
der
Maßnahmen
Erstellung
eines
detaillierten
Maßnahmenplans
Umsetzung
der
Maßnahmen
Überprüfung
der Maßnahmenumsetzung
Abb. 14: Schematischer Ablauf der Planung und Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen.
18
Ratgeber Energiemanagement.

4.1 Planung von Energieeffizienzmaßnahmen.
Bei der Planung von Energieeffizienzmaßnahmen im Unternehmen
sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:
Überprüfung des Energieeinsatzes: Möglicherweise kann die
eigene Energieerzeugung oder -umwandlung verbessert und
der bisher eingesetzte Energieträger durch einen preiswerteren
und umweltverträglicheren ersetzt werden.
Optimierung der Betriebszeiten: Anlagen sollten in produktionsfreien
Zeiten abgeschaltet werden.
Anlagen beziehungsweise Maschinen mit hohem Wirkungsgrad
verwenden. Je effizienter die Neuanlagen gegenüber
Bestandsanlagen und je länger deren Laufzeiten sind, desto
wirtschaftlicher ist ein Austausch.
Energieeffizienz des Systems weiter erhöhen. Dies kann beispielsweise
durch (optimierte) Steuerung und Regelung von
Anlagen erreicht werden.
Leistungseinsatz optimieren. Zum Beispiel durch Spitzenlastabwurf
bei einem Lastmanagement (siehe Seite 26).
Hierbei geht es vorrangig um Kosteneinsparungen.
Weiterverwendung von Energie. Dies kann z. B. durch Maßnahmen
zur Wärmerückgewinnung erreicht werden.
Bei der energetischen Feinplanung der Optimierung jedes
einzelnen Prozesses oder jeder einzelnen Anlage genügt es nicht,
die einzelnen Komponenten eines Systems getrennt voneinander
zu betrachten. Vielmehr sind sie als Gesamtsystem zu verstehen,
in dem alle Komponenten einen Beitrag zu Energieverbrauch und
-effizienz leisten. Die Dimensionierung der jeweiligen Systemkomponenten
sollte am optimierten Bedarf des Systems ausgerichtet
sein (zum Beispiel am tatsächlich benötigten Volumenstrom).
Schrittweise werden dann die einzelnen Komponenten aufeinander
abgestimmt. So wird sukzessive die optimale Energienutzung
des gesamten Unternehmens geplant. Weitere Informationen
zur energetischen Optimierung von Systemen finden sich z. B.
im „Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme“.
4.1.1 Organisatorische Maßnahmen.
Neben zahlreichen technischen Möglichkeiten zur Reduzierung
des Energieverbrauchs spielt auch ein umsichtiger Umgang mit
Energie eine wichtige Rolle. Oft reichen schon kleine Anpassungen
im Arbeitsablauf oder ein bewusstes Abschalten nicht benötigter
Geräte und Systeme, um die Energiekosten zu senken.
Solche organisatorischen Maßnahmen erfordern zudem keinen
oder nur einen geringen finanziellen Aufwand.
Bei der Entwicklung organisatorischer Maßnahmen sollten
folgende Fragen bedacht werden:
Welche Tätigkeiten und Abläufe sind besonders energieverbrauchsrelevant
und wie könnte man hier eine rationelle
Energienutzung sicherstellen?
Werden den Mitarbeitern die Vorteile der rationellen Energienutzung
anschaulich vermittelt?
Wie wird sichergestellt, dass Energieeffizienz bei Neuanschaffungen
von Maschinen und Ausrüstung als ein Qualitätsmerkmal
berücksichtigt wird?
EnergieEffizienz lohnt sich.
19

Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die
Vielfalt organisatorischer Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung.
Einkauf/Beschaffung:
Energieeffizienz als Entscheidungskriterium beim Kauf
von Anlagen, Systemen und Geräten; Berücksichtigung der
Lebenszykluskosten.
Steuerung und Regelung:
Anpassen von Prozessparametern (z. B. Druck, Temperatur).
Bedarfsorientierte Regelung (z. B. der Lüftungsanlage).
Optimierte Vorlauftemperaturen und bedarfsgerechte
Schaltung von Heizungsanlagen.
Bedarfsgerechte Schaltung von Beleuchtungsgruppen.
Einsatz von tageslichtabhängiger Regelung und Präsenzmeldern.
Instandhaltung und Wartung:
Regelmäßige Kontrolle und Wartung der energiebetriebenen
Anlagen und Systeme sowie zustandsorientierte
Instandhaltung.
Arbeitsablauf:
Anpassung von Arbeitsabläufen in der Produktion, um Leerlaufzeiten
bei großen Maschinen zu reduzieren.
Zeitversetztes Anfahren von Prozessen, um kostenintensive
Lastspitzen zu verhindern.
Mitarbeiterverhalten:
Energieeffizientes Lüften der Räume (Stoßlüftung statt
Dauerlüftung).
Keine Beleuchtung der Räume bei ausreichendem Tageslicht
oder wenn diese nicht benutzt werden.
Stand-by-Betrieb bei Bürogeräten nutzen, nachts und am
Wochenende Geräte vollständig ausschalten (z. B. über eine
schaltbare Steckdosenleiste).
Anlagen in der Produktion (z. B. Druckluftstation, Beleuchtung)
sollten in betriebsfreien Zeiten – wenn möglich – abgeschaltet
werden.
Der Umgang der Mitarbeiter mit Energie hat einen spürbaren
Einfluss auf den Erfolg eines Energiemanagementsystems.
Durch Informationsveranstaltungen und Schulungen kann den
Mitarbeitern die Bedeutung von Energieeffizienz vermittelt
werden. Weitere geeignete Maßnahmen sind zum Beispiel Erinnerungshilfen
an Geräten und Lichtschaltern. Über Prämiensysteme
können die Mitarbeiter außerdem an den erzielten
Energiekosten einsparungen beteiligt werden. Für die Motivation
der Mitarbeiter ist es äußerst wichtig, dass die Unternehmensführung
diesen Prozess ausdrücklich unterstützt und begleitet.
Durch die Einführung eines internen Vorschlagswesens
können die Mitarbeiter beispielsweise selbst Vorschläge für
Energieeffizienzmaßnahmen einbringen. Um die Motivation
der Mitarbeiter aufrechtzuerhalten, empfiehlt es sich, regelmäßig
aktuelle Verbrauchswerte oder Energiekennzahlen und
damit die Erfolge des Energiemanagements zu veröffentlichen.
Die Initiative EnergieEffizienz stellt Hilfen zur Mitarbeiterinformation
und -motivation zur Verfügung:
www.stromeffizienz.de/ueber-uns/veroeffentlichungen/
publikationen.html
20
Ratgeber Energiemanagement.

4.1.2 Technische Maßnahmen.
Technische Energieeffizienzmaßnahmen erfordern in der Regel
Investitionen. Sie betreffen den Umbau von Gebäuden und den
Einbau oder Umbau von Systemen, Anlagen und Maschinen sowie
ihrer Komponenten.
Die nachfolgenden Beispiele möglicher investiver Energieeffizienzmaßnahmen
veranschaulichen die Handlungsvielfalt
in den einzelnen Bereichen:
Energieeffizienz in Gebäuden:
Effiziente Wärmeversorgung. Zu den zentralen Maßnahmen
zählen die bedarfsgerechte Anpassung der Versorgung
(z. B. Modernisierung der Heizkörper-Thermostatventile,
hydraulischer Abgleich) sowie die Modernisierung der
Wärmeerzeugung (z. B. Brennwerttechnik, Einsatz erneuerbarer
Energieträger, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen).
Reduktion der Wärmeverluste über die Gebäudehülle. Zu
den wichtigsten Bereichen zählen die Außenwände (z. B.
Verbesserung der Dämmung, Optimierung der Fassadenausrichtung)
und Fenster (z. B. Verglasung mit geringen
Wärmeverlusten, außenliegender Sonnenschutz).
Reduktion der Lüftungswärmeverluste. Lüftungsanlagen
können gegenüber herkömmlicher Fensterlüftung erhebliche
Einsparungen bewirken – vorausgesetzt, sie sind mit
einer Wärmerückgewinnungsanlage ausgestattet. Moderne
Anlagen ermöglichen eine Rückgewinnung von bis zu
95 Prozent der in der Abluft enthaltenen Wärmeenergie.
Energieeffizienz bei Querschnittstechnologien:
Einsatz energieeffizienter Motoren (über 95 Prozent der
Lebenszykluskosten eines elektrischen Antriebs werden
durch Energiekosten verursacht).
Nutzung von Wärmerückwirkung (z. B. bei Lüftungs-, Druckluft-
und Klimaanlagen, Trocknern, Produktionsanlagen).
Leckagereduzierung im Druckluftnetz.
Einbau Energieeffizienz steigernder Steuerungs- und
Regelungstechnik.
Optimierung der Dampferzeugung (Abgaswärmetauscher,
zum Beispiel Economizer).
Nutzung von Brennwerttechnik, Verbesserung der Kesselisolation
etc.; Optimierungsmöglichkeiten an Produktionsanlagen
(z. B. durch Anpassung von Prozessparametern an den
tatsächlichen Bedarf).
Die Einsparpotenziale solcher Maßnahmen hängen stark von
der jeweiligen Ausgangssituation im Unternehmen, dem Zustand
der Anlagen, aber auch von den Möglichkeiten zur Steuerung
der Prozesse ab. Abbildung 15 gibt einen Überblick über
die durchschnittlichen wirtschaftlichen Energieeinsparpotenziale
bei unterschiedlichen Querschnittstechnologien. Konkrete
Beispiele typischer Energieeffizienzmaßnahmen in den Bereichen
Trocknung, Ventilatoren, Kühlung und Druckluft finden
sich auf den folgenden Seiten. Detaillierte Informationen
enthalten die jeweiligen Ratgeber zu den entsprechenden
Querschnittstechnologien dieses Handbuchs.
Beleuchtung Druckluft Pumpensysteme Kälte- und Kühlwasseranlagen
Wärmeversorgung
Lüftungsanlagen
Abb. 15: Durchschnittliche Energieeffizienzpotenziale bei Querschnittstechnologien in Unternehmen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
21

Typische Optimierungsmaßnahme für einen industriellen
Trockner.
In der Abbildung ist schematisch vereinfacht ein erdgasbefeuerter
Trockner mit typischen Optimierungsmaßnahmen
dargestellt. Die Ware durchläuft den Trockner
mithilfe von Antrieben und wird von der heißen Umluft
durchströmt und getrocknet. Die Abluft wird über ein
Wärmerückgewinnungssystem geführt, mit dem die
Frischluft vorgewärmt wird. Durch die in der Abbildung
skizzierten Optimierungsmaßnahmen lassen sich erhebliche
Energieeinsparpotenziale erschließen.
3
6
1
4
7
6
2
8
5 5 5 5
5 5
1
Vermeidung von Falschluft
5
Optimierung der Brenner,
am Bedarf angepasste Auslegung und Steuerung
2
Optimierung der Antriebe,
Abschaltung in Produktionspausen
6
Wärmerückgewinnung, Reduzierung der
Wärmeverluste, Schließen der Klappen
3
Optimierung der Wärmeeinbringung,
Möglichkeiten der Dampfabriegelung
7
Intakte Einhausung, Isolierung
4
Optimales Luft-Waren-Verhältnis
8
Trocknerparameter je nach Ware anpassen
Abb. 16: Typische Maßnahmen zur energetischen Optimierung eines Trockners in der Textilindustrie.
22
Ratgeber Energiemanagement.

Beispiel Ventilatoren.
Istzustand.
Ventilatoren sind im Normalfall auf die maximal erforderlichen
Volumenströme ausgelegt. Analysen zeigen jedoch,
dass Ventilatoren selten im Volllastbereich betrieben
werden. Der Volumenstrom liegt im Durchschnitt deutlich
unterhalb der größtmöglichen Leistung. Er wird oft durch
konventionelle mechanische Einrichtungen gesteuert,
beispielsweise mit Drosselklappen, Drall-, Bypass- oder
Ein-/Ausregelung. Dabei läuft der Motor mit maximaler
Drehzahl, unabhängig vom tatsächlich erforderlichen
Volumenstrom.
Maßnahme.
In einer Produktionshalle wird durch die Nachrüstung
eines Frequenzumrichters am Ventilatormotor die Drehzahl
und somit die Leistungsaufnahme direkt an den Bedarf
angepasst.
Leistungsaufnahme (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
Drosselregelung
idealer Verlauf
Drosselregelung (FU)
Abbildung 17 zeigt die Leistungsaufnahme des Ventilators
in Abhängigkeit vom Volumenstrom für die Drosselregelung
(Standard), für die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter
und für einen idealen Verlauf.
Ergebnis.
Wie in Abbildung 17 zu sehen, ist bei Volumenströmen mit
weniger als 80 Prozent der Auslegungsgröße die Regelung
über einen Frequenzumrichter (in der Abbildung als gepunktete
Fläche dargestellt) effizienter als die Drosselregelung.
Ist der Volumenstrom größer als 80 Prozent der Auslegungsgröße,
arbeitet die Drosselregelung effizienter (in
der Abbildung als schraffierte Fläche dargestellt). Erfahrungsgemäß
sind die Ventilatormotoren oft überdimensioniert,
sodass im regulären Betriebsfall weniger als 60 Prozent
des Volumenstroms gefördert werden. Daher ist das Einsparpotenzial
bezüglich Energieverbrauch und Energiekosten
mittels Drehzahlregelung teilweise erheblich.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Volumenstrom (%)
Abb. 17: Leistungsaufnahme eines Ventilators im Verhältnis zum geförderten
Volumenstrom bei verschiedenen Regelungstechniken.
Das Ergebnis in Zahlen.
Frequenzumrichter-Nachrüstung bei einem Ventilator
(Textil unternehmen):
Investition 1.900 €
Stromeinsparung
60.000 kWh/a
Stromkosteneinsparung
3.240 €/a
Prozentuale Einsparung 55 %
Kapitalrendite > 100 %
EnergieEffizienz lohnt sich.
23

Beispiel Kühlung.
Istzustand.
In vielen Betrieben wird der Kältebedarf für Prozesskälte
oder Klimatisierung ausschließlich über Kältemaschinen
bereitgestellt. Dabei betragen die betrieblichen Stromkosten
für die Kältebereitstellung oftmals mehrere Zehntausend
Euro pro Jahr.
Maßnahme.
In einem mittelständischen Unternehmen wird ein
Trockenkühler zur Unterstützung der Kältemaschinen
installiert, der zur Kühlung im Frühjahr, Herbst und
Winter, aber auch in kalten Sommernächten die kalte
Außenluft verwendet.
Ergebnis.
Durch den Trockenkühler kann der Strombedarf der Kälteanlagen
erheblich gesenkt werden. Bei geringen Außentemperaturen
ist oft sogar ein Abschalten der Kälteanlagen
möglich und die Kühlung erfolgt ausschließlich über
den Trockenkühler. In Übergangszeiten dient er als Unterstützung
der Kälteanlagen. Die Einsparungen können
je nach Betrieb variieren, rentieren sich aber in der Regel
mittelfristig (3 bis 5 Jahre).
Das Ergebnis in Zahlen.
Installation eines Trockenkühlers
(mittelständisches Textil unternehmen):
Investition 29.250 €
Stromeinsparung
88.000 kWh/a
Stromkosteneinsparung
10.450 €/a
Prozentuale Einsparung 47 %
Kapitalrendite 36 %
Foto: Trockenkühler, Quelle: Ökotec Energiemanagement GmbH.
24
Ratgeber Energiemanagement.

Beispiel Druckluft.
Istzustand.
In einem Unternehmen sind die Kosten für die Druckluftbereitstellung
kontinuierlich gestiegen, obwohl die
Produktionsmenge in den letzten Jahren relativ konstant
blieb. Als Ursache werden Leckagen im Druckluftnetz vermutet.
Maßnahme.
Es wird eine Dichtigkeitsprüfung für das Verteilnetz mittels
eines Aufpumpversuchs durchgeführt, mit dem sich
die Leckagemenge genau bestimmen lässt.
Abbildung 18 zeigt die Auswertung eines Aufpumpversuchs.
Eine Durchführung bei abgeschalteten Druckluftverbrauchern
kann Aufschluss über das Maß der Netzleckagen liefern.
Dazu wird ein Kompressor mit bekannter Fördermenge
gestartet. Wird der eingestellte maximale Netzdruck (pA)
erreicht, schaltet er in den Leerlauf. Infolge der Undichtigkeiten
fällt der Druck im Netz allmählich ab, bis der Kompressor
bei Erreichen des Einschaltdrucks (pE) wieder auf
Lastbetrieb schaltet und erneut zu fördern beginnt. Die Beund
Entlastungszeiten (t 1 und t 2 ) werden mehrmals gemessen
und gemittelt. Der Zusammenhang von Netzdruck und
Zeit ergibt dann ein charakteristisches Sägezahnprofil, bei
dem die Steilheit der Kurve einen Hinweis auf die Höhe der
Leckagemenge gibt. Die Leckagemenge kann mithilfe der
Lastzeiten errechnet werden. Ist der Leckageanteil größer
als 10 Prozent, dann sollte eine Beseitigung der Leckagen
durch den Austausch betroffener Leitungen und Dichtungen
sowie defekter Ventile oder Anschlüsse erfolgen. In
den meisten Fällen treten Leckagen auf den letzten Metern
zum Druckluftverbraucher auf. Das heißt, dass häufig nur
ein flexibler Kunststoffschlauch erneuert oder neu angeschlossen
werden muss, um die Leckagen zu beseitigen.
Ergebnis.
Durch die Beseitigung der Leckagen lassen sich die Druckluftkosten
oft erheblich senken. Erfahrungsgemäß beträgt
der Leckageanteil 20 bis 40 Prozent der erzeugten Druckluftmenge.
Bei guter Wartung lässt sich ein verringerter
Leckageanteil von fünf bis zehn Prozent wirtschaftlich
erreichen.
Das Ergebnis in Zahlen.
Reduzierung der Leckagemenge
(Schienenfahrzeugbau):
Keine Investition,
Kontinuierliche
dafür weitere Kosten
Wartungskosten
Stromeinsparung
613.000 kWh/a
Stromkosteneinsparung
32.750 €/a
Prozentuale Einsparung 15 %
Betriebsdruck (p)
pA
pE
pA = Ausschaltdruck
pE = Einschaltdruck
t 1.1
, t 1.2
= Lastlaufzeit
t 2.1
, t 2.2
= Leerlaufzeit
t 1.1
t 2.1
t 1.2
t 2.2 Zeit (t)
Abb. 18: Bestimmung der Leckagemenge durch einen Aufpumpversuch.
EnergieEffizienz lohnt sich.
25

Lastmanagement.
Lastmanagement hat zum Ziel, ausgewählte flexible Stromverbraucher
so zu steuern, dass der Leistungsbezug optimiert
werden kann. Die Flexibilität in der Leistungsaufnahme kann
zum einen für die Optimierung des betrieblichen Stromlastprofils
eingesetzt werden (Spitzenlastmanagement). Darüber
hinaus entstehen im Zuge des Ausbaus der Stromeinspeisung
aus fluktuierenden erneuerbaren Energien derzeit neue Märkte
im Bereich des Stromhandels sowie im Stromnetzbetrieb, auf
denen variable Lasten in Industrie und Gewerbe gegen Erlös
gehandelt werden können (Demand Side Management).
Last (kW)
15 Min.
höchster Momentwert
höchster Mittelwert
Nicht der höchste Momentwert, sondern der höchste
Leistungsmittelwert bestimmt die Höhe der Kosten.
Zeit
Voraussetzung für die Einführung und Umsetzung eines Lastmanagements
ist, dass die anlagen- und prozessspezifischen
Energiedaten bekannt und dokumentiert sind. Ein Energiemanagementsystem
bietet daher eine sehr gute Basis, um ein Lastmanagement
einzuführen.
Spitzenlastmanagement.
Bei Unternehmen fallen neben den Kosten für die bezogene Arbeit
(Cent/kWh) Netznutzungsentgelte und – je nach Stromliefervertrag
– auch Leistungskosten für die bezogene elektrische
Leistung an.
In der Regel liegt während der Betriebszeit durch kontinuierlich
laufende Anlagen und Geräte (z. B. Lüfter, Beleuchtung,
Pumpen) eine Grundlast elektrischer Leistung an. Durch das
Zu- und Abschalten von Anlagen im Laufe des Tages entsteht
ein Lastverlauf mit entsprechenden Lastspitzen (siehe Abbildung
19). Die Netznutzungsentgelte und ggf. der Leistungspreis
werden anhand des höchsten viertelstündlichen Durchschnittswerts
in einer Abrechnungsperiode (typischerweise ein Monat
oder ein Jahr) bemessen.
Durch die Einführung eines Spitzenlastmanagementsystems
können Unternehmen ihre maximale Spitzenlast und die damit
verbundenen Kosten reduzieren.
Abb. 19: Beispiel eines Lastgangs des Bezugs von elektrischem Strom in einem Unternehmen.
Maßnahmen zur Reduzierung der Spitzenlast:
Reorganisation der Arbeitsabläufe: Große Verbraucher nicht
gleichzeitig einschalten.
Einbau eines elektronischen Spitzenlastmanagements:
Akustische oder optische Signale zeigen manuelles Abschalten
von Geräten und Anlagen an. Komplexere Systeme steuern
das An- und Abschalten mehrerer Verbraucher automatisch.
Verwendung von Anlagen und Geräten mit geringer elektrischer
Leistung.
Einrichtung von Pufferspeichern (Druckluft- und Kältenutzung)
zur Deckung von Bedarfsspitzen und Vermeidung von
Lastspitzen bei der Stromnachfrage.
Bei der Einführung eines Spitzenlastmanagements sollte mit
den Energieversorgern eine monatliche Abrechnung der bezogenen
elektrischen Spitzenleistung vereinbart werden. Dies ist
wichtig, falls in der Einführungsphase des Lastmanagementsystems
noch Spitzen auftreten oder das System noch nicht
einwandfrei arbeitet. Eine einmalig auftretende Leistungsspitze
kann den Leistungspreis eines ganzen Jahres unnötig erhöhen.
Um ein Lastmanagementsystem in einem Betrieb zu installieren
und zu betreiben, reicht eine einmalige Erhebung nicht
aus. Jeder neu installierte Verbraucher muss in Bezug auf sein
Lastverhalten bewertet und gegebenenfalls in das System eingebunden
werden.
26
Ratgeber Energiemanagement.

4.2 Maßnahmenplanung im Sinne eines
zertifizierten Energiemanagementsystems.
Wie bereits dargestellt, ist die Planung von Energieeffizienzmaßnahmen
ein wichtiger Bestandteil des Energiemanagements.
Wird darüber hinaus eine Zertifizierung nach DIN EN
ISO 50001 angestrebt, sind zusätzliche Managementelemente
bei der Maßnahmenplanung umzusetzen und entsprechende
Anforderungen zu erfüllen. Im Folgenden werden diese
Elemente dargestellt.
Energiepolitik in Unternehmen.
Die Energiemanagementsystem-Norm ISO 50001 gibt vor, dass
Unternehmen den Umgang mit Energie und das Thema der
Energieeffizienz, in Form von energiepolitischen Rahmenbedingungen,
langfristig in die Unternehmensstrategie implementieren
müssen. Die Formulierung der energiepolitischen
Rahmenbedingungen sollte sich an den strategischen Unternehmenszielen
orientieren. Anhand dieser Rahmenbedingungen
können konkrete Energieziele abgeleitet werden. Diese
müssen von der Geschäftsführung aufgestellt werden und
mindestens folgende Verpflichtungen beinhalten:
Ständige Verbesserung der energiebezogenen Leistung.
Sicherstellung der Verfügbarkeit von relevanten Informationen.
Einhaltung gesetzlicher (z. B. energierelevante Gesetze)
und anderer eingegangener Verpflichtungen (z. B. Selbstverpflichtung,
Kundenvorgabe).
Die Energiepolitik muss außerdem den Einkauf und die Beschaffung
von energieeffizienten Produkten sowie die Berücksichtigung
von Energieeffizienz bei der Planung und Auslegung
von Anlagen und Prozessen unterstützen. Des Weiteren muss
sie unternehmensintern kommuniziert, regelmäßig auf
Aktualität geprüft und bei Bedarf aktualisiert werden. Die
Überprüfung der Aktualität durch die Geschäftsführung kann
zum Beispiel im Rahmen des Management Reviews erfolgen.
Definition strategische und operative Energieziele:
Strategische Energieziele sind entsprechend der energiepolitischen
Ausrichtung des Unternehmens festgelegte Ergebnisse
bzw. zu erreichende energiebezogene Leistungen.
Operative Energieziele sind detaillierte und quantifizierbare
Anforderungen an die energiebezogenen Leistungen.
Sie leiten sich aus den strategischen Energiezielen ab und
sind wesentlich für deren Erreichung. (DIN EN ISO 50001)
Energieziele und Aktionspläne.
Im Einklang mit der Energiepolitik und auf Grundlage der
Energieanalyse müssen langfristige (strategische) Energieziele
formuliert werden, die dann anhand operativer Energieziele
konkretisiert werden. Dabei sind auch technologische Alternativen
bzw. finanzielle und wirtschaftliche Rahmenbedingungen
zu berücksichtigen. Die Energieziele müssen genau und verständlich
beschrieben werden sowie messbar und erreichbar sein.
Die Konkretisierung der strategischen Energieziele erfolgt
durch die Formulierung operativer Energieziele. Sie definieren
einzelne Bereiche, in denen quantifizierbare Einsparungen erreicht
werden sollen (beispielsweise Senkung des Druckluftverbrauchs
um 10 Prozent gegenüber dem Vorjahr).
EnergieEffizienz lohnt sich.
27

Für eine Zertifizierung gemäß ISO 50001 müssen die operativen
Energieziele ausdrücklich definiert und dokumentiert werden.
Außerdem müssen schriftliche Aktionspläne erstellt werden, in
denen – neben den Energiezielen und Maßnahmen – auch Verantwortlichkeiten,
Zeitrahmen sowie für die Umsetzung erforderliche
Ressourcen festgelegt werden. Festzulegen ist auch, in
welcher Form die Aktionspläne auf Einhaltung überprüft und
regelmäßig aktualisiert werden.
Für die Auflistung der Energieziele und der jeweiligen
Aktionspläne kann die Checkliste 10 „Energieziele und
Aktionsplan“ im Internet verwendet werden.
www.stromeffizienz.de/enm-checklisten
Strategische Energieziele Operative Energieziele Maßnahme Verantwortung Termin
Reduktion des
Energieverbrauchs
10-prozentige Senkung
des Druckluftverbrauchs
im Vergleich zum Vorjahr
Einbau einer übergeordneten
Steuerung für
mehrere Kompressoren
Leitung Technik 31.03.2014
Erhöhung des Einsatzes
von erneuerbaren
Energien
Reduktion des Erdgasein
satzes für die Warmwasser
bereitstellung im
Vergleich zum Vorjahr
um 15 %
Beschaffung und Errichtung
einer Solaranlage
Einkauf, Leitung Technik 30.06.2014
Tab. 1: Beispiele für Energieziele und zugehörige Aktionspläne (Maßnahmen) im Rahmen eines Energiemanagementsystems.
4.3 Bewertung und Priorisierung von Energieeffizienzmaßnahmen.
Nachdem verschiedene Energieeffizienzmaßnahmen identifiziert
und entwickelt wurden, geht es im Anschluss darum,
diese unter wirtschaftlichen und zeitlichen Gesichtspunkten
zu bewerten, zu priorisieren und einen sinnvollen Maßnahmenplan
zu erarbeiten.
Wirtschaftlichkeit.
Wichtig ist, die geplanten Maßnahmen in Hinblick auf ihre
Wirtschaftlichkeit zu bewerten. Gegenüber anderen Investitionen
haben Energieeffizienzmaßnahmen den Vorteil, dass
sich die möglichen Kosteneinsparungen in der Regel gut beziffern
lassen und somit auch die Amortisationsdauer sowie
die interne Verzinsung hinreichend genau berechnet werden
kann.
In der Praxis sind vor allem statische und dynamische Bewertungsverfahren
von Bedeutung:
Statische Bewertungsverfahren sind mit geringem Aufwand
verbunden. Dabei werden die Investition und die
jährliche Kosteneinsparung infolge der Maßnahmen ins
Verhältnis gesetzt.
Dynamische Berechnungsverfahren berücksichtigen Kosten
und Einsparungen über die gesamte Nutzungsdauer der
Anlage oder Maschine. Darüber hinaus können Zinsen berücksichtigt
werden, die zukünftige Kosten und Einsparungen
entwerten.
Bei der Bewertung der Wirtschaftlichkeit sollten folgende
Parameter untersucht werden:
Amortisationszeit (statisch und dynamisch): Die Amortisationszeit
gibt an, wann das eingesetzte Kapital wieder zurückgeflossen
sein wird. Sie ist somit ein Risikomaß.
Kapitalrendite (statisch und dynamisch): Die Kapitalrendite
zeigt die Rentabilität einer Investition an; das heißt, wie
viel Prozent der Investition in einem Jahr durch die Einsparung
wieder zurückgewonnen wird. Rechnerisch ist sie der
Kehrwert der Amortisationszeit.
Interne Verzinsung (dynamisch): Die interne Verzinsung gibt
an, bis zu welchem Finanzierungszinssatz sich eine Investition
lohnt. Sie entspricht dem effektiven Jahreszins eines Kredits
mit konstanten Ratenzahlungen. Nur die interne Verzinsung
berücksichtigt die Nutzungsdauer der Anlage.
Lebenszykluskosten.
Mithilfe der Lebenszykluskosten-Analyse können alle direkt
oder indirekt durch eine Investitionsentscheidung beeinflussten
Kosten über die gesamte Nutzungsdauer einer Anlage
aufgezeigt werden. Hierzu zählen Investitionen und Gesamtenergiekosten
der Anlage sowie die Wartungs-, Instandhaltungs-
und Entsorgungskosten. Bei vielen Anlagen haben
die Energiekosten im Vergleich zu den Investitionen einen
deutlich höheren Anteil an den Lebenszykluskosten. Wichtig
ist, dass beim Vergleich verschiedener Systeme immer die
gleichen Kostenarten betrachtet und diese nach der gleichen
Methodik und mit demselben Leistungsumfang berechnet
werden. Die Lebenszykluskosten (LCC) ergeben sich dann aus
28
Ratgeber Energiemanagement.

Cd
Cic
Cic
investment costs
Investitionskosten
installation costs
Installationskosten
Cin
Cenv
Cin
Ce
energy costs
Energiekosten
operation costs
Bedienungskosten
maintenance costs
Instandhaltungskosten
down time costs
Produktionsausfallkosten
environmental costs
Umweltkosten
LCC
Co
Cm
Cs
Ce
Cs
Cenv
Cd
disposal costs
Stilllegungskosten
Cm
Co
Abb. 20: Elemente der Lebenszykluskosten von energieverbrauchenden Produkten.
der Summe aller Kostenarten (siehe Abbildung 20). Als Ergebnis
erhält man verbrauchs- und betriebsabhängige Kosteneinsparpotenziale,
die in die wirtschaftliche Bewertung der Energieeffizienzmaßnahmen
einfließen.
Der Maßnahmenplan – das zentrale Dokument.
Die einzelnen technischen und organisatorischen Maßnahmen
werden in einen Maßnahmenplan aufgenommen. Dieser kann unterschiedliche
Parameter zur Bewertung der Maßnahmen enthalten,
die je nach Schwerpunktsetzung im Unternehmen gewählt
werden. Im Rahmen des Maßnahmenplans werden den einzelnen
Maßnahmen Prioritäten zugeordnet, wodurch sich eine für die
Umsetzung sinnvolle und maßgebliche Reihenfolge ergibt.
Mögliche Inhalte des Maßnahmenplans sind:
Bezeichnung und Beschreibung der Maßnahmen.
Einsparpotenziale bei verbrauchsabhängigen Kosten (Energieträger,
Lagerkosten für Brennstoffe, sonstige Hilfs- und Betriebsstoffe
etc.), betriebsabhängigen Kosten (Reinigung,
Wartung und Instandhaltung, Bedienung, Versicherungskosten,
Steuern etc.) sowie bei CO 2 -Emissionen.
Investitionen (Kosten für Planung und Errichtung einer Anlage).
Bewertung der Maßnahmen auf Basis verschiedener Parameter:
technische Umsetzbarkeit, Höhe der Einsparpotenziale
und Wirtschaftlichkeit (Amortisationszeit, Kapitalrendite
oder interne Verzinsung).
Priorisierung der Maßnahmen anhand der Bewertung.
Benennung einer verantwortlichen Person für die Umsetzung.
Zeitrahmen für die Umsetzung.
In Tabelle 2 (siehe Seite 30) ist ein Beispiel für einen Maßnahmenplan
dargestellt. Es sind vorerst Maßnahmen aufgenommen,
die hohe Energieeinsparpotenziale mit sich bringen und
deren Umsetzung einfach und schnell erfolgen kann. Ein
weite res wichtiges Bewertungskriterium ist die Wirtschaftlichkeit.
Für die wirtschaftliche Bewertung werden diejenigen
Maßnahmen priorisiert, die keinen oder einen niedrigen
Inves titionsbedarf haben. Deshalb erscheint die Maßnahme
„Reduzierung der Leckagemenge im Druckluftnetz“ an erster
Stelle. Auf Grundlage des Maßnahmenplans kann die zukünftige
energiebezogene Leistung, also Energieeinsatz und
Energie verbrauch, abgeschätzt werden.
Bei der Maßnahmenplanung und der Erstellung des Maßnahmenkatalogs
kann auch die Unterstützung externer Dienstleister
eingeholt werden, falls die nötigen Kapazitäten oder das Fachpersonal
im eigenen Betrieb fehlen.
Für die Priorisierung der Energieeinsparmaßnahmen
empfiehlt sich der Einsatz der Checklisten 8 „Bewertung
wesentlicher Einflussfaktoren auf den Energieverbrauch“
und 9 „Wirtschaftlichkeitsberechnung“ im Internet.
www.stromeffizienz.de/enm-checklisten
EnergieEffizienz lohnt sich.
29

Istzustand
Maßnahme
Einsparpotenzial Investition Umsetzbarkeit Statische
Amortisationszeit
Bewertung
gesamt
[€/a] 1) [MWh/a] [t CO 2 /a] [€] +/O/– 2) [Jahre] +/O/– 3)
1
Leckagen im Druckluftnetz
Reduzierung der
Leckagemenge
320 16 2 0 + 0 +
2
Drucklufterzeugung auf 10-bar-
Niveau
Reduzierung auf 7,5 bar
3.000 111 27 1.000 + 0,3 +
3
Schleifentrockner arbeitet mit
Umgebungsluft
Nutzung der Abluft des
Druckluftkompressors
1.300 48 13 1.600 + 1,2 +
4
Druckluftkompressoren
saugen warme Abluft an
Ansaugung von Außenluft
600 32 6 1.700 + 2,8 +
5
Lastspitzen im Strombezug
Installation eines
Lastmanagementsystems
4.500 0 0 9.000 + 2 +
6
Gleichstrommotor als
Extruderantrieb
Austausch gegen
Asynchron motor
2.200 79 19 15.800 + 7,2 ++
7
Elektrisch betriebener
Trockenluft trockner
im Ersatzfall auf Infrarottrockner
umsteigen
6.000 222 48 110.000 0 18,3 –
1)
Berechnung auf Basis der Arbeits- und Leistungspreise entsprechender Energieträger.
2)
In dieser Spalte wird die Bewertung mithilfe der Symbole +/O/– dargestellt. Die Bewertung erfolgt auf Basis der technischen Umsetzbarkeit:
einfach umsetzbar = +, mit einigem Aufwand umsetzbar = O, mit großem Aufwand umsetzbar = –.
3)
In dieser Spalte wird die Gesamtbewertung mithilfe der Symbole +/O/– dargestellt. Dabei wurden die technische Umsetzbarkeit und
die statische Amortisationszeit herangezogen: kurzfristig umsetzbar = +, mittelfristig umsetzbar = O, Umsetzung sollte noch mal überprüft
werden = –, notwendige Ersatzinvestition, daher positive Bewertung trotz hoher Amortisationszeit = ++.
Tab. 2: Beispielhafter Maßnahmenplan für Energieeffizienzmaßnahmen in einem Unternehmen.
30
Ratgeber Energiemanagement.

5 Umsetzung, Überprüfung und Verbesserung
von Energieeffizienzmaßnahmen.
Geschäftsführung Entscheidung über durchzuführende Maßnahmen und Bestimmung der Abfolge
Sicherstellung der strategischen und operativen Energieziele
Energiemanager Kontroll- und Koordinationsfunktion
Controlling Kontroll- und Informationsfunktion
Produktion Umsetzung von Maßnahmen
Sicherstellung von Energieeffizienz in der Produktion
Abb. 21: Aufgaben der verantwortlichen Akteure bei der Umsetzung und Überprüfung von Energieeffizienzmaßnahmen.
Sind die Energieziele definiert und die Maßnahmenplanung
abgeschlossen, geht es im nächsten Schritt darum, die identifizierten
Maßnahmen strukturiert und koordiniert umzusetzen.
Dafür sollten in einem ersten Schritt die organisatorischen Rahmenbedingungen
für die Umsetzung geschaffen werden. Neben
der Bereitstellung finanzieller und personeller Ressourcen
sowie der Festlegung von Verantwortlichkeiten muss auch ein
Dokumenten- und Aufzeichnungsmanagement etabliert werden
und die Erstellung von Arbeitsplänen für die Einzelmaßnahmen
erfolgen. Auf dieser Grundlage lassen sich jederzeit
die beschlossenen Energieeffizienzmaßnahmen und ihre jeweiligen
Auswirkungen auf die gesetzten Energieeffizienzziele
überprüfen. Diese Beurteilung ist wiederum der erste Baustein
für einen neuen Durchlauf des PDCA-Zyklus, der einem Energiemanagementsystems
zugrunde liegt.
5.1 Managementbezogene Maßnahmen.
Im Rahmen der Umsetzung von Energiemanagementsystemen
sieht die Norm ISO 50001 einige Besonderheiten vor, die z. B. Schulungsangebote
sowie die Dokumentation betreffen. Denn: Um ein
langfristig erfolgreiches Energiemanagementsystem zu implementieren
und die Aktionspläne umzusetzen, müssen alle Mitarbeiter
in der Lage sein, die ihnen zugedachten Rollen zu erfüllen.
Bereitstellung von Ressourcen und Festlegung der Verantwortlichkeiten.
Für eine zeitgerechte und qualitativ hochwertige Umsetzung
der im Maßnahmenplan identifizierten und im Aktionsplan
festgelegten Maßnahmen bedarf es einer hinreichenden personellen
und finanziellen Ausstattung. Bei der Ressourcenplanung
sollten Budgets zur Beschaffung notwendiger Arbeitsmittel
(z. B. Wärmebildkamera oder Druckluftleckagesuchgeräte),
für Mitarbeiterschulungen und Lehrgänge, zur Bildung von
innerbetrieblicher Fachkompetenz sowie für das Hinzuziehen
von externem Know-how (z. B. Energieberater) berücksichtigt
werden.
Eine strukturierte und koordinierte Umsetzung der Maßnahmen
setzt voraus, dass die Verantwortlichkeiten und Befugnisse klar
geregelt sind. Dies trifft insbesondere auf den Energiemanager
zu, der von der Geschäftsführung mit den notwendigen Mandaten
ausgestattet sein sollte, die für eine erfolgreiche Umsetzung
des Energiemanagements von Bedeutung sind. Neben dem
unternehmensweiten Zugang zu allen energierelevanten Bereichen
und Abteilungen sollte der Energiemanager in direktem
Kontakt zur Geschäftsführung stehen. Es kann daher sinnvoll sein,
eine Person aus dem Führungsstab des Unternehmens als Kontaktperson
für den Energiemanager zu benennen. Die Aufgaben,
EnergieEffizienz lohnt sich.
31

Funktionen und Befugnisse des Energiemanagers und des ihm
zugeordneten Energieteams sollten frühzeitig im Unternehmen
kommuniziert werden (z. B. durch Aushang oder Intranetpublikation
eines Energiemanagement-Organigramms).
Arbeitspläne.
Für die fristgerechte Umsetzung des Maßnahmenplans ist
es ratsam, zu jeder einzelnen Maßnahme einen detaillierten
Arbeitsplan zu erstellen. Dieser Arbeitsplan sollte neben den
allgemeinen Bedingungen, wie Maßnahmenziel und -beschreibung,
Investitionen und Einsparungen, insbesondere die Umsetzungsschritte
und deren Zeitrahmen sowie die Verantwortlichkeiten
benennen (siehe Tabelle 3).
Dokumentation und Dokumentenmanagement.
Wesentlicher Bestandteil der Umsetzung eines Energiemanagements
ist neben der Organisation auch die Dokumentation
der Tätigkeiten und Abläufe (z. B. Maßnahmenumsetzung,
Erfassung der Einsparungen). Hinzu kommen ein gutes Dokumentenmanagement
(z. B. Ablage, Bezeichnung, Versionierung
und Archivierung) sowie die koordinierte Ausgestaltung der
energierelevanten Arbeitsabläufe.
Auch für die Dokumentation und das Dokumentenmanagement
müssen Verantwortlichkeiten und Zuständigkeiten
festgelegt werden. Hierbei empfiehlt sich, die Dokumentation
durch die für den jeweiligen Prozess oder die jeweilige
Maßnahme verantwortliche Stelle durchführen zu lassen. Das
Dokumentenmanagement kann an zentraler Stelle, z. B. beim
Controlling, gebündelt erfolgen.
Um später bei der Umsetzung von Maßnahmen effizient verfahren
zu können, sollten im Rahmen der Optimierungsmaßnahmen
die Prozesse und Tätigkeiten mit großem Einfluss auf
den Energieverbrauch genau geregelt und beschrieben werden
(z. B. Planung und Auslegung, Beschaffung sowie Wartung und
Instandsetzung von Anlagen, Prozessen und Materialien). Praktikable
Möglichkeiten stellen die Erstellung von Prozess- und
Arbeitsanweisungen sowie die Bereitstellung von Formblättern
und Formularen dar, die jedem Mitarbeiter zur Verfügung
gestellt werden können (z. B. bietet sich hierfür das Firmenintranet
an).
Beispiele relevanter Unterlagen für die Ablauflenkung sind:
Arbeitsanweisungen.
Erfassen von Energieverbräuchen
Erstellen von Energieberichten
Prozessanweisungen.
Lenkung von Dokumenten
Wartung und Instandhaltung
Schulungen
Internes Audit
Management Review
Regelung von Nichtkonformitäten
Maßnahme Ziel Kennzahl Investition
[€]
Einsparung
[€/a]
Umsetzungsschritte Zeitrahmen Verantwortung
Leckagen im
Druckluftnetz
beheben
Leckageverluste
im
Druckluftnetz
innerhalb
eines Jahres
auf unter 10 %
reduzieren
Stromverbrauch
je produzierte
Einheit
[kWh/kg]
0 320
1. Leckagen auffinden Januar 2014 Technik
2. geeignete Maßnahmen
definieren
3. Maßnahmen
umsetzen
Januar 2014
Februar 2014
Energiemanager
(Unterstützung: Technik)
Technik
Drehzahlregelung
für
Lüftung
installieren
Reduktion
des Stromverbrauchs
der
Lüftungsanlage
innerhalb
eines
Jahres um
mind. 25 %
Stromverbrauch
je Fördervolumen
[kWh/m]
1.900 3.240 1. Maßnahmendefinition
Januar 2014
Energiemanager
(Unterstützung: Technik)
2. Ausschreibung Februar 2014 Einkauf
(Unterstützung: Technik)
3. Angebote
vergleichen
Februar 2014
Einkauf
(Unterstützung: Technik)
4. Vergabe März 2014 Einkauf
5. Umsetzung Mai 2014 Technik
Tab. 3: Beispielhafter Arbeitsplan für die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen in einem Unternehmen.
32
Ratgeber Energiemanagement.

Formblätter und Formulare.
Liste zu Normen und Gesetzen
Inventarliste für Maschinen und Anlagen
Checkliste zu energetischen Aspekten
Checkliste für Lieferanten und deren Bewertung
Schulungspläne
Besprechungsprotokoll
Die ISO 50001 fordert, dass die Kernelemente des Energiemanagementsystems
sowie ihr Zusammenwirken detailliert dokumentiert
werden. Diese Dokumentation muss daneben mindestens
den Geltungsbereich, die von der Norm geforderten
Dokumente bzw. Aufzeichnungen (Energiepolitik, Energieziele
und Aktionsplan, Auditberichte usw.) sowie darüber hinaus
Dokumente enthalten, die das Unternehmen selbst für erforderlich
hält. Der Umfang einer Dokumentation hängt stets von der
Art und Größe eines Unternehmens sowie von der Komplexität
der Prozesse ab. Besteht aufgrund eines vorhandenen Umweltoder
Qualitätsmanagementsystems bereits ein Dokumentationssystem,
können die für das Energiemanagementsystem relevanten
Dokumente darin integriert werden.
Schulung.
Mitarbeiter und externe Dienstleister, die einen wesentlichen
Einfluss auf den Energieverbrauch bzw. das Energiemanagementsystem
ausüben, müssen nach ISO 50001 über hinreichende
Kompetenz sowie Fachwissen zum Thema Energie
verfügen. Die jeweiligen Aufgaben und Fähigkeiten dieser Personen
sollten also abgeglichen und eventuelle Lücken durch
entsprechende Ausbildungen oder Schulungen geschlossen
werden (siehe Abbildung 22). Beispielsweise muss ein Energiemanager,
der ein Energiemanagement entsprechend den
Vorgaben der Norm ISO 50001 aufbauen soll, mit der Norm
vertraut sein oder diese Kenntnisse gegebenenfalls durch eine
Seminarteilnahme erwerben.
Außerdem sollte festgelegt werden, wie und durch wen die Dokumente
vor der Herausgabe auf ihre Eignung geprüft werden,
in welcher Form eine regelmäßige Aktualisierung erfolgt und
wie sichergestellt wird, dass die Dokumente in der jeweils aktuellen
Fassung an den relevanten Stellen hinterlegt sind.
Spezifische Schulung zu speziellen
Themen wie Drucklufteinsatz,
Wärmerückgewinnung usw.
Wesentliche
Akteure im EnMS
Energiemanager,
Energieteam,
Projektleiter
etc.
Allgemeine Schulungen zum Thema
Energiemanagement
Bereichsleiter,
Abteilungsleiter etc.
Sensibilisierung
Alle Mitarbeiter
Abb. 22: Schulungskonzept im Rahmen eines Energiemanagementsystems.
ENERGIE-
CONTROLLING
EnergieEffizienz lohnt sich.
33

Für die Schulung der Mitarbeiter eignen sich folgende
Schritte:
Zunächst sollten diejenigen Mitarbeiter identifiziert werden,
die relevante Aufgaben im Bereich des Energiemanagements
übernehmen können. Neben den Mitgliedern
des Energieteams zählen hierzu insbesondere auch Mitarbeiter
mit besonders energierelevanten Tätigkeiten, z. B.
Werks- oder Werkstattleiter, Schichtleiter oder Anlagenführer.
Abhängig vom Kenntnisstand und den Fähigkeiten der ermittelten
Kollegen können geeignete Schulungsprogramme
erarbeitet werden. Dabei empfiehlt es sich, neben den unternehmensspezifischen
Schulungsprogrammen, z. B. zu
vorhandenen Anlagen, Prozessen oder neuen Technologien,
auch allgemeine Weiterbildungsprogramme, z. B. zum
energieeffizienten Handeln, zu entwickeln.
Für neue Mitarbeiter sollte eine Einführungsschulung zum
innerbetrieblichen Energiemanagement und zu energieeffizientem
Handeln stattfinden. Auch externe Dienstleister,
deren Mitarbeiter im Unternehmen arbeiten, sollten über das
Energiemanagement des Unternehmens informiert werden.
Information und Motivation.
Werden die Mitarbeiter kontinuierlich über den Stand der
Einsparbemühungen und den Status der Zielerreichung informiert,
steigert dies ihre Bereitschaft, einen persönlichen
Beitrag zu leisten. Um die Motivation der Mitarbeiter aufrechtzuerhalten,
empfiehlt sich die regelmäßige Kommunikation
aktueller Verbrauchswerte oder Energiekennzahlen und damit
der Erfolge des Energiemanagements.
Sensibilisierung, Bewusstseinsbildung und Schulung
von Mitarbeitern.
Bei den Mitarbeitern liegen, je nach Art des Unternehmens,
teilweise große Energieeinsparpotenziale, die überwiegend
ohne investive Maßnahmen erschlossen werden können. Dafür
müssen Mitarbeiter jedoch hinsichtlich vorhandener Energieeffizienzpotenziale
sensibilisiert werden, mit dem Ziel, ihr Verhalten
mittel- bis langfristig zu verändern.
Für die Sensibilisierung und Bewusstseinsbildung der
Mitarbeiter eignen sich folgende Schritte:
Information über die Entscheidung der Geschäftsführung zur
Einführung eines Energiemanagements. Hierbei sollte die zukünftige
Energiepolitik des Unternehmens vorgestellt, die
34
Ratgeber Energiemanagement.

ersten Ziele im Aktionsplan beschrieben und zur Unterstützung
durch die Mitarbeiter aufgerufen werden. Hier empfiehlt es
sich, auf die besonderen Möglichkeiten der Mitwirkung jedes
Mitarbeiters hinzuweisen und zu verdeutlichen, dass für eine
erfolgreiche Implementierung des Energiemanagements die
Beteiligung aller Mitarbeiter von zentraler Bedeutung ist.
Über geeignete Kommunikationskanäle, z. B. Intranet,
Schwarzes Brett, Mitarbeiterzeitschrift, Newsletter oder Flyer,
sollten die Mitarbeiter über Energieeffizienzpotenziale
am Arbeitsplatz und geeignete Maßnahmen im Unternehmen
informiert werden.
Die Einführung eines Vorschlagswesens kann ein geeignetes
Anreizsystem für selbständige Energieeffizienzmaßnahmen
seitens der Belegschaft sein. Wichtig dabei ist, in regelmäßigen
Abständen Feedback zu den eingereichten Vorschlägen
zu geben, z. B. welche Vorschläge bald in konkrete Maßnahmen
umgesetzt werden.
Mittels Prämiensystemen können Mitarbeiter an den Energiekosteneinsparungen
beteiligt werden.
Große Bedeutung hat auch die Kommunikation der im Rahmen
des Energiemanagements erzielten Energie- und Kosteneinsparungen.
Das erhöht die Motivation und steigert die
weitere Bereitschaft zur Mitwirkung.
Kommunikation im Rahmen des Energiemanagements.
Ein erfolgreich betriebenes Energiemanagementsystem eignet
sich insbesondere dann für eine positive Außenkommunikation,
wenn erste wesentliche Energieeffizienz steigernde und
Kosten senkende Effekte dokumentiert werden können. Die
Außendarstellung des Unternehmens mit positiven Meldungen
zur Steigerung der Energieeffizienz bietet sich an, um sich vom
Wettbewerb abzuheben, aber auch, um etwa Kapitalgebern,
Geschäftspartnern und Kunden hohe Wirtschaftlichkeit und
großes Engagement zu signalisieren.
Auch für die interne Kommunikation sind Positivmeldungen
aufgrund eines gut funktionierenden Energiemanagementsystems
im Unternehmen von Bedeutung. Auf diese Weise wird
der Belegschaft die Wirkung ihres Engagements deutlich und
die Motivation, weiterhin energieeffizient zu arbeiten und zu
wirtschaften, wird gestärkt.
Einhaltung energierechtlicher und anderer Anforderungen.
Wie alle anderen Managementsysteme fordert auch ein
Energiemanagement nach ISO 50001 die Etablierung eines
kontinuierlichen Prozesses, der sicherstellt, dass gesetzliche
Anforderungen (z. B. die Energieeinsparverordnung für Gebäudeneubau
oder -sanierung) eingehalten werden. Änderungen
der gesetzlichen Rahmenbedingungen müssen frühzeitig bekannt
werden und durch entsprechende Anpassungen im betrieblichen
EnMS umgesetzt werden.
Ablauflenkung.
Die sogenannte Ablauflenkung ist ein Kernpunkt des Energiemanagementsystems
nach ISO 50001. Demnach müssen alle
wesentlichen energieverbrauchsrelevanten Tätigkeiten so geplant
und durchgeführt werden, dass sie mit der Energiepolitik des
Unternehmens und den Energiezielen übereinstimmen. Dies
kann durch die Festlegung von energetischen Kriterien oder
Verfahren geschehen und gilt für die Auswertung und die
Kommunikation dieser Kriterien bzw. Verfahren gegenüber
Mitarbeitern oder externen Akteuren.
Planung und Beschaffung.
Bei der Beschaffung von Produktionsanlagen, Produkten, Energieträgern
und energierelevanten Dienstleistungen müssen gemäß
ISO 50001 energetische Kriterien berücksichtigt werden. Dabei
ist stets der Einfluss auf den Energieverbrauch über die gesamte
Nutzungsdauer zu berücksichtigen. Die Lieferanten müssen entsprechend
darüber informiert werden, dass der Energieverbrauch
ein relevantes Beschaffungskriterium ist.
5.2 Überprüfung und Verbesserung des Energiemanagements.
Das Energiemanagement eines Unternehmens ist ein kontinuierlicher
Prozess. Damit auch die langfristigen Energieeffizienzziele
erreicht werden, bedarf es neben einer kontinuierlichen
Überwachung und Überprüfung von Energieverbrauch und
Energieeffizienz sowie der zum Energiemanagement gehörenden
organisatorischen Prozesse auch eines regelmäßigen
Abgleichs des Istzustands mit den strategischen und operativen
Zielen. Werden Zielabweichungen festgestellt, müssen gegebenenfalls
Korrekturmaßnahmen erarbeitet und eingeleitet
werden.
Kontinuierliches Messen und Überprüfen.
Im Rahmen eines Energiemanagementsystems werden Ziele
hinsichtlich der Entwicklung der energiebezogenen Leistung
in Aktionsplänen festgelegt, in denen vorgegeben wird, wie
die Ziele konkret erreicht werden können. In regelmäßigen Abständen
muss überprüft werden, ob die Aktionspläne auch tatsächlich
umgesetzt und die festgelegten Ziele erreicht werden.
Bei der Überprüfung helfen die vorab definierten Energieleistungskennzahlen,
die verschiedene Messwerte in ein Verhältnis
setzen – z. B. Energieverbrauch zu Produktionsmenge – und
eine einfache Erfassung der Entwicklung ermöglichen.
Damit die Kennzahlen stets den aktuellen Zustand abbilden,
müssen die zugrundeliegenden Werte in regelmäßigen Abständen
gemessen bzw. ermittelt werden. Diese sind von der
Größe und Art des Unternehmens abhängig und können von
monatlichen Messungen bis zur Echtzeitmessung variieren. Besonders
bei energieintensiven Prozessen und Anlagen ist eine
kontinuierliche automatische Datenerfassung, die jederzeit
eine Bewertung des aktuellen Zustands erlaubt, zu empfehlen.
Ist diese nicht vorhanden, muss sichergestellt werden, dass die
Daten regelmäßig erfasst und für das Energiemanagement verfügbar
gemacht werden.
EnergieEffizienz lohnt sich.
35

Neben der Überprüfung der energiebezogenen Leistung muss
auch kontrolliert werden, ob die gültigen regulatorischen
Rahmenbedingungen eingehalten werden. Es empfiehlt sich,
hierzu ein Rechtsregister anzulegen, das gepflegt und auf dem
aktuellen Stand gehalten wird.
Aktualisieren der Energieanalyse und der Aktionspläne.
Die Energieanalyse bildet die Basis für jedes Energiemanagementsystem.
Sie sollte in Umfang und Häufigkeit der Größe
und dem Energieeinsatz des Unternehmens angemessen sein.
Umfang, Häufigkeit, Methodik und die zu verwendenden Messinstrumente
sollten vorab festgelegt und bei der Durchführung
dokumentiert werden, um eine Vergleichbarkeit der wiederkehrenden
Analysen sicherzustellen.
Häufig wird bei der Einführung eines Energiemanagementsystems
zunächst eine eher grobe Energieanalyse mit wenigen,
temporären Messeinrichtungen durchgeführt. Daher sollte in
regelmäßigen Abständen überprüft werden, ob die Qualität der
Energieanalyse verbessert werden kann. Werden Änderungen
an der Methodik durchgeführt oder neue Messinstrumente
installiert, müssen diese Änderungen dokumentiert werden.
Änderungen sollten möglichst so durchgeführt werden, dass
weiterhin eine Vergleichbarkeit zu vorherigen Analysen bestehen
bleibt.
Wird bei der Überprüfung der gesetzten Ziele festgestellt, dass
die Entwicklung der Energieleistungskennzahlen von der erwarteten
Entwicklung abweicht und ein Verfehlen der Ziele
droht, gilt es, die Ursachen zu identifizieren, um gezielt gegensteuern
zu können. Eine mögliche Ursache kann die ausgebliebene
oder unvollständige Umsetzung der Aktionspläne sein.
In diesem Fall müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die
Umsetzung nachzuholen. Eine andere Ursache kann auch in
veränderten Rahmenbedingungen, z. B. Zu- und Abnahme der
Produktionsmenge oder neu installierte Anlagen, liegen. Es
gilt, den Einfluss dieser Faktoren zu bewerten und gegebenenfalls
die Ziele und Aktionspläne für die Zukunft an die neuen
Rahmenbedingungen anzupassen.
5.3 Maßnahmenüberprüfung im Sinne eines
zertifizierten Energiemanagementsystems.
Zentraler Bestandteil zur Überprüfung und Verbesserung des
Energiemanagementsystems ist das interne Audit, das eine
systematische Überprüfung der Funktionsweise des Energiemanagements
inkl. der Ziele und Maßnahmen beinhaltet.
Gemäß der Energiemanagementsystem-Norm ISO 50001 müssen
alle energetisch relevanten Tätigkeiten und Prozesse gemessen
und überwacht werden. Energiemessungen sind in einem
Messplan zu dokumentieren. Die Energieleistungskennzahlen
müssen verfolgt und ausgewertet werden, die Wirksamkeit
der Aktionspläne und die Erreichung der Energieziele muss
kontinuierlich überwacht werden. Auch die Einhaltung gesetzlicher
und anderer energierelevanter Anforderungen muss
überwacht werden. Eine besondere Bedeutung hierbei haben
interne Audits.
Definition Audit:
Ein Audit ist ein systematischer, unabhängiger und dokumentierter
Prozess zur Erlangung von Nachweisen und deren objektiver
Auswertung. Er dient der Überprüfung, inwieweit
die Anforderungen an ein Energiemanagement erfüllt sind.
(DIN EN ISO 50001)
Internes Audit.
Bei einem internen Audit handelt es sich um eine Begutachtung
der Managementelemente eines Energiemanagementsystems,
die durch eigene Mitarbeiter oder durch hinzugezogene
externe Auditoren erbracht werden kann. Ziel eines internen
Audits ist es, das Energiemanagementsystem aus einem unabhängigen
und gleichzeitig kritischen Blickwinkel zu beleuchten,
zu bewerten und Optimierungspotenziale zu erschließen,
woraus Maßnahmenverbesserungen hervorgehen sollten.
Nach der DIN EN ISO 50001 müssen in festgelegten Zeitabständen
interne Audits durchgeführt werden. Dabei wird überprüft,
ob das Managementsystem die Normvorgaben erfüllt und
die Regelungen umgesetzt werden,
ob die Regelungen wirksam sind (das heißt, ob die Ziele erreicht
werden) und
ob die energiebezogene Leistung durch das EnMS verbessert
wird.
Interne Audits werden in der Regel einmal pro Jahr durchgeführt.
Hierbei muss sichergestellt werden, dass der Auditor,
wenn er ein interner Mitarbeiter ist, nicht seinen eigenen Bereich
bewertet. Die Ergebnisse der Audits geben in Form eines
Ergebnisberichts Auskunft über die Erfüllung bzw. Nichterfüllung
der normativen Anforderungen und nennen Optimierungspotenziale
sowie mögliche Maßnahmen. Sie müssen in
jedem Fall dem Topmanagement vorgelegt werden.
Im Ergebnis wird ein Auditbericht erstellt, der neben den Energieleistungskennzahlen
auch die im Audit identifizierten Verbesserungsmaßnahmen
und Optimierungspotenziale dokumentiert
und der Geschäftsführung als Grundlage für das Management
Review dient.
Im letzten Schritt des Managementzyklus sollte das Energiemanagementsystem
durch die Geschäftsführung bewertet
36
Ratgeber Energiemanagement.

werden. Im Mittelpunkt steht dabei nicht die Bewertung der
Arbeiten einzelner Personen, sondern die übergeordnete und
objektive Bewertung der Wirksamkeit und Angemessenheit
des Energiemanagementsystems, z. B. Stand der Zielerreichung
und Reflexion der Ziele. Aufbauend auf den Energieleistungskennzahlen,
der Zielerreichung, den Ergebnissen des internen
Audits und den Verbesserungsvorschlägen der Mitarbeiter (siehe
Abschnitt 5.1) werden im Management Review die Energieziele
und der Maßnahmenplan aktualisiert und ggf. angepasst. Im
Ergebnis liegt ein Beschluss mit neuen oder angepassten Zielen
und Maßnahmen für den nächsten Zyklus des Energiemanagementsystems
vor.
Korrektur- und Vorbeugungsmaßnahmen.
Werden beispielsweise Probleme oder Abweichungen von den
Anforderungen der Norm (sogenannte Nichtkonformitäten) im
Rahmen eines Audits festgestellt, müssen diese korrigiert und
ihre Ursachen ermittelt und beseitigt werden (Korrekturmaßnahmen).
Aufgetretene Probleme lassen sich oftmals auch auf
andere Bereiche übertragen und somit im Voraus verhindern.
Die Norm fordert ausdrücklich auch die Umsetzung solcher
Vorbeugungsmaßnahmen.
Abweichungen können beispielsweise sein:
Vorgaben für energierelevante Abläufe werden nicht
umgesetzt.
Energieverbräuche schwanken unerwartet.
Druckluftleckagen werden entdeckt.
Rohrleitungen sind nicht isoliert.
Management Review.
Die Geschäftsführung bewertet den Status des Energiemanagementsystems
in festgelegten Zeitabständen – mindestens einmal
pro Jahr – in Hinblick auf Wirksamkeit und Angemessenheit.
Die Bewertung fließt in ein Management Review ein, das
unter anderem folgende Aspekte thematisiert:
Ergebnisse der in vorherigen Reviews beschlossenen
Aktivitäten.
Änderungsbedarf bei der Energiepolitik. Zielerreichung und
Bewertung der Rechtskonformität.
Energiebezogene Leistung.
Stand von Vorbeugungs- und Korrekturmaßnahmen.
Verbesserungsvorschläge.
Das Management Review fasst notwendige Änderungen des
Energiemanagementsystems – etwa Anpassungen der Energiepolitik,
Festlegung neuer Ziele, Änderungen bei Ressourcen
oder Kennzahlen – verbindlich zusammen.
Im Rahmen eines Energiemanagementsystems stellt es den
Neubeginn des kontinuierlich ablaufenden PDCA-Zyklus dar,
wie er bereits in Abschnitt 1 dieses Ratgebers beschrieben ist.
Auf Basis des Management Reviews kann also mit dem neuen
„Do“ begonnen werden.
Definition Korrekturmaßnahme:
Eine Korrekturmaßnahme ist eine Maßnahme zur Besei
tigung der Ursache einer erkannten Nichtkonformität.
(DIN EN ISO 50001)
EnergieEffizienz lohnt sich.
37

Systematisch Energiekosten senken.
Interpretationsleitfaden zur Einführung eines Energiemanagementsystems nach DIN EN 50001 oder
Energiemanagement-Aktivitäten gemäß Spitzenausgleich-Effizienzsystem-Verordnung (SpaEfV).
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen.
Handbuch für betriebliches
Energiemanagement.
Energiemanagement in kleinen und mittleren Unternehmen.
Publikationen (Auswahl).
Die folgenden Publikationen unterstützen Unternehmen bei
der Aufdeckung und Hebung von Energieeffizienzpotenzialen
und motivieren zur Umsetzung konkreter Maßnahmen zur
Energieeinsparung. Sie können direkt über den Webshop auf
www.stromeffizienz.de bestellt werden.
Handbuch für betriebliches Energiemanagement.
Das 72 Seiten umfassende Handbuch zeigt, wie ein effektives
Energiemanagement in Unternehmen eingeführt werden
kann. Dabei werden alle relevanten Handlungsebenen im
Unternehmen ausführlich angesprochen: von der Unternehmensleitung
über den Energiemanager, der die Einführung
eines betrieblichen Energiemanagements begleitet, bis zu
den Betriebsebenen wie Controlling und Produktion. Das
Handbuch greift auch Themen wie Energieberatung und
Energie-Contracting auf und gibt Entscheidungshilfen zur
Einbeziehung dieser Energiedienstleistungen. Komplementiert
wird das Heft durch elf hilfreiche Checklisten.
Energieeffizienz in kleinen und mittleren Unternehmen.
Die Broschüre informiert kurz und übersichtlich auf 22 Seiten
über die wichtigsten Energieeffizienztechnologien, über
Beratungsmöglichkeiten sowie Wege zur Finanzierung und
Förderung. Tipps und Praxisbeispiele sollen dabei vor allem
Entscheider motivieren, in Maßnahmen zur Steigerung der
Energieeffizienz zu investieren.
Interpretationsleitfaden zur ISO 50001.
Der 20-seitige Leitfaden unterstützt Unternehmen bei der
Klärung offener Fragen im Rahmen der Einführung eines
Energiemanagementsystems nach DIN EN 50001 oder von
Energiemanagementaktivitäten gemäß der Spitzenausgleich-Effizienzsystemverordnung
(SpaEfV).
Internetangebote (Auswahl).
Die folgenden Internetangebote und -tools liefern Informations-
und Beratungsangebote rund um das Thema Energieeffizienz
in Unternehmen. Sie befinden sich unter anderem
auf www.stromeffizienz.de, der zentralen Plattform für
In for mations- und Beratungsangebote der Initiative Energie-
Effizienz. Die Website stellt hier auch ergänzende Inhalte zu
Querschnitts technologien, Beratungsmöglichkeiten und
Förderungen bereit.
Quickcheck Energiemanagement.
Der Quickcheck verdeutlicht durch Abfrage konkreter Parameter,
wie systematisch und professionell die Energieeffizienzaktivitäten
im eigenen Unternehmen sind. Das Ergebnis
zeigt eine Abschätzung zum Reifegrad des unternehmenseigenen
Energiemanagements und an welchen Stellschrauben
für eine Optimierung gedreht werden sollte.
www.stromeffizienz.de/quickcheck-energiemanagement
Webspecial Energiemanagement.
Das interaktive Webspecial zeigt anhand eines beispielhaften
Unternehmens die wesentlichen Schritte im Energiemanagement.
Es ist speziell auf die beteiligten Personengruppen –
Geschäfts führung, Controlling, Produktionsebene, Energiemanager
und Energieberater – zugeschnitten.
www.webspecial-energiemanagement.de
Referenzprojekte-Datenbank.
Die Datenbank präsentiert ausgezeichnete Energieeffizienzprojekte
aus dem Bereich Industrie und Gewerbe. Die vorgestellten
Projekte zeichnen sich durch eine hohe Energieeinsparung,
hervorragende Wirtschaftlichkeit und eine
gute Über tragbarkeit aus.
www.stromeffizienz.de/referenzprojekte
38
Ratgeber Energiemanagement.

Die Initiative EnergieEffizienz.
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine bundesweite Informationsund
Motivationskampagne, die private Verbraucher, Unternehmen
und öffentliche Institutionen über Vorteile und Chancen
der effizienten Stromnutzung informiert. Unternehmen aus Industrie
und Gewerbe zeigt die Initiative Möglichkeiten zur Steigerung
der Energieeffizienz auf und motiviert zur Umsetzung
von Maßnahmen. Das Leistungsspektrum der Initiative ist breit
gefächert und hält Angebote in verschiedenen Detaillierungsgraden
für jede Umsetzungsstufe von Energieeffizienzmaßnahmen
im Unternehmen bereit. Zu den Angeboten gehören unter
anderem technische Leitfäden zur Optimierung von Querschnittstechnologien,
Internettools zur Bewertung der Energieeffizienzpotenziale
im Unternehmen, Beispiele für Referenzprojekte aus
der Praxis sowie ein Handbuch und ein Webspecial zum Energiemanagement.
Die Deutsche Energie-Agentur.
Die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) ist das Kompetenzzentrum
für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente
Energiesysteme. Das Leitbild der dena ist es, Wirtschaftswachstum
zu schaffen und Wohlstand zu sichern mit immer
geringerem Energieeinsatz. Dafür kooperiert die dena mit
Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Gesellschafter
der dena sind die Bundesrepublik Deutschland, die
KfW Bankengruppe, die Allianz SE, die Deutsche Bank AG und
die DZ BANK AG.
www.dena.de
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine Kampagne der dena und
wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
www.stromeffizienz.de
Impressum.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Energiesysteme und Energiedienstleistungen
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel.: +49 (0)30 72 61 65-600
Fax: +49 (0)30 72 61 65-699
E-Mail: info@dena.de
www.dena.de
Redaktion.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Andrea Grahl, Carsten Grohne, Sebastian Peters
Bildnachweis.
S. 30: @mmx/Fotolia.com
S. 32: @George Doyle/Thinckstockphotos.com
Layout.
BBS Werbeagentur GmbH
Druck.
Druckhaus Rihn GmbH
Stand.
12/2013
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem
Zustimmungsvorbehalt der dena.
EnergieEffizienz lohnt sich.
39

Art.-Nr. 1425
Für alle Fragen zur Energieeffizienz
in Industrie und Gewerbe:
kostenlose Energie-Hotline 08000 736 734
www.stromeffizienz.de
Eine Initiative von:
Gefördert durch:

Ratgeber Energieberatung.

2
Ratgeber Energieberatung.

Inhalt.
1 Einführung in das Thema. ............................................................................................................................................................................................. 4
2 Die Energieberatung – vom Vorgespräch bis zum Energieeinsparkonzept. ....................................................................................... 7
2.1 Initialberatung – die Istanalyse. .................................................................................................................................................................................... 9
2.2 Detailberatung – die Maßnahmenumsetzung vorbereiten. ............................................................................................................................. 12
2.3 Anwendungsbereiche der Energieberatung. .......................................................................................................................................................... 16
3 Der Energieberater – das zeichnet ihn aus. ........................................................................................................................................................ 17
3.1 Qualifikationen und berufliche Erfahrung. ............................................................................................................................................................. 17
3.2 Beratungsanbieter. ............................................................................................................................................................................................................. 18
4 Zur Tat schreiten – Berater finden und Fördermöglichkeiten prüfen. .................................................................................................. 19
4.1 Energieberatersuche. ......................................................................................................................................................................................................... 19
4.2 Förderprogramme für Energieberatung. ................................................................................................................................................................. 21
5 Informationsangebote und Entscheidungshilfen. ............................................................................................................................................ 22
Impressum. ...................................................................................................................................................................................................................... 23
EnergieEffizienz lohnt sich.
3

1 Einführung in das Thema.
Investitionen in Energieeffizienzmaßnahmen sind in der Regel
hochrentabel, nicht selten mit einer internen Verzinsung im
zweistelligen Prozentbereich. Aber nicht immer sind Investitionen
notwendig, um Energieverbrauch und -kosten im Unternehmen
zu senken. Oft führen schon kleinere Anpassungen im
Arbeitsablauf oder ein bewusstes Abschalten nicht benötigter
Geräte und Anlagen zu erheblichen Einsparungen – ganz ohne
Kapitalaufwand.
Ein externer Energieberater kann helfen, einen guten Überblick
über den Energieverbrauch im Unternehmen zu erhalten.
Der Energieberater analysiert die aktuelle Energieverbrauchssituation,
bewertet das Energieeffizienzniveau und erarbeitet
Vorschläge für Maßnahmen, mit denen die Energieeffizienz
erhöht und der Energieverbrauch und die -kosten verringert
werden können.
Energieberatung.
Energieberatung ist eine der gängigsten Energiedienstleistungen.
Ein erfahrener Energieberater leistet wertvolle
Unterstützung bei der Identifizierung von Energieeinsparpotenzialen
sowie der Entwicklung und Umsetzung von
Energieeffizienzmaßnahmen. Eine Energieberatung hat
unter anderem folgende Vorteile:
Energie- und Kosteneinsparungen.
Ein Energieberater analysiert die energetischen Einsparpotenziale
im Unternehmen. Basierend auf diesen Potenzialen
werden für unterschiedliche Unternehmensbereiche und
Anwendungsfelder konkrete Energieeffizienzmaßnahmen
vorgeschlagen. Diese Maßnahmen sind häufig hochwirtschaftlich.
Know-how-Gewinn.
Ein Energieberater bringt Know-how und Expertenwissen ein.
Durch seine Sicht von außen auf die Betriebsabläufe setzt er
neue Impulse. Dadurch bauen Unternehmen Know-how auf,
das sie auch in Zukunft nutzen können.
Energiekennzahlen und Benchmarking.
Eine Energieberatung hilft, Prozesse zur Bildung von Kennzahlen
(z. B. Energieverbrauch pro produzierte Einheit) zu
starten. Mittels solcher Kennzahlen können Ziele zur Senkung
von Energieverbrauch und -kosten festgelegt werden, aber
auch Vergleiche mit äquivalenten Prozessen im eigenen oder
in anderen Unternehmen (Benchmark) vorgenommen werden.
CO 2 -Reduktion.
Durch die Senkung des Energieverbrauchs, der sich aus den
vom Energieberater empfohlenen Energieeffizienzmaßnahmen
ergeben kann, emittiert Ihr Unternehmen abhängig von
den eingesetzten Energieträgern weniger CO 2 .
Moderne Technologien.
Im Zuge der Umsetzung der vom Energieberater empfohlenen
Energieeffizienzmaßnahmen kommen vielfach neue,
energiesparende Technologien im Unternehmen zum Einsatz.
Die verbesserte Anlagentechnik führt häufig auch zu
geringeren Wartungs- und Instandhaltungskosten.
Finanzielle Förderung für Energieberatung.
Für kleine und mittlere Unternehmen (KMUs) besteht die
Möglichkeit, eine geförderte Energieberatung in Anspruch zu
nehmen. Im Rahmen des Förderprogramms „Energieberatung
Mittelstand“ fördern das Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie (BMWi) und die KfW Bankengruppe Energieberatungen
mit bis zu 80 Prozent der förderfähigen Beratungskosten.
Somit müssen Unternehmen nur einen kleinen Teil der
Kosten selbst tragen. Auch die Umsetzung der vom Energieberater
empfohlenen Energieeffizienzmaßnahmen ist förderfähig.
Weitere Details hierzu finden sich auf Seite 21.
Energieeinsparpotenziale in Unternehmen.
Die tatsächlichen Energieeinsparpotenziale hängen stark
von der Ausgangssituation im jeweiligen Unternehmen, dem
Zustand der Anlagen sowie den Produktionsbedingungen ab.
Daher ist eine systematische und detaillierte Betrachtung des
Einzelfalls notwendig, um alle Potenziale korrekt erfassen und
beziffern zu können.
Bei vielen Querschnittstechnologien bestehen wirtschaftliche
Energie- und Kosteneinsparpotenziale von 30 Prozent und
mehr. Unter dem Begriff Querschnittstechnologien werden
Anwendungen wie Druckluft-, Pumpen- oder Lüftungssysteme,
aber auch Wärmeversorgungssysteme verstanden, die branchenübergreifend
in fast jedem Unternehmen im Einsatz sind.
Zur Erschließung dieser Energieeffizienzpotenziale ist es
empfehlenswert, die Systeme im Ganzen zu betrachten und sie
schrittweise zusammenhängend zu optimieren. So bestehen zum
4
Ratgeber Energieberatung.

Beispiel bei Druckluftsystemen Einsparmöglichkeiten in der gesamten
Kette der Druckluftnutzung: von den Abnehmern über das
Verteilsystem und die Aufbereitung bis zu den Kompressoren
und der Steuerung. Durch gezielte Abwärmenutzung in Druckluftsystemen
lassen sich häufig zusätzliche Energieeinspareffekte
in parallelen Anwendungen (z. B. im Heizsystem) erzielen. Für
diese Systembetrachtung braucht es Expertenwissen, das ein gut
ausgebildeter und erfahrener Energieberater mitbringt.
Beleuchtung Druckluft Pumpensysteme Kälte- und Kühlwasseranlagen
Wärmeversorgung
Lüftungsanlagen
Abb. 1: Typische Energieeffizienzpotenziale bei Querschnittstechnologien in Unternehmen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
5

Praxisbeispiel: Energieberatung in
der Lebensmittelindustrie.
Um Energiekosten zu senken, ließ das Cateringunternehmen
LSG Sky Chefs Deutschland GmbH, das etwa 8.000
Mahlzeiten pro Tag für Fluggesellschaften produziert, eine
umfassende Energieberatung durchführen.
Beispielhafte Energieeffizienzmaßnahmen:
Einsatz einer frequenzgeregelten Kälteanlage
Installation einer übergeordneten Steuerung
Installation einer Wärmerückgewinnung
Beratung.
Die Beratung zeigte auf, dass 60 Prozent des Strombedarfs
auf die Gewerbekälte entfielen und Lüftungsanlagen,
Produktion und Beleuchtung 40 Prozent ausmachten. Im
weiteren Verlauf konzentrierte sich die Energieberatung
auf die Optimierung des energieintensivsten Bereichs, der
Kältebereitstellung. Dafür entwickelte das Beratungsunternehmen
ein Konzept, bei dem der Energieeinsatz flexibel
dem jeweiligen Bedarf angepasst werden konnte, und
unterstützte LSG Sky Chefs auch bei der Umsetzung.
Die Ergebnisse in Zahlen:
Energieeinsparung
330.000 kWh/Jahr
Prozentuale Energieeinsparung 70 %
CO 2 -Reduktion
646 t/Jahr
Energiekosteneinsparung
160.000 €/Jahr
Investitionen 383.000 €
Kapitalwert* 420.000 €
Kapitalrendite, statisch 41 %
* Annahme zur Wirtschaftlichkeit: 10-jährige Nutzungsdauer der Investition und
kalkulatorischer Zinssatz von 15 Prozent.
6
Ratgeber Energieberatung.

2 Die Energieberatung – vom Vorgespräch
bis zum Energieeinsparkonzept.
Eine professionelle Energieberatung für Unternehmen besteht
aus mehreren Phasen und Arbeitsschritten. Je nach Ausgangslage
und geforderter Detailtiefe umfasst die Beratung z. B. eine
Initial- oder Detailberatung, eine Umsetzungsbegleitung oder
mehrere dieser Beratungspakete nacheinander.
Phase 1:
Initialberatung (siehe auch Seite 9 ff.).
Im Fokus der Initialberatung steht die Analyse des Istzustands im
Unternehmen. Diese kann alle Energieanwendungen umfassen
oder sich auf einzelne, ausgesuchte Bereiche konzentrieren. Im
Rahmen der Analyse werden die aktuellen Energie verbräuche
und -kosten erfasst und dokumentiert. Anhand dieser Daten
kann der Energieberater abschätzen, bei welchen Prozessen ein
hohes Einsparpotenzial zu erwarten ist und sich weitere Untersuchungen
lohnen. Zum Abschluss der Initial beratung wird
der Energieberater bereits Hinweise auf wirtschaftlich umsetzbare
Maßnahmen zur Senkung von Energie verbrauch und
-kosten geben.
Phase 2:
Detailberatung (siehe auch Seite 12 ff.).
Die Detailberatung konzentriert sich auf die umfassende
Analyse ausgewählter Prozesse und die Erarbeitung konkreter
Energieeffizienzmaßnahmen. Sie erfolgt oftmals im Anschluss
an die Initialberatung, kann aber auch unabhängig davon
durchgeführt werden, insbesondere dann, wenn dem Unternehmen
bereits ausreichende Daten für eine Bewertung des
Istzustands vorliegen. Im Ergebnis wird vom Energieberater
ein Energieeinsparkonzept erarbeitet, mit dem konkrete
Empfehlungen für Energieeffizienzmaßnahmen und deren
Priorisierung ausgesprochen und Vorschläge zur Finanzierung
und zu Fördermöglichkeiten vorgelegt werden.
Bei einer Energieberatung in Industrie und Gewerbe
stehen zumeist folgende Bereiche im Fokus:
Energieumwandlungsanlagen (z. B. in den Bereichen
Dampf- und Warmwassererzeugung, Heizungen sowie
Anlagen für Kältetechnik und Druckluft)
Hilfsprozesse und -anlagen (z. B. in den Bereichen
Lüftungsanlagen, Fördertechnik und Beleuchtung)
Gebäudehülle
Produktionsanlagen
EnergieEffizienz lohnt sich.
7

Ablaufschema einer Energieberatung:
Suche und Auswahl
des Energieberaters
Erstgespräch: Festlegung der
Beratungsziele und des Vorgehens
Beratungsschwerpunkte.
Die Energieberatung kann den gesamten Betrieb betreffen,
kann sich je nach Bedarf aber auch auf einen oder mehrere
Teilbereiche des Unternehmens konzentrieren. Es ist auch
möglich, im Rahmen der Energieberatung nur bestimmte
Anlagen bzw. Gebäudeteile zu untersuchen. Die Fähigkeiten
und Erfahrungen des Beraters sollten zu den spezifischen
Anforderungen passen (siehe Kapitel 3).
Initialberatung
Detailberatung
Ortsbegehung durch den Energieberater
Zusammenstellung von Daten
durch das Unternehmen
Bewertung der Daten, erste Maßnahmenvorschläge
und Abschlussbericht des Energieberaters
Entscheidung über das weitere Vorgehen
Besprechung mit dem Energieberater
Datenerhebung und Messungen
durch den Energieberater
Entwicklung energetischer Optimierungsmaßnahmen
durch den Energieberater
Bewertung und Priorisierung der Maßnahmen
durch den Energieberater
Initialberatung Detailberatung
Beitrag zum Erfolg.
Auftraggeber tragen einen entscheidenden Teil zu einer gelungenen
Energieberatung bei. Die Hauptaufgabe des Kunden ist
es, die benötigten Daten zur Verfügung zu stellen und dem
Berater möglichst viele Informationen zu spezifischen Abläufen
und Anforderungen im Betrieb zukommen zu lassen.
Idealerweise sollte das Unternehmen dem Energieberater
einen internen Ansprechpartner nennen, an den er sich mit
allen Fragen wenden kann.
Energieberatung selbst starten.
Unternehmen haben auch die Möglichkeit, ihre Mitarbeiter im
Rahmen von Fortbildungen, zum Beispiel zum Energiemanager,
ausbilden zu lassen. Entsprechend qualifizierte Mitarbeiter können
erste Aufgaben eines Energieberaters selbst wahrnehmen
und gegebenenfalls Energieeffizienzmaßnahmen eigenständig
entwickeln. Angebote zur Fortbildung gibt es zum Beispiel von
den Industrie- und Handelskammern oder von der Technischen
Akademie Wuppertal.
Tipp.
Übergabe des Energieeinsparkonzepts
Entscheidung über das weitere Vorgehen
Begleitung der Umsetzung
von Maßnahmen durch den Energieberater
Unternehmen, die sich noch nicht mit dem Thema Energieeffizienz
beschäftigt haben, können Kontakt mit ihrer
IHK aufnehmen und einen Termin mit einem sogenannten
Energiecoach vereinbaren. Der Energiecoach stellt
kostenlos die wichtigsten Themen rund um das Thema
Energieeffizienz in Unternehmen vor und gibt Tipps für
die nächsten Schritte.
Mehr Informationen dazu finden Sie unter
www.stromeffizienz.de/industrie-energieberatung.
Abb. 2: Ablaufschema einer Energieberatung.
Begleitung der Maßnahmenumsetzung.
Eine Energieberatung muss sich nicht auf die Erarbeitung ge -
eigneter Energieeffizienzmaßnahmen beschränken. Der Berater
kann auch damit beauftragt werden, die Umsetzung der Maßnahmen
zu begleiten. Dies hat den Vorteil, dass es für den
kompletten Prozess – von der Planung bis zur Kontrolle der
Umsetzung – einen kompetenten und mit den Gegebenheiten
vertrauten Ansprechpartner gibt.
8
Ratgeber Energieberatung.

2.1 Initialberatung – die Istanalyse.
Die Beschreibung der Ausgangsituation ist wesentlicher Bestandteil
einer Energieberatung. Die Istanalyse dient der objektiven
Erfassung von Daten, Fakten, Strukturen und Prozessen
im Unternehmen und dokumentiert den gegenwärtigen Istzustand
– möglichst ohne Verzerrung.
Dauer.
In der Regel braucht der Berater für eine Initialberatung etwa
zwei bis drei Arbeitstage. Unternehmen können diesen Arbeitsaufwand
reduzieren, indem sie ihm die Energieverbrauchsdaten
möglichst vollständig bereitstellen. Es empfiehlt sich, mit dem
Energieberater einen angemessenen Zeitraum zu vereinbaren,
in dem er den Abschlussbericht der Initialberatung erstellt und
im Unternehmen vorstellt.
Kosten.
Abgerechnet wird die Initialberatung üblicherweise über das
Tageshonorar des Beraters. Unter bestimmten Voraussetzungen
übernimmt die Bundesregierung einen wesentlichen Teil
des Beratungshonorars. Zum Beispiel können kleine und mittlere
Unternehmen im Rahmen der Initiative „Energieberatung
Mittelstand“ von Bundeswirtschaftsministerium und KfW
einen Zuschuss zur Initialberatung von bis zu 80 Prozent bzw.
1.280 Euro erhalten (siehe Kapitel 4).
Schritt 1:
Suche und Auswahl eines Energieberaters.
Da die Bezeichnung Energieberater in Deutschland nicht
geschützt oder an einen Berufszweig gekoppelt ist, sollten bei
der Wahl des passenden Energieberaters nicht zuletzt dessen
Qualifikationen und berufliche Erfahrungen Berücksichtigung
finden (siehe Kapitel 3).
Schritt 2:
Erstgespräch mit dem Energieberater.
Nachdem ein geeigneter Energieberater ausgewählt worden ist,
wird in einem ersten Gespräch das Vorgehen für die Initial bera
tung abgestimmt. Im Zuge dessen werden die Erwartungen
besprochen und wird der Beratungsumfang festgelegt. Dabei
wird auch entschieden, welche Systeme und Anlagen betrachtet
werden sollen. Im Gegenzug informiert der Energieberater
über seine Leistungen und stellt seine Vorgehensweise und
Methodik vor. Damit sich der Energieberater möglichst schnell
einen ersten Eindruck von der Ausgangssituation verschaffen
kann, ist es sinnvoll, gewisse Basisdaten (z. B. Gesamt energieverbrauch,
Gesamtenergiekosten, wesentliche Energie an wendungen)
bereits im Vorfeld zur Verfügung zu stellen.
Schritt 3:
Ortsbegehung durch den Energieberater.
Durch eine Begehung vor Ort verschafft sich der Berater einen
ersten Eindruck von den Anlagen und Systemen im Unternehmen.
Dabei sollten ihm alle wichtigen Prozesse und Anlagen
sowie die Versorgungstechnik gezeigt werden. Zusätzlich ist
es hilfreich, wenn das technische Personal und das Wartungspersonal
dem Energieberater für Auskünfte zur Verfügung stehen.
Bei der Ortsbegehung kann der Energieberater außerdem
Informationen sammeln, die im Fragebogen zur Energiedatenerfassung
nicht beantwortet werden konnten.
EnergieEffizienz lohnt sich.
9

Schritt 4:
Datenzusammenstellung für den Energieberater.
Für die Initialberatung greift der Energieberater auf Daten
zurück, die ihm vom Unternehmen zur Verfügung gestellt wurden.
Dazu gehören insbesondere die monatlichen Strom- und
Gasverbräuche der letzten Jahre. Idealerweise sollten Unternehmen
dem Berater auch Daten zum Lastgang bereitstellen. Sind
bereits eigene Zähler im Unternehmen installiert und Daten zu
den Lastgängen aufgezeichnet, können diese dem Energieberater
zur Verfügung gestellt werden. Ist dies nicht der Fall, können
Daten zu den Lastgängen beim Energieversorger erfragt
werden. Da der Berater innerhalb der Initialberatung in der
Regel keine eigenen Messungen durchführt, erfolgt die Abfrage
und Erfassung der Energiedaten meist anhand eines ausführlichen
Fragebogens (siehe Auflistung unten). Damit der
Energieberater einen guten Überblick über den energetischen
Istzustand erhält, sollte der Fragebogen möglichst vollständig
beantwortet werden.
Schritt 5:
Bewertung der Daten und Abschlussbericht des
Energieberaters.
In einem Abschlussbericht zur Initialberatung dokumentiert
der Energieberater den aktuellen Energiebedarf und Energieverbrauch
des Unternehmens und bewertet ihn im Hinblick auf
Optimierungspotenziale. Dabei gibt er erste Hinweise auf
bestehende energetische Mängel und wie diese behoben werden
können. Die Ergebnisse des Abschlussberichts sollten in
jedem Fall persönlich vom Berater präsentiert und detailliert
erläutert werden.Wenn nicht alle Informationen verfügbar
sind, wird der Energieberater mit Schätzwerten operieren, die
sich an branchenüblichen Durchschnittswerten orientieren.
Werden Schätzwerte verwendet, müssen sie im Abschlussbericht
entsprechend gekennzeichnet sein.
Schritt 6:
Entscheidung über das weitere Vorgehen.
In einigen Fällen reicht eine Initialberatung aus. Dies ist zum
Beispiel der Fall, wenn sich das Einsparpotenzial durch kleinere
Maßnahmen erschließen lässt, die ohne weitere Untersuchun gen
umgesetzt werden können. Dabei kann es sich beispielsweise
um organisatorische und einfache technische Maßnahmen
handeln. Wird jedoch im Abschlussbericht der Initialberatung
ein größeres Energieeinsparpotenzial aufgezeigt, das genauer
untersucht werden sollte, dann empfiehlt sich, eine Detailbe ratung
in Anspruch zu nehmen (siehe Seite 12). Natürlich können
auf Basis einer Initialberatung auch weitere unternehmensinterne
Untersuchungen vorgenommen und Einsparmaß nahmen
ausgearbeitet und umgesetzt werden.
Daten, die im Rahmen der Initialberatung erfasst werden.
Die hier aufgelisteten Daten beziehen sich auf eine Untersuchung
des gesamten Unternehmens. Bei einer Initialberatung
zu einzelnen Teilbereichen oder Anlagen des Unternehmens
werden nur die Daten der betroffenen Bereiche und Anlagen
aufgenommen.
Allgemeines zum Unternehmen.
Anschrift, Branche, Mitarbeiterzahl, Umsatz etc.
Hauptprodukte und Produktionsmenge mit Produktionsabläufen
und Prozessschritten
Prognosen für die zukünftige Entwicklung
Schichtarbeits- und Urlaubszeiten
Kurzbeschreibung aller Gebäude (Betriebsfläche, Gebäudenutzung
etc.)
Energiebezug.
Energieträger erfasst nach:
Art (Strom, Gas, Öl etc.)
Menge und zeitlichem Verlauf des Energieverbrauchs
(z. B. Lastgänge)
Preisen
Energieinfrastruktur und Energieverbraucher.
Die Energieinfrastruktur umfasst alle Anlagen zur Erzeugung,
Umwandlung, Verteilung und Speicherung von Energie.
Die Energieverbraucher werden in gebäude-, produktionsund
betriebstechnische Anlagen unterteilt.
Erfasst werden unter anderem:
Hersteller, Baujahr
Technische Daten
Technischer Zustand der Anlagen
Leistungs- und Verbrauchsdaten
Wirkungsgrade (sofern Daten vorhanden)
Überwiegende Betriebsweise und Betriebszeiten
Steuerungs-, Mess- und Regelungsmöglichkeiten
Für die wesentlichen Energieverbraucher werden zusätzlich
erfasst:
Maximaler Leistungsbedarf
Minimale und maximale Grenzwerte der Betriebszustände
Lastgang und Auslastung
Produktionsmenge (sofern Daten vorhanden)
Monatliche Verbrauchsdaten (sofern Daten vorhanden)
Energierückgewinnung.
Erfassung von Abwärmeströmen sowie Sekundärbrennstoffen
nach:
Art und Menge
Temperatur- und Druckniveau
Verunreinigungen und zeitlichem Verlauf
Emissionen.
Für die Energieberatung sind insbesondere die CO 2 -Emissionen
relevant, die sich aus den Energieverbräuchen des
Unternehmens ergeben.
10
Ratgeber Energieberatung.

Ergebnis.
Im Abschlussbericht der Initialberatung sind folgende
Punkte enthalten:
Darstellung des energetischen Istzustands (zum Teil in Form
von Grafiken, Annahmen sind gesondert gekennzeichnet)
Aufstellung der Prozesse und Anlagen mit dem höchsten
Energieverbrauch
Bewertung der bisherigen Energiekosten
Beschreibung und Dokumentation von Schwachstellen
und Mängeln
Erste Vorschläge für Energieeffizienzmaßnahmen mit
einer ersten Abschätzung zu deren Wirtschaftlichkeit
und Hinweisen auf Fördermöglichkeiten
Praxisbeispiel: Initialberatung bei einem
Hersteller von Transportanhängern.
Das brandenburgische Unternehmen Hüffermann Transportsysteme
GmbH fertigt für seine Kunden Standard- und
Spezialtransportanhänger im Werk Neustadt/Dosse. Für die
Optimierung seiner Produktionsabläufe und die Modernisierung
des Maschinenparks hat das Unternehmen eine
Initialberatung in Anspruch genommen.
Beratung.
Im Rahmen der Initialberatung wurde der Gesamtenergieverbrauch
des Unternehmens analysiert und einzelnen
Anlagen zugeordnet. Für die Druckluftversorgung,
Abluftabsaugung, Hallenheizung und Beleuchtung wurden
konkrete Ansatzpunkte identifiziert und Energieeinsparpotenziale
durch verschiedene mögliche Maßnahmen
abgeschätzt.
Beispielhafte Ergebnisse.
Bei der Druckluftversorgung könnte fast ein Drittel der
Energie allein durch geringfügige Umbauten und organisatorische
Maßnahmen eingespart werden.
Durch Abschalten nicht benötigter Stromverbraucher
außerhalb der Betriebszeiten lassen sich hohe Energieeinsparungen
erzielen.
Die Ergebnisse der Initialberatung überzeugten die Unternehmensführung,
weitere Schritte zur Steigerung der
Energieeffizienz einzuleiten. Einige der organisatorischen
Maßnahmen wurden bereits umgesetzt. Zur Konkretisierung
der bisherigen Ansätze und zur Entwicklung weiterer
Maßnahmen wurde eine Detailberatung in Auftrag gegeben.
Stromverbrauch nach Produktionsbereichen.
Stromverbrauch nach Technologiegruppen.
Endmontage 5 %
Außenbereich 3 %
Oberflächenbehandlung
23 %
Verwaltung 3 %
Druckluft
12 %
Beleuchtung 22 %
Vormontage
40 %
Verschiedene
Bereiche 20 %
Fördertechnik
6 %
Lufttechnik
10 %
Fügen 32 %
Lager 3 %
Reparatur 3 %
Bürogeräte 1 %
Nicht
identifiziert
14 %
Umformen 2 %
Trennen 1 %
EnergieEffizienz lohnt sich.
11

2.2 Detailberatung – die Maßnahmenumsetzung
vorbereiten.
Hat die Initialberatung größere Energieeffizienzpotenziale
aufgezeigt, werden in der anschließenden Detailberatung für
gewöhnlich die Bereiche (zum Beispiel Anlagen und Prozesse)
näher untersucht, bei denen der Berater die höchsten Einsparpotenziale
erwartet. Eine Detailberatung kann jedoch auch
ohne Initialberatung durchgeführt werden, wenn zum Beispiel
der Istzustand im Unternehmen bereits eigenständig analysiert
wurde. Liegen die Ergebnisse der Detailberatung vor, kann die
Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen direkt in Auftrag
gegeben bzw. ausgeschrieben oder gegebenenfalls durch das
Unternehmen selbst vorgenommen werden.
Dauer.
Der Energieberater braucht für eine Detailberatung je nach
Umfang des Untersuchungsbereichs in der Regel etwa fünf bis
zehn Arbeitstage. Je nach Unternehmensgröße und Komplexität
der für den Energieverbrauch maßgeblichen Prozesse kann
die Beratung auch deutlich mehr Zeit in Anspruch nehmen. Der
Energieberater wird den Zeit- und Kostenaufwand abschätzen
und ein Angebot vorlegen.
Kosten.
Entsprechend Umfang und Aufwand werden auch die Kosten
einer Detailberatung unterschiedlich ausfallen. Der Energieberater
wird für die Beratung einen Tagessatz und gegebenenfalls
weitere Kosten (zum Beispiel für Messtechnik) ansetzen. Es
empfiehlt sich, vom Energieberater eine Einschätzung des Aufwands
mit einem verbindlichen Zeitplan aufstellen zu lassen.
Auch für die Detailberatung übernimmt die Bundesregierung
unter bestimmten Voraussetzungen einen wesentlichen Teil
des Beratungshonorars. KMUs können im Rahmen des Förderprogramms
„Energieberatung Mittelstand“ von BMWi und KfW
einen Zuschuss zur Detailberatung von bis 60 Prozent, maximal
jedoch 4.800 Euro erhalten (siehe Kapitel 4).
Schritt 1:
Abstimmung mit dem Energieberater.
Wenn der Detailberatung eine Initialberatung vorausgegangen ist,
empfiehlt es sich grundsätzlich, die Detailberatung vom gleichen
Berater durchführen zu lassen. Er kennt das Unternehmen und die
betreffenden Systeme bereits, sodass die Zusammenarbeit effizient
fortgesetzt werden kann. Sollte der bisherige Berater nicht über
das erforderliche Spezialwissen verfügen, sollte ein neuer Energieberater
mit den entsprechenden Fachkenntnissen ausgewählt
werden. Dem neu hinzugezogenen Berater sollten bereits vorab
alle im Rahmen der Initialberatung gewonnenen Ergebnisse und
aufgearbeiteten Daten zur Verfügung gestellt werden.
In einem einleitenden Gespräch wird der Energieberater den Auftraggeber
über weitere Messungen und die Verantwortlichkeiten
für einzelne Aufgaben aufklären. Dabei werden auch Arbeitsumfänge,
Ziele, Zeitpunkte, gemeinsame Vor-Ort-Termine sowie der
Termin zur Abgabe des Energieeinsparkonzepts abgestimmt.
Sie sollten dem Energieberater zusätzlich auch absehbare Änderungen
in der Produktion oder ähnliche Entwicklungen mit
einem möglichen Einfluss auf den zukünftigen Energiebedarf
mitteilen. Diese können dann in seine Auswertungen aufgenommen
und bei der Planung der Energieeffizienzmaßnahmen
berücksichtigt werden.
12
Ratgeber Energieberatung.

Schritt 2:
Datenerhebung und Messungen.
Zur genaueren Bestimmung des Energieeffizienzpotenzials
sind in der Regel zusätzliche Datenerhebungen notwendig.
Daher entwickelt der Energieberater auf Grundlage aller ihm
vorliegenden Informationen einen konkreten Ablaufplan und
skizziert ein Messkonzept.
Schritt 3:
Entwicklung von Optimierungsmaßnahmen.
Die erhobenen Daten werden vom Energieberater analysiert
und bewertet. Auf dieser Grundlage erarbeitet der Energieberater
Vorschläge für konkrete Maßnahmen zur Energieeinsparung
im Rahmen des Energieeinsparkonzepts.
Messungen im Rahmen der Energieberatung.
Wenn die bestehenden Messpunkte nicht ausreichen,
um die benötigten Daten zu erhalten, wird der Energieberater
eigene Messungen durchführen. Dafür werden
häufig Einzelmessungen vorgenommen, zum Beispiel
um die Lastgänge einzelner Anlagen oder Systeme bei
Lüftungsanlagen sowie beim Heizkessel, Heizsystem oder
Druckluftsys tem zu erfassen. Zumeist verfügt der Berater
über eigene Messvorrichtungen.
Beim Druckluftsystem werden beispielsweise neben dem
Lastgang auch die Parameter Druck und Volumenstrom
gemessen. Bei der Datenerhebung ist es wichtig, immer
den tatsächlichen Bedarf zu ermitteln, um weitere
Energieeffizienzpotenziale bei einzelnen Anlagen und
Systemen abzuschätzen (zum Beispiel die benötigte Förderleistung
eines Pumpensystems als Kriterium für die
Auslegung von Pumpe und Motor).
Schwerpunkte der Maßnahmen entwicklung:
Vermeidung unnötigen Energieverbrauchs
Senkung des spezifischen Energieverbrauchs
(zum Beispiel durch die Verbesserung der Wirkungsund
Nutzungsgrade)
Energierückgewinnung
Einsatz regenerativer Energien
Schritt 4:
Übergabe des Energieeinsparkonzepts.
Der Energieberater wird die von ihm entwickelten Maßnahmen
im Energieeinsparkonzept wirtschaftlich bewerten und
priorisieren. Die Priorisierung erfolgt in enger Abstimmung
mit dem Kunden und berücksichtigt die internen Ziele und
Vorgaben.
Für die Bewertung von Investitionsvorhaben können verschiedene
Verfahren angewendet werden. Um eine erste Abschät -
EnergieEffizienz lohnt sich.
13

zung der Wirtschaftlichkeit vorzunehmen, eignet sich die Kapitalrendite
(statisch oder besser dynamisch). Für die Bewertung
der tatsächlichen Rentabilität berechnet der Energieberater
den Kapitalwert oder die interne Verzinsung. Dabei werden
Kosten und Einsparungen über die gesamte Nutzungsdauer
der Anlage einbezogen. So wird der gesamte Zeitraum berücksichtigt,
in dem Sie mit der Investition Geld verdienen. Auf diese
Weise kann sich herausstellen, dass auch Energieeffizienzmaßnahmen
mit längeren Amortisationszeiten wirtschaftlich sind.
Weitere Faktoren für die Priorisierung von
Maßnahmen:
Vorgaben durch das Unternehmen
Zu erwartende Verschärfung oder Neuauflage
behördlicher Vorschriften
Förderprogramme
Absehbare Änderungen in der Produktion
Markt- und branchenspezifische Entwicklungstendenzen
Als Bewertungsverfahren für Investitionen in Energieeffizienzmaßnahmen
sollten vorzugsweise die Lebenszykluskosten
genutzt werden. Bei diesem Ansatz werden alle anfallenden
Kosten im Lebenszyklus einer Anlage betrachtet, zum Beispiel
die Energiekosten, die Wartungskosten sowie die Installationsund
Entsorgungskosten.
Schritt 5:
Übergabe des Energiesparkonzepts.
Der Energieberater legt seine Analyseergebnisse und die daraus
entwickelten Energieeffizienzmaßnahmen in Form eines
Energieeinsparkonzepts schriftlich vor. In dem Konzept wird er
verschiedene Maßnahmen und mögliche Alternativen vorschlagen,
die bereits entsprechend bewertet und priorisiert sind.
Schritt 6:
Entscheidung über das weitere Vorgehen.
Es empfiehlt sich, das Energieeinsparkonzept im Anschluss persönlich
mit dem Energieberater zu besprechen. Dabei sollte das
weitere Vorgehen erörtert werden, insbesondere im Hinblick
auf die Realisierung der vorgeschlagenen Energieeffizienzmaßnahmen.
Auch im Nachgang zur Detailberatung kann ein Energieberater
für die Umsetzung der Energieeffizienzmaßnahmen engagiert
werden. Er steht dem Unternehmen koordinierend und fachlich
zur Seite und wird im Anschluss an das Projekt auch die Erfolgskontrolle
durchführen, bei der die Zielerreichung überprüft
wird. Der Energieberater kann außerdem Auskunft über Förderprogramme
geben, die bei der Realisierung der Energieeffizienzmaßnahmen
in Anspruch genommen werden können.
Inhalte eines Energieeinsparkonzepts.
Der Energieberater wird Ihnen ein Energieeinsparkonzept
vorlegen, das die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen
vorbereitet und folgende Ergebnisse enthalten sollte:
Zusammenfassende Darstellung mit wirtschaftlichen
Eckdaten für die Geschäftsführung.
Differenzierte Darstellung des Istzustands der Energieverbraucher:
Energieerzeugungs- und Energieumwandlungsanlagen
(zum Beispiel Heizungs- und Kälteanlagen sowie Anlagen
für Druckluft und Dampferzeugung).
Hilfsprozesse (zum Beispiel in den Bereichen Absaugung,
Fördertechnik): Struktur, angeschlossene Maschinen
und Produktionsbereiche, Volumen- und Massenströme,
Regelungs- und Steuerungstechnik.
Gebäudetechnik (zum Beispiel in den Bereichen Lüftung
und Klimatisierung).
Produktionsanlagen: installierte Leistungen, Auslastungsgrade,
Betriebszeiten und Lastgänge, Produktionsmengen,
Abwärme.
Aufgliederung des derzeitigen Energieverbrauchs nach
den Verbrauchsbereichen mit Bezifferung der jährlichen
Energiekosten.
Vergleich mit Benchmark-Referenzdaten (zum Beispiel
Drucklufterzeugungskosten), soweit sinnvoll und möglich.
Übersicht zu den während der Energieberatung gesammelten
und geschätzten Daten, die die Grundlage
für die Analyse gebildet haben. Alle Schätzungen und
Hypothesen des Energieberaters, die nicht von erfassten
Daten gestützt werden, sind klar gekennzeichnet.
Detaillierte Beschreibung der vorgeschlagenen und
priorisierten Energieeffizienzmaßnahmen.
Beschreibung und Bewertung verschiedener Alternativvorschläge.
Zur Beschreibung der Alternativvorschläge werden
schematische Abbildungen (zum Beispiel Blockdiagramme),
Vergleichstabellen und Zahlen mit den wichtigsten
Ergebnissen verwendet.
Tabellarischer Überblick über alle Maßnahmen mit deren
Eckdaten und Wirtschaftlichkeit.
Bewertung und Priorisierung der ausgewählten Maßnahmen
anhand von Wirtschaftlichkeitsparametern inklusive
Investitionen.
Analyse der Finanzierungsmöglichkeiten für die vorgeschlagenen
Lösungen. (Hier sollten auch Förderprogramme
sowie gegebenenfalls Contracting-Lösungen
enthalten sein.)
Konzept zur Umsetzung der prioritären Maßnahmen.
Vorschlag zum weiteren Vorgehen bei der Umsetzung
der Energieeffizienzmaßnahmen.
14
Ratgeber Energieberatung.

Praxisbeispiel: Detailberatung in der
Kunststoffverarbeitung.
Die FRÄNKISCHE ROHRWERKE Gebr. Kirchner GmbH & Co.
KG produziert in Königsberg unter anderem Kunststoffwellrohre
für Drainage-Entwässerungssysteme im Hoch-,
Tief- und Straßenbau. Das Unternehmen hat zur Optimierung
seiner Pumpensysteme eine Detailberatung erhalten.
Beratung.
In der Detailberatung wurden die Pumpen des Kaltwassersystems,
das auch zur Kühlung der Kunststoffmaschinen
dient, umfassend untersucht. Hier konnten im Rahmen
der Initialberatung die höchsten Einsparpotenziale aufgezeigt
werden. Im Anschluss an die Analyse wurde ein
Energieeinsparkonzept für das Pumpensystem entwickelt,
das eine Reihe aufeinander abgestimmter Optimierungsmaßnahmen
enthielt.
Beispielhafte Energieeffizienzmaßnahmen.
Änderung der Rohrleitungsführung und
-dimensionierung
Austausch von Ventilen und Absperrklappen
Aufbau einer Pumpenfeinsteuerung durch
Einsatz von Frequenzumrichtern
Reduzierung der Umlaufwassermenge
Hydraulischer Abgleich des Systems
Einführung eines Lastmanagements
Die Ergebnisse in Zahlen:
Energieeinsparung
130.000 kWh/Jahr
Prozentuale Energieeinsparung 13 %
CO 2 -Reduktion
78 t/Jahr
Energiekosteneinsparung
19.000 €/Jahr
Investitionen 52.800 €
Kapitalrendite, statisch 35 %
EnergieEffizienz lohnt sich.
15

2.3 Anwendungsbereiche der Energieberatung.
Der vorgestellte Beratungsablauf betrifft in erster Linie die produktionsnahen
und industriellen Prozesse im Unternehmen.
Darüber hinaus können jedoch auch in weiteren Bereichen
Energieeinsparpotenziale erschlossen werden. Dazu zählen
beispielsweise Betriebsgebäude, Mitarbeitermobilität, Logistik
oder Informationstechnik und Rechenzentren. Verwaltungsgebäude
tragen in den Bereichen Beleuchtung sowie Heizung,
Lüftung und Klimatisierung in hohem Maße zum Energieverbrauch
bei. Es lohnt sich daher meist, auch die in diesen Unternehmensbereichen
anfallenden Energiekosten zu analysieren
und auf mögliche Verbesserungsmaßnahmen bei der Energieeffizienz
zu untersuchen. Für jedes der genannten Handlungsfelder
gibt es passende Angebote bzw. spezialisierte Berater
(siehe Kapitel 3).
Gebäudeenergieberatung.
Viele Energieberater können auch Vorschläge zur energetischen
Optimierung der Gebäude unterbreiten, zum Beispiel in den
Bereichen Gebäudehülle und Gebäudetechnik. Dies betrifft insbesondere
Maßnahmen, in denen Prozess- und Gebäudetechnik
zusammenspielen, wie bei der Nutzung von Prozesswärme zur
Beheizung des Gebäudes.
Wenn Unternehmen einen Schwerpunkt auf die energetische
Optimierung ihrer Gebäude – insbesondere der Büro- und Verwaltungsgebäude
– legen möchten, ist es ratsam, einen Experten
für Nichtwohngebäude hinzuzuziehen. Er wird neben der Gebäudehülle
auch die Bereiche Beleuchtung, Lüftung und Klimatisierung
sowie Wärmeerzeugung und -verteilung untersuchen.
Dabei wird er auch den Einsatz von regenerativen Energien
prüfen und berücksichtigen. Energieberater für gewerbliche Gebäude
(Nichtwohngebäude) finden sich z. B. unter www.energieeffizienz-experten.de
(vgl. auch die aufgeführten Datenbanken
auf Seite 20).
Beispiele für Aufgaben des Energie beraters
im Energie management:
Bereitstellung von Informationen über Ziel und
Nutzen des Energiemanagements
Beratung beim Aufbau der Strukturen und Prozesse
für ein Energiemanagement
Einführung einer kontinuierlichen Datenerfassung
Analyse der erfassten Daten und Bildung von Energiekennzahlen
Entwicklung, Bewertung und Priorisierung von
Energieeffizienzmaßnahmen
Begleitung der Durchführung von Energieeffizienzmaßnahmen
Evaluierung der Zielerreichung
Aufklärung über weitere Vorteile eines Energiemanagements,
wie beispielsweise Kosteneinsparungen
bei Steuern und Umlagen
Tipp.
Mehr zum Thema Energiemanagement erfahren Sie unter
www.stromeffizienz.de/energiemanagement.
Unterstützung bei der Einführung eines Energiemanagements.
Für Unternehmen, die eine kontinuierliche Steigerung der
Energieeffizienz ganzheitlich und langfristig etablieren möchten,
ist der Aufbau eines betrieblichen Energiemanagements
die richtige Entscheidung. Ein Energieberater kann bei der Einführung
und Umsetzung fachlich unterstützen.
Energiemanagement ist das zentrale Instrument, um die Reduktion
von Energieverbrauch und -kosten systematisch und
langfristig im Unternehmen zu verankern. Mit einem Energiemanagement
wird ein kontinuierlicher Prozess etabliert, in
dessen Rahmen der Energieeinsatz regelmäßig kontrolliert und
bewertet wird. Auch im Rahmen eines Energiemanagements
ist die Analyse des Istzustands der erste Schritt.
Unternehmen können einen Energieberater für nur einzelne
Schritte, aber auch für den gesamten Prozess zum Aufbau eines
betrieblichen Energiemanagements hinzuziehen.
16
Ratgeber Energieberatung.

3 Der Energieberater – das zeichnet ihn aus.
Wie der geeignete Energieberater ausgewählt wird und ob er
entsprechend qualifiziert ist, hängt von der im Unternehmen
anstehenden Aufgabe ab. Diese sollte die Grundlage für die
Auswahl des Energieberaters bilden. Seine Beratungsschwerpunkte
sollten dieser Aufgabe entsprechen. Es empfiehlt sich,
bei der Auswahl des Beraters Auskünfte über seine Qualifikationen
und seine berufliche Erfahrung einzuholen. Die
Erfahrung lässt sich beispielsweise sehr gut mit Referenzen
belegen.
3.1 Qualifikationen und berufliche Erfahrung.
Ein guter Energieberater verfügt über fundierte theoretische
und praktische Kenntnisse sowie berufliche Erfahrungen in der
Energietechnik. Für eine professionelle Energieberatung ist
darüber hinaus betriebswirtschaftliches Know-how notwendig,
unter anderem zur Bewertung der entwickelten Energieeffizienzmaßnahmen.
Bei einer Beratung zu komplexen Fertigungsprozessen
sollte der Energieberater über Kenntnisse zu
diesen Prozessen verfügen.
Der Begriff Energieberater ist übrigens nicht geschützt und
wird von vielen verschiedenen Dienstleistern verwendet.
EnergieEffizienz lohnt sich.
17

Hochschulstudium.
Oft sind Energieberater Absolventen von ingenieur- oder
naturwissenschaftlichen Studiengängen. Im Ingenieurwesen
können das beispielsweise die Fachrichtungen Maschinenbau,
Verfahrens- oder Elektrotechnik bzw. daraus abgeleitete Studiengänge
sein. Auch Physiker, Bauingenieure oder Chemiker
findet man unter den Energieberatern.
Gewerbliche Ausbildung.
Typische Ausbildungsberufe von Energieberatern sind zum
Beispiel Elektriker, Maschinenschlosser oder Kältetechniker.
Für viele Fragestellungen im Rahmen einer Energieberatung
ist es jedoch erforderlich, dass der Berater sich im Anschluss
beispielsweise durch eine Meisterschulung oder ein Hochschulstudium
weiter qualifiziert hat.
Weiterbildungen.
Über spezifische Weiterbildungen zur Energieberatung
oder zum Energiemanagement können Energieberater weitere
wichtige Kenntnisse für ihre Tätigkeit erworben haben.
In Weiterbildungen lernen sie beispielsweise, wie effektive
Energie sparmaßnahmen abzuschätzen und zu entwickeln
sind. Neben technischem Wissen werden häufig auch betriebswirtschaftliche
Ansätze vermittelt.
Eine Auswahl von Organisationen, bei denen Energieberater
Zusatzqualifika tionen erwerben können:
Industrie- und Handelskammer (IHK):
Energiemanager
Technische Akademie Wuppertal (TAW):
Betrieblicher Energie-Manager
Technische Akademie Esslingen:
Energieberater (TAE)
Grundig Akademie:
Energieeffizienzberater/-in KMU
TÜV Akademie:
Energieeffizienzberater/-in KMU
Q.Punkt:
Berater/-in für Energieeffizienz im Unternehmen
Tipp.
Eine Liste möglicher Weiterbildungen und relevanter
Studiengänge für Energieberater findet sich unter
www.stromeffizienz.de/industrie-energieberatung.
Berufliche Erfahrung.
Ein wichtiges Kriterium für die Auswahl des Energieberaters
ist die Berufserfahrung. Sie trägt dazu bei, die vielfältigen
Situationen und Gegebenheiten in den verschiedensten Unternehmen
beurteilen zu können. Überprüfen können Sie die
Erfahrung des Energieberaters insbesondere anhand seiner
Referenzen.
Um sich einen Überblick über die Branchen, Unternehmensgrößen
oder Technologien zu verschaffen, mit denen sich
der Berater auskennt, ist es empfehlenswert, sich die Unternehmen
nennen zu lassen, für die der Energieberater bereits
gearbeitet hat. Gegebenenfalls kann man bei den bereits beratenen
Unternehmen weitere Informationen anfragen.
3.2 Beratungsanbieter.
Es gibt verschiedene Anbieter von Energieberatung. Dazu
gehören zum Beispiel Energieberatungsbüros – vom 1-Personen-Betrieb
bis zu großen Beratungsunternehmen. Bei einer
besonders umfangreichen Energieberatung lohnt es sich, ein
Beratungsunternehmen zu beauftragen, das über Experten zu
verschiedenen Technologiebereichen verfügt. Eventuelle Bindungen
des Beraters an Hersteller, Vertriebs firmen, Verbände,
Energieversorgungsunternehmen oder andere Institutionen
sollten vom Berater vor Beginn der Beratung offengelegt werden.
Fragen Sie danach.
Im Folgenden werden die wichtigsten Akteursgruppen, die
in der Energieberatung tätig sind, kurz vorgestellt.
Welcher Anbieter ist der Richtige?
Energieberater und Beratungsunternehmen erarbeiten
system-, technologie- und anbieterunabhängige
Vorschläge für eine vorgegebene Aufgabe.
Planungsbüros haben ihren Schwerpunkt häufig in
der Entwicklung von Lösungen für ein bestimmtes
System, zum Beispiel Gebäudetechnik.
Hersteller bieten häufig Dienstleistungen für die
Auslegung und Optimierung der jeweiligen Systeme
oder Anlagen an, in denen ihre Produkte Anwendung
finden.
Energieversorgungsunternehmen bieten neben
ihrem Kerngeschäft – der Energielieferung – auch
weitergehende Energiedienstleistungen bis hin zur
Energieberatung an.
18
Ratgeber Energieberatung.

4 Zur Tat schreiten – Berater finden und
Fördermöglichkeiten prüfen.
Hat sich ein Unternehmen dafür entschieden, eine Energieberatung
durchführen zu lassen, sind die ersten Schritte auf
dem Weg zur Realisierung die Suche nach dem passenden
Energieberater und die Prüfung von Fördermöglichkeiten für
die Energieberatung. Denn die Durchführung einer Energieberatung
wird von der Bundesregierung gefördert.
4.1 Energieberatersuche.
Verschiedene Institutionen auf nationaler und regionaler
Ebene bieten Datenbanken mit Energieberatern an, in denen
Unternehmen einen passenden Berater finden können. Um
sich in die Datenbanken eintragen zu können, müssen die
Berater bestimmte Aufnahmekriterien erfüllen. So soll die
Qualität der Beratung sichergestellt werden. Die wesentlichen
Kriterien der jeweiligen Datenbank können Sie der folgenden
Übersicht entnehmen. Eine genaue Auflistung und Beschreibung
finden Sie auf den Internetseiten des jeweiligen Anbieters
der Datenbank (siehe S. 20).
EnergieEffizienz lohnt sich.
19

Angebote zur bundesweiten Suche von Energieberatern.
Deutsche Energie-
KfW Bankengruppe
Agentur (dena)
Deutsches Energieberater-
Netzwerk e. V. (DEN e. V.)
Energieberater für Unternehmen, die Beratungen im Rahmen des BMWi-Förderprogramms „Energieberatung Mittelstand“
in KMUs durchführen:
www.kfw-beraterboerse.de
Aufnahmekriterien für Energieberater: ingenieur- bzw. naturwissenschaftliches Studium und eine Zusatzqualifikation
im Bereich der Energieberatung oder Sachverständiger nach § 21 Energieeinsparverordnung (EnEV), eine
dreijährige Berufserfahrung in der Energieberatung, Nachweis von drei durchgeführten Energieberatungen in Unternehmen,
Unterzeichnung einer Erklärung zur Hersteller-, Anbieter- und Vertriebsneutralität.
Energieeffizienz-Experten für Förderprogramme des Bundes, wie „Energieberatung Mittelstand“ oder „BAFA-Vor-
Ort-Beratung“:
www.energie-effizienz-experten.de
Aufnahmekriterien für Energieberater: Ausstellungsberechtigung von Energieausweisen nach § 21 EnEV, Beraternummer
und Zuschusszahlung vom BAFA (nur Vor-Ort-Energieberater), Zulassung zum Denkmal-Experten von der
Koordinierungsstelle „Energieberater für Baudenkmale“ und als Zusatzqualifikation der erfolgreiche Abschluss
eines der beiden Weiterbildungsmodule „Beratung“ oder „Planung und Umsetzung“.
Energieberaterdatenbank mit Beratern für eine im Rahmen des Förderprogramms „Energieberatung Mittelstand“
geförderte Initial- und Detailberatung:
www.den-ev.de
Aufnahmekriterien für Energieberater: siehe KfW Bankengruppe.
Regionale Angebote.
Sächsische Energieagentur –
SAENA GmbH
Klimaschutzagentur
Region Hannover GmbH
Energieberater für den sächsischen Gewerbe energiepass:
www.saena.de, www.gewerbeenergiepass.de
Aufnahmekriterien für Energieberater: Zugangsvoraussetzung ist die Zertifizierung als Sächsischer Gewerbeenergieberater.
Dazu gehören zum Beispiel ein Hoch- oder Fachhochschulabschluss mit ingenieurwissenschaftlicher Ausrichtung,
eine branchenspezifische Prüfung, regelmäßige Fortbildungskurse, mindestens zwei Jahre Berufserfahrung in
Energieberatung oder Energiemanagement sowie Durchführung von mindestens drei dokumentierten Gewerbeenergieberatungen
in Wirtschaftsunternehmen.
Energieberater für KMUs, e.coBizz-Beraterliste für die Region Hannover:
www.klimaschutz-hannover.de
Aufnahmekriterien für Energieberater: Nachweis von Erfahrungen in Fokusbranchen, möglichst vielfältige Erfahrungen
bei Unternehmen in der Beratung und Erstellung von betrieblichen Energiekonzepten sowie in der Prüfung,
Überwachung, Messung und Erfolgskontrolle des Energieverbrauchs unterschiedlicher Anwendungen, Nachweis
der persönlichen Eignung u. a. durch Referenzen von betrieblichen Energiekonzepten bzw. von planerischen Projekten
für Unternehmen sowie von mündlichen Energieberatungsaktivitäten bei Betrieben.
20
Ratgeber Energieberatung.

4.2 Förderprogramme für Energieberatung.
Förderprogramm „Energieberatung Mittelstand“.
Im Rahmen des Programms werden Zuschüsse für qualifizierte
und anbieterunabhängige Energieeffizienzberatungen
in Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft und für Freiberufler
gewährt. Durch die Beratung sollen Schwachstellen bei
der effizienten Energieverwendung aufgezeigt und Vorschläge
bzw. konkrete Maßnahmenpläne für energie- und kostensparende
Verbesserungen gemacht werden.
Unternehmen erhalten für die Initialberatung einen Zuschuss
in Höhe von bis zu 80 Prozent des vereinbarten Tageshonorars
(bis zu einem Höchstbetrag von insgesamt 1.280 Euro). Unternehmen
erhalten für die Detailberatung einen Zuschuss in
Höhe von bis zu 60 Prozent des vereinbarten Tageshonorars
(bis zu einem Höchstbetrag von insgesamt 4.800 Euro).
Über den maximalen Förderzuschuss hinausgehende Honorare
sowie die Mehrwertsteuer müssen vom Unternehmen
vollständig getragen werden. Initial- und Detailberatung
können unabhängig voneinander beantragt werden. Eine geförderte
Beratung im Rahmen des Programms kann nur von
Energieberatern durchgeführt werden, die in der KfW-Beraterbörse
gelistet sind (siehe Seite 20).
Um einen Zuschuss aus dem Programm zu erhalten, müssen
Antragsdaten über die Antragsplattform des Internetportals
der KfW eingegeben werden. Das Internet-Antragsformular
bildet die Grundlage für die Antragstellung, die immer über
einen Regionalpartner erfolgen muss. Diese Regionalpartner
können zum Beispiel die Industrie- und Handelskammer, die
Handwerkskammer oder auch eine Energieagentur sein.
BAFA-Vor-Ort-Beratung.
Das BAFA fördert im Rahmen der Richtlinie zur „Förderung der
Beratung zur sparsamen und rationellen Energieverwendung
in Wohngebäuden vor Ort (Vor-Ort-Beratung)“ die energetische
Beratung für Gebäude, deren Fläche zu mehr als 50 Prozent
zu Wohnzwecken genutzt wird. Zur Zielgruppe innerhalb
der KMUs zählen somit in erster Linie kleine Gewerbebetriebe.
Die Höhe des Zuschusses für eine Vor-Ort-Beratung beträgt
400 Euro für Ein- und Zweifamilienhäuser bzw. 500 Euro für
Wohnhäuser mit mindestens drei Wohneinheiten. Für die Integration
von Hinweisen zur Stromeinsparung wird ein zusätzlicher
Bonus von 50 Euro gezahlt. Darüber hinaus kann eine
Förderung für die Integration von Thermografieaufnahmen
(25 Euro pro Thermogramm, max. 100 Euro) gewährt werden.
Beratung und Antragstellung erfolgen dabei ausschließlich
durch antragsberechtigte Energieberater.
Weitere Informationen stehen auf der Internetseite des BAFA
unter www.bafa.de zur Verfügung.
Tipp.
Auch auf regionaler Ebene bieten Institutionen Förderprogramme
für eine Energieberatung an. Energieberater
informieren über die regionalen Fördermöglichkeiten.
Eine Kurzdarstellung der Förderprogramme zur Umsetzung
von Energieeffizienzmaßnahmen, wie z. B. zum
Programm „Förderung von Energieeffizienzmaßnahmen
für Investitionen in energieeffiziente Querschnittstechnologien“,
findet sich im Anhang dieses Handbuchs.
Informationen zur Antragstellung, zu Programmdetails und
Regionalpartnern finden Sie unter www.kfw.de/ebm.
Ist Ihr Unternehmen förderfähig?
Die Förderung der „Energieberatung Mittelstand“
können KMUs mit jährlichen Energiekosten von mindestens
5.000 Euro in Anspruch nehmen. KMUs sind
gemäß der Definition der Europäischen Union
kleine Unternehmen mit weniger als 50 Mitarbeitern
und einem Jahresumsatz oder einer Jahresbilanzsumme
von höchstens 10 Millionen Euro,
mittlere Unternehmen mit weniger als 250 Mitarbeitern
und einem Jahresumsatz von höchstens 50
Millionen Euro oder einer Jahresbilanzsumme von
höchstens 43 Millionen Euro.
EnergieEffizienz lohnt sich.
21

5 Informationsangebote und Entscheidungshilfen.
Publikationen (Auswahl).
Die folgenden Publikationen unterstützen Unternehmen bei
der Auf deckung und Hebung von Energieeffizienzpotenzialen
und motivieren zur Umsetzung konkreter Maßnahmen zur
Energieeinsparung. Sie können direkt über den Webshop auf
www.stromeffizienz.de bestellt werden.
Energieeffizienz in kleinen und mittleren Unternehmen.
Die Broschüre informiert kurz und übersichtlich auf 22 Seiten
über die wichtigsten Energieeffizienztechnologien, über
Beratungsmöglichkeiten sowie Wege zur Finanzierung und
Förderung. Tipps und Praxisbeispiele sollen dabei vor allem
Entscheider motivieren, in Maßnahmen zur Steigerung der
Energieeffizienz zu investieren.
Flyer Energiemanagement.
Der übersichtliche Flyer veranschaulicht auf wenigen
DIN-A5-Seiten die Funktionsweise, die Vorteile und die Schritte
zur Einführung eines nach DIN EN ISO 50001 zertifizierten
Energiemanagementsystems. Ein mit dem 1. Preis des Energy
Efficiency Awards 2012 ausgezeichnetes Best-Practice-Beispiel
vermittelt praxisnah die Umsetzung und die positive Wirkung
eines Energiemanagementsystems.
Handbuch für betriebliches Energiemanagement.
Das 72 Seiten umfassende Handbuch zeigt, wie ein effektives
Energiemanagement in Unternehmen eingeführt werden
kann. Dabei werden alle relevanten Handlungsebenen im
Unternehmen ausführlich angesprochen: von der Unternehmensleitung
über den Energiemanager, der die Einführung
eines betrieblichen Energiemanagements begleitet, bis zu
den Betriebsebenen wie Controlling und Produktion. Das
Handbuch greift auch Themen wie Energieberatung und
Energie-Contracting auf und gibt Entscheidungshilfen zur
Einbeziehung dieser Energiedienstleistungen. Komplementiert
wird das Heft durch elf hilfreiche Checklisten.
Internetangebote (Auswahl).
Die folgenden Internetangebote und -tools liefern Informations-
und Beratungsangebote rund um das Thema Energieeffizienz
in Unternehmen. Sie befinden sich unter anderem
auf www.stromeffizienz.de, der zentralen Plattform für
In for mations- und Beratungsangebote der Initiative Energie-
Effizienz. Die Website stellt hier auch ergänzende Inhalte zu
Querschnitts technologien, Beratungsmöglichkeiten und
Förderungen bereit.
Datenbank Energieeffizienz-Experten.
Die Datenbank beinhaltet eine Liste mit Energieeffizienz-
Exper ten, die besonders für diverse Energieeffizienzförderprogramme
des Bundes (z. B. BAFA-Vor-Ort-Beratung)
qualifiziert sind. Über die programmierte Umgebungs suche
ist es ganz einfach, einen geeigneten Energieberater in der
Nähe zu finden.
www.energie-effizienz-experten.de
Referenzprojekte-Datenbank.
Die Datenbank präsentiert ausgezeichnete Energieeffizienzprojekte
aus dem Bereich Industrie und Gewerbe. Die vorgestellten
Projekte zeichnen sich durch eine hohe Energieeinsparung,
hervorragende Wirtschaftlichkeit und eine
gute Über tragbarkeit aus.
www.stromeffizienz.de/referenzprojekte
Webspecial Energiemanagement.
Das interaktive Webspecial zeigt anhand eines beispielhaften
Unternehmens die wesentlichen Schritte im Energiemanage -
ment. Es ist speziell auf die beteiligten Personengruppen –
Geschäfts führung, Controlling, Produktionsebene, Energiemanager
und Energieberater – zugeschnitten.
www.webspecial-energiemanagement.de
Adressen und Weblinks.
Die folgenden Institutionen bieten weiterführende Informationen für Unternehmen zu den Themen Energieberatung,
Energieeffizienz und Förderung.
Bundesamt für Wirtschaft und
Ausfuhr kontrolle (BAFA)
Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie (BMWi)
KfW Bankengruppe
Mittelstandsinitiative Energiewende
von BMUB, BMWi, DIHK und ZDH
Förderung von Energieberatung für Wohngebäude,
auch inklusive teilgewerblicher Nutzung
Weiterführende Informationen zur Energieeinsparung,
Energieberatung und Förderung
Förderung von Energieberatung im Rahmen
des Sonderfonds Energieeffizienz in KMUs sowie
der Umsetzung der vorgeschlagenen Maßnahmen
im Rahmen des ERP-Umwelt- und Energieeffizienzprogramms
Informations- und Qualifizierungsoffensive
für Unternehmen zu Klimaschutz und Energieeffizienz
www.bafa.de
www.bmwi.de
www.kfw.de
www.mittelstand-energiewende.de
22
Ratgeber Energieberatung.

Die Initiative EnergieEffizienz.
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine bundesweite Informationsund
Motivationskampagne, die private Verbraucher, Unternehmen
und öffentliche Institutionen über Vorteile und Chancen
der effizienten Stromnutzung informiert. Unternehmen aus Industrie
und Gewerbe zeigt die Initiative Möglichkeiten zur Steigerung
der Energieeffizienz auf und motiviert zur Umsetzung
von Maßnahmen. Das Leistungsspektrum der Initiative ist breit
gefächert und hält Angebote in verschiedenen Detaillierungsgraden
für jede Umsetzungsstufe von Energieeffizienzmaßnahmen
im Unternehmen bereit. Zu den Angeboten gehören unter
anderem technische Leitfäden zur Optimierung von Querschnittstechnologien,
Internettools zur Bewertung der Energieeffizienzpotenziale
im Unternehmen, Beispiele für Referenzprojekte aus
der Praxis sowie ein Handbuch und ein Webspecial zum Energiemanagement.
Die Deutsche Energie-Agentur.
Die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) ist das Kompetenzzentrum
für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente
Energiesysteme. Das Leitbild der dena ist es, Wirtschaftswachstum
zu schaffen und Wohlstand zu sichern mit immer
geringerem Energieeinsatz. Dafür kooperiert die dena mit
Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Gesellschafter
der dena sind die Bundesrepublik Deutschland, die
KfW Bankengruppe, die Allianz SE, die Deutsche Bank AG und
die DZ BANK AG.
www.dena.de
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine Kampagne der dena und
wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
www.stromeffizienz.de
Impressum.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel.: +49 (0)30 72 61 65-600
Fax: +49 (0)30 72 61 65-699
E-Mail: info@dena.de
www.dena.de
Redaktion.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Stephan Blank, Carsten Grohne, Sebastian Peters
Bildnachweis.
S. 8, 10: ©Corbis
S. 11: ©Jonas Mey Consulting
S. 15: ©Erfolgsbilanz bei Pumpensystemen, dena, 2007
S. 19: ©tommyS/pixelio
Layout.
BBS Werbeagentur GmbH
Druck.
Druckhaus Rihn GmbH
Stand.
12/2013
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem
Zustimmungsvorbehalt der dena.
EnergieEffizienz lohnt sich.
23

Art.-Nr. 1426
Für alle Fragen zur Energieeffizienz
in Industrie und Gewerbe:
kostenlose Energie-Hotline 08000 736 734
www.stromeffizienz.de
Eine Initiative von:
Gefördert durch:

Ratgeber Wärmeerzeuger und
Wärmeversorgungssysteme.

2
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

Inhalt.
1 Einführung in das Thema. ............................................................................................................................................................................................. 4
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienzpotenziale in Industrie und Gewerbe. ...................................................................................... 4
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete der industriellen Wärmeerzeugung und -nutzung. ................................................ 4
2 Ansätze zur energetischen Optimierung von Wärmeerzeugern und Wärmeversorgungssystemen. ..................................... 6
2.1 Erfassung des Istzustands. ............................................................................................................................................................................................... 7
2.2 Ermittlung des Bedarfs. .................................................................................................................................................................................................... 7
2.3 Bewertung der Energieeffizienz. .................................................................................................................................................................................. 8
2.4 Erstellung eines Maßnahmenplans. ............................................................................................................................................................................ 8
2.5 Erfolgskontrolle. .................................................................................................................................................................................................................. 9
3 Energieeffiziente Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme. ..................................................................................................... 10
3.1 Brenner- und Kesseltechnologien. ............................................................................................................................................................................... 10
3.1.1 Brennertechnologien. ....................................................................................................................................................................................................... 10
3.1.2 Kesseltechnologien. ........................................................................................................................................................................................................... 10
3.2 Alternative Erzeugungs- und Umwandlungstechnologien. ............................................................................................................................. 12
3.3 Wärmeverteilung. ............................................................................................................................................................................................................... 13
3.4 Systeme zur Wärmerückgewinnung. ......................................................................................................................................................................... 14
3.5 Weitere Komponenten des Wärmeversorgungssystems. .................................................................................................................................. 15
3.6 Energieeffizientes Wärmeversorgungssystem. ...................................................................................................................................................... 16
4 Steuerung, Regelung und Überwachung. ............................................................................................................................................................ 17
4.1 Steuerung und Regelung. ................................................................................................................................................................................................ 17
4.2 Überwachung. ...................................................................................................................................................................................................................... 19
5 Instandhaltung und Wartung. .................................................................................................................................................................................... 20
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen. ............................................................................................................................................ 22
Impressum. ........................................................................................................................................................................................................................... 23
EnergieEffizienz lohnt sich.
3

1 Einführung in das Thema.
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienzpotenziale
in Industrie und Gewerbe.
Rund 30 Prozent des gesamten Endenergieverbrauchs in
Deutschland entfallen auf Unternehmen aus Industrie und
produzierendes Gewerbe. Das entspricht einer Energiemenge
von etwa 700 TWh pro Jahr. Die zuletzt gestiegenen Energiepreise
werden dabei für immer mehr Unternehmen zu einem
spürbaren Kostenfaktor. Querschnittstechnologien – wie
Wärmeversorgungssysteme – bieten branchenübergreifend
große Energie- und Kosteneinsparpotenziale.
Die Bereitstellung von Wärme verursacht den größten Anteil
am Endenergieverbrauch in Industrie und Gewerbe. Mit
einem jährlichen Endenergieverbrauch von etwa 400 TWh ist
die Prozesswärme für 57 Prozent des gesamten industriellen
Endenergieverbrauchs verantwortlich. Hinzu kommen ca.
100 TWh, die branchenübergreifend für die Bereitstellung
von Raumwärme aufgewendet werden.
Wie zahlreiche Beispiele aus der Praxis zeigen, sind Investitionen
in die Energieeffizienz von Wärmeversorgungssystemen
in der Regel hochrentabel.
400
Unternehmen aus Industrie und Gewerbe können durch die
Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen deutliche
Energie- und Kosteneinsparungen realisieren: Betrachtet
man alle thermischen Prozesse, so lassen sich konservativ
geschätzt insgesamt 30 TWh pro Jahr Energie – und damit
etwa 7,5 Prozent des industriellen Prozesswärmeenergieverbrauchs
– wirtschaftlich einsparen. Auch im Bereich der Bereitstellung
von Raumwärme bestehen erhebliche Energieeffizienzpotenziale.
Über alle Branchen des produzierenden
Gewerbes lassen sich hier jährlich weitere 17,5 TWh Einsparungen
erzielen.
Beim Energieverbrauch gilt: Der Verbraucher bestimmt die
Kosten. Daher empfiehlt es sich, in einem ersten Schritt zunächst
den Wärmebedarf im Hinblick auf die Parameter Wärmemenge,
Aggregatzustand sowie Druck und Temperatur zu
untersuchen und zu bewerten. Im Anschluss sollte man die
Systemkomponenten – Rohrleitungen, Speicher, Armaturen
und Apparate (Wärmeübertrager, Filter, Messeinrichtungen),
Antriebe (Pumpen und Motoren) sowie die Wärmeerzeuger –
optimal auf den tatsächlichen Bedarf einstellen und das System
somit als Ganzes optimieren.
Der vorliegende Ratgeber zeigt wesentliche Ansatzpunkte auf,
die zu einem energieeffizienten Wärmeversorgungssystem
und damit zu weniger Energieverbrauch führen.
TWh/Jahr
350
300
250
200
150
100
50
0
Thermische Prozesse
Elektromotoren
andere Brennstoffe
Strom
Raumwärme
Beleuchtung
Galvanische Prozesse
Biotechnologie
Abb. 1: Endenergieverbrauch nach Anwendungsfeldern in Industrie und Gewerbe in
Deutschland (in TWh/a).
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete
der industriellen Wärmeerzeugung und -nutzung.
Wärme wird aus unterschiedlichen Energieträgern, wie z. B.
Gas, Öl oder Strom, erzeugt, durch verschiedene Medien wie
z. B. Warm-/Heißwasser, Dampf oder Heißluft transportiert
und – je nach Anforderungen der spezifischen Anwendung –
auf unterschiedlichen Temperaturniveaus bereitgestellt. Die
wichtigsten Anwendungen werden im Folgenden beschrieben.
Dampf- und Heißwassererzeugung.
Rund 40 Prozent des industriellen Prozess- und Raumwärmebedarfs
wird in Kesselanlagen zur Dampf- und Heißwassererzeugung
generiert. Etwa 93 TWh Endenergie werden pro
Jahr in Deutschland für Prozesswärme aufgewendet. Die hauptsächlichen
Anwendungsbereiche liegen in der chemischen
Industrie, der Papier-, Investitionsgüter- sowie Nahrungs- und
Genussmittelindustrie. Ebenfalls mittels Dampf- und Heißwasser
erfolgt die Bereitstellung von Raumwärme. Hierfür werden
branchenübergreifend ca. 96 TWh Energie pro Jahr benötigt.
Das wirtschaftliche Energieeinsparpotenzial im Bereich der Dampfund
Heißwassererzeugung beträgt 12 TWh jährlich, zusätzliche
Potenziale in Höhe von 17,5 TWh bestehen bei der Raumwärme.
4
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

Brennöfen.
Brennöfen werden für thermische Prozesse wie Brennen,
Schmelzen und Erwärmen, zu Guss- und Verformungszwecken,
zur Wärmebehandlung oder zum Sintern und Kalzinieren
b enötigt. Etwa die Hälfte des industriellen Wärmebedarfs –
240 TWh pro Jahr – wird für diese energieintensiven Prozesse
aufgewendet. Ein Drittel davon entfällt auf Öfen, die branchenübergreifend
zum Einsatz kommen.
Insgesamt können in diesem Anwendungsbereich gut 13 TWh
pro Jahr wirtschaftlich eingespart werden.
Trocknung und sonstige Prozesse.
Die Trocknungs- und sonstigen Prozesse kommen vor allem in
der Nahrungsmittelindustrie, der Papier-, Lacke- und Farbenindustrie
sowie bei der Verarbeitung von Holz, Kohle, Ziegeln
und Feinkeramik zum Einsatz. Jährlich werden etwa 66 TWh
Endenergie für diese Prozesse aufgewendet. Das wirtschaftliche
Energieeinsparpotenzial liegt bei über 5 TWh jährlich.
Die Tabelle 1 zeigt den Energiebedarf und das Einsparpotenzial
für die wesentlichen Wärmeanwendungen. Durch prozess- und
systemspezifische Optimierungsmaßnahmen lassen sich über
alle Anwendungsbereiche der Prozess- und Raumwärme hinaus
zusammen weitere Einsparpotenziale in Höhe von 13 TWh pro
Jahr erschließen.
Anwendung Branchen Energiebedarf
in TWh/a
Einsparpotenzial
in TWh/a
Dampf-/Heißwassererzeugung
und sonstige thermische Prozesse
chemische und Papierindustrie, Herstellung von Investitionsgütern
sowie Nahrungs- und Genussmitteln
92,9 12,0
branchenübergreifende Erzeugung von Raumwärme 96,2 17,5
Brennöfen und Prozesse von
200 bis über 500 °C
Trocknung und sonstige Prozesse
unter 200 °C
Herstellung verschiedener Grundstoffe, Eisen-, Nichteisenund
Stahlherstellung, Zement-, Keramik- und Glasherstellung,
Investitionsgüterindustrie, industrielles Backen
Prozesse der Nahrungsmittelindustrie sowie Trocknung
von Holz, Kohle, Ziegeln, Papier, Lacken und Farben, Feinkeramik
u. a.
240,1 13,3
65,6 5,3
Tab. 1: Energiebedarf und Energieeinsparpotenziale einzelner Wärmeanwendungen im Überblick.
EnergieEffizienz lohnt sich.
5

2 Ansätze zur energetischen Optimierung von
Wärmeerzeugern und Wärmeversorgungssystemen.
Maßnahmen zur energetischen Optimierung von Wärmeversorgungssystemen
sind stets als Teil einer Optimierung des
Gesamtsystems zu betrachten. Denn: Die größten Energie -
effi-zienzsteigerungen lassen sich nur dann erzielen, wenn
alle Komponenten so aufeinander abgestimmt werden, dass sie
ein effizientes Gesamtsystem bilden. Um ein optimales Ergebnis
zu erzielen, empfiehlt sich ein systematisches Vorgehen:
Brenner und Kessel.
2
Wärmeverteilung.
Der Brenner ist in einer Wärmeerzeugungsanlage für
die Umsetzung der chemischen in thermische Energie
vorgesehen. Dazu werden gasförmige oder flüssige
Brennstoffe unter Zuführung von (Luft-)Sauerstoff verbrannt.
Die heißen Brenngase werden durch den Brennerauslass
an einen Wärmeübertrager abgegeben.
Im Kessel wird die thermische Energie umgesetzt.
Dabei wird durch den Brenner die Brennkammer des
Kessels erwärmt. Es wird je nach Anwendungsfall
zwischen verschiedenen Kesselbauarten unterschieden
(z. B. Heißwasser- und Dampfkessel).
Pumpen.
Pumpen werden in der Wärmeverteilung eingesetzt,
um das flüssige Wärmeträgermedium im Rohrleitungssystem
zu verteilen. Durch den Einsatz hocheffizienter
Pumpen lassen sich Energieeffizienzpotenziale
erschließen.
Rohrleitungen.
Durch eine wirtschaftliche Dämmschichtdicke an den
Rohrleitungen können die Wärmeverluste gesenkt
werden.
Speicher.
Mithilfe von Speichertechnologien kann die Spitzenlast
verringert und der Anteil der Grundlast erhöht werden.
Wärmeverteilung
Wärmerückgewinnung
Alternative Erzeugungs- und
Umwandlungstechnologien
(z. B. Blockheizkraftwerk)
Brenner und Kessel
3 Wärmerückgewinnung.
4
Bei der industriellen Wärmeerzeugung und -nutzung
fallen durchschnittlich ca. 40 Prozent des Energieeinsatzes
als Abwärme an, die an die Umgebung abgegeben
wird. Dieses große Potenzial kann durch Systeme
zur Wärmerückgewinnung genutzt werden:
Economiser
Abhitzekessel
Luftvorwärmer
Alternative Erzeugungs- und Umwandlungstechnologien.
Die Auswahl an besonderen Erzeugungs- und Umwandlungstechnologien,
die eine weitere Senkung
des fossilen Energieverbrauchs bewirken:
Kraft-Wärme-(Kälte-)Kopplung
Wärmepumpen
Solarthermie
6
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

2.1 Erfassung des Istzustands.
Um ein Wärmeversorgungssystem energetisch zu optimieren,
sollten in einem ersten Schritt zunächst detaillierte Ist analysen
des Energieverbrauchs, des Wärmebedarfs sowie der Wärmeversorgungsanlage
und ihrer Einzelkomponenten erfolgen.
Der erste Schritt zur Ermittlung des Istzustands ist die allgemeine
Systembeschreibung. In dieser Beschreibung sollten
Anlagendaten anhand der Typenschilder und/oder Datenblätter
der Anlagen erfasst werden. Die folgenden Daten
können im Rahmen der Istanalyse ohne messtechnischen
Einsatz erfasst werden:
Typenschild.
Bezeichnung
Hersteller
Typ
Baujahr
Leistung
Wirkungsgrad η
Betriebsverhalten.
Verwendungszweck der Anlage
Betriebsstunden/Volllaststunden [h/a]
Teillastbetrieb (Dauer und Anteil der Last)
Regelung: keine/Stufenregelung/Drehzahlregelung
Übergeordnete Steuerung: ja/nein
Auch die Leistungsparameter der Prozesse und Anlagen –
Wärmemenge, Druck und Temperatur – sollten in einer solchen
Bestandsaufnahme abgebildet werden. In vielen Betrieben ist
lediglich der Gesamtenergieverbrauch aus den Kostenabrechnungen
der jeweiligen Energieträger bekannt, aber nicht, wie
sich dieser auf die unterschiedlichen Prozesse und Anlagen verteilt.
Diese Aufteilung ist jedoch unbedingt erforderlich, wenn
man das temperatur- und zeitabhängige Wärmeverbrauchsprofil
der Prozesse und Anlagen bestimmen will. Bei dieser Analyse
kann ein Energieberater wertvolle Unterstützung leisten.
Weitere Informationen.
Wer die Analyse selbst durchführen möchte, kann sich unter
anderem am Leitfaden für EINSTEIN Audits orientieren,
der ein systematisches Vorgehen zur Analyse des Wärmebedarfs
aufzeigt (Download auf der Internetseite:
www.einstein-energy.net).
2.2 Ermittlung des Bedarfs.
Der gesamte thermische Energiebedarf verfahrenstechnischer
Prozesse oder eines ganzen Unternehmens lässt sich mit einer
Pinch-Analyse abbilden. Kern dieses Analyseverfahrens ist die
Erfassung der thermischen Energieströme sämtlicher Prozessanlagen
eines Unternehmens. Ausgehend von den kumulativen
Wärmebedarfs- und Kühlbedarfskurven (in Pinch-Terminologie:
EnergieEffizienz lohnt sich.
7

kalte und warme Ströme) erhält man das grundlegende Diagramm
der Pinch-Analyse durch horizontales Verschieben einer
der beiden Kurven, sodass die Kaltstromverbundkurve (CCC =
cold composite curve; Wärmebedarf) immer unter der Warmstromverbundkurve
(HCC = hot composite curve; Kühlbedarf
oder Abwärme) liegt (siehe Abbildung 2).
Im Rahmen einer Pinch-Analyse werden auch Potenziale zur
prozessinternen Wärmerückgewinnung sowie nicht prozessintern
nutzbare Abwärmepotenziale sichtbar. Werden größere,
nicht prozessintern nutzbare Abwärmepotenziale aufgedeckt,
ist die Verwendung außerhalb der Kernprozesse zu prüfen. Bei
dieser Analyse kann ein Energieberater wertvolle Unterstützung
leisten.
Temperatur
110 °C
100 °C
90 °C
80 °C
70 °C
60 °C
50 °C
40 °C
30 °C
Bereich der WRG durch prozessinterne
Wärmerückgewinnung Heizbedarf
min.
∆Tmin.
HCC
CCC
2.3 Bewertung der Energieeffizienz.
Die Energieeffizienz eines Wärmeversorgungssystems resultiert
aus den Wirkungsgraden aller eingebundenen Einzelkomponenten.
Verschmutzungen und Ablagerungen an den Wärmeübertragerflächen
behindern den Wärmeübergang im Kessel,
fehlende, unzureichende oder beschädigte Dämmungen führen
zu Wärmeverlusten, ein nicht korrekt nach dem Wärmebedarf
ausgelegter Wärmeerzeuger führt zu erhöhtem Energieverbrauch.
Zur Bewertung der aktuellen Energieeffizienz eines Wärmeversorgungssystems
sollten daher alle energieverbrauchsrelevanten
Komponenten – am besten von Fachpersonal – begutachtet
und der energetische Zustand eingeschätzt werden.
20 °C
10 °C
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
min. Kältebedarf
Leistung (kW)
Abb. 2: Darstellung der Kombination der Kälte- und Wärmeverbundkurven
(Leitfaden EINSTEIN Audit für thermische Energie).
Mithilfe dieser Verbundkurven können wichtige Informationen
über den Prozess gewonnen werden. Das Temperaturniveau,
bei dem die niedrigste Temperaturdifferenz ∆T min. zwischen beiden
Kurven auftritt, wird als thermodynamische Einschnürung
des Prozesses oder als „Pinch“ bezeichnet.
Die Pinch-Temperatur teilt das System in zwei Hälften: Im Bereich
unterhalb der Pinch-Temperatur besteht ein Wärmeüberschuss,
der durch Kühlen abgebaut werden muss oder an die
Umgebung abgegeben wird. Oberhalb der Pinch-Temperatur
herrscht dagegen ein Wärmemangel, der durch zusätzliches
Heizen ausgeglichen werden muss.
Die Energieeffizienz der Wärmeversorgung kann auch durch
ein Energieaudit, das von Fachexperten durchgeführt wird, bewertet
werden. Dazu wird der Leistungs- und Energiebedarf der
Wärmeversorgung gemessen und branchenspezifischen
Benchmarks und Kennwerten gegenübergestellt.
2.4 Erstellung eines Maßnahmenplans.
Auf der Grundlage des Istzustands und einer ersten Einschätzung
der Energieeffizienzpotenziale sollte eine Übersicht über
mögliche Energieeffizienzmaßnahmen erstellt werden. Diese
sollte zwischen organisatorischen Maßnahmen und Maßnahmen
zum Nutzerverhalten (z. B. regelmäßige Überprüfung und
Wartung) einerseits und investiven Maßnahmen andererseits
unterscheiden. Die Maßnahmen sollten dabei nach Umsetzbarkeit,
Aufwand und Nutzen verglichen werden.
Ein typischer Maßnahmenplan enthält Angaben zu folgenden
Punkten:
Beschreibung der Energieeffizienzmaßnahmen
Bewertung der Umsetzbarkeit (z. B. anwendbar, nicht anwendbar
aus technischen Gründen, nicht anwendbar aus
wirtschaftlichen Gründen)
Energieeffizienzmaßnahme
Machbarkeit
Spezifische
Aktion
Verantwortung Termin Energieeinsparung
[MWh/a]
Kosteneinsparung
[€/a]
Verringerung der
Abgasverluste
an Kessel 2
Ja
Installation eines
Economisers
Frau Mai 31.10.2014 850 42.500
Verringerung der
Wärmeverluste
an Kessel 3
Ja
Dämmung des
Dampfkessels
Frau Mai 30.11.2014 740 37.000
Tab. 2: Beispielhafter Maßnahmenplan für Energieeffizienzmaßnahmen bei Wärmeversorgungssystemen.
8
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

Die spezifische Aktion, die durchgeführt werden muss,
um die Energieeffizienzmaßnahme umzusetzen
Festlegung eines Verantwortlichen
Termine, wann die Maßnahmen umgesetzt werden sollen
Erwartete Einsparungen, die durch die Umsetzung der
Maßnahmen erreicht werden können
In Tabelle 2 ist ein beispielhafter Maßnahmenplan dargestellt,
der als Energieeffizienzmaßnahme z. B. die Nachrüstung eines
Economisers vorsieht. Optimierungsmöglichkeiten gibt es
grundsätzlich im gesamten Wärmeversorgungssystem. Einige
Optionen sind im Folgenden beispielhaft aufgeführt.
Energieeffizienzmaßnahmen bei der Wärmeerzeugung und
bei Brennöfen.
Zu den wichtigsten Energieeffizienzmaßnahmen gehört die
Optimierung der Brenner- und Kesseltechnik, z. B. durch den
Einsatz von Brennwertkesseln und hocheffizienten Brennern.
Hohe Energieeffizienzsteigerungen bei Brennöfen lassen sich
vor allem durch den Einbau energieeffizienter Brenner, die
Umstellung von Verbrennungsprozessen auf reinen Sauerstoff,
eine optimierte Steuerung, verbesserte Dämmung sowie durch
die Nutzung von Abwärme erreichen.
Energieeffizienzmaßnahmen bei der Steuerung und Regelung.
Feuerungsanlagen sollten grundsätzlich auf den tatsächlichen
Wärmebedarf abgestimmt werden. Durch Regelung und Steuerung
von z. B. Brennern, Kesseln, Pumpenantrieben und Abgasen
lassen sich in der Regel hohe Kapitalrenditen erwirtschaften.
Beispielsweise sorgt eine Mehrkesselregelung dafür,
dass je nach Bedarf nur die erforderliche Anzahl von Kesseln
geschaltet wird.
Energieeffizienzmaßnahmen bei der Wärmeverteilung.
Die Verteilung der Wärme sollte mit möglichst geringen Druckund
Temperaturverlusten erfolgen. Eine der wichtigsten Optimierungsaufgaben
ist die Überprüfung, ob die Pumpe unter
Realbedingungen im Betriebspunkt mit ihrem optimalen Wirkungsgrad
arbeitet. Falls dies nicht der Fall ist, kann die Pumpe
ausgetauscht oder die Förderleistung korrigiert werden.
Pumpenantriebe, also Motoren, büßen im Laufe ihres Lebens
zwangsläufig an Wirkungsgrad ein. Bei großen Motoren können
eine Generalüberholung und eine Erneuerung der Wicklung
den Wirkungsgrad wieder verbessern. Insbesondere bei
kleinen Motoren und solchen, die lange Jahreslaufzeiten aufweisen,
ist es aber oft sinnvoller, den Antrieb komplett auszutauschen
und bei der Gelegenheit auf einen Motor mit höherer
Effizienzklasse umzustellen. Hinweise dazu befinden sich
im „Ratgeber Motoren und Antriebssysteme“.
2.5 Erfolgskontrolle.
Die gesetzten Ziele aus dem Maßnahmenplan werden in der
Erfolgskontrolle mit den tatsächlich erzielten Ergebnissen verglichen.
Dieser Soll-Ist-Vergleich stellt den Bewertungsmaßstab
dafür dar, ob mit den umgesetzten Maßnahmen die erwarteten
(Energie-)Einsparungen erreicht wurden. Dabei wird der aktuelle
Istwert durch die Messung des Energieverbrauchs ermittelt.
Wurden die gesetzten Ziele, wie z. B. zugesicherte Ergebnisse
eines mit der Umsetzung der Energieeffizienzmaßnahme
beauftragten Ingenieurbüros, nicht erreicht, sollte gemeinsam
mit einem Fachexperten eine Ursachenanalyse durchgeführt
werden. Nach der Anpassung der Energieeffizienzmaßnahme
ist diese erneut zu bewerten, denn die energetische
Optimierung der Wärmeversorgung ist ein kontinuierlicher
Verbesserungsprozess, der sich am besten anhand von
Energiekennzahlen (siehe auch „Ratgeber Energiemanagement“,
Kap. 3.3) regelmäßig überprüfen lässt.
EnergieEffizienz lohnt sich.
9

3 Energieeffiziente Wärmeerzeuger
und Wärmeversorgungssysteme.
Ein Wärmeversorgungssystem besteht aus dem Wärmeversorger
selbst, den Rohrleitungen und Pumpen, dem Speicher sowie
wärme verbrauchenden Prozessen. Alle Komponenten des Systems
sollten hinsichtlich ihrer Energieeffizienz und ihres Ein flusses
auf die Energieeffizienz des gesamten Wärmever sor gungssystems
hin betrachtet werden. Im Zentrum des Systems steht
der Wärmeerzeuger.
3.1 Brenner- und Kesseltechnologien.
Durch den Einbau energieeffizienter Brenner- und Kesseltechnologien
lassen sich Energieeffizienzpotenziale bei der Umwandlung
von Primärenergieträgern in Wärmeenergie erschließen.
3.1.1 Brennertechnologien.
Die Auswahl der Brennstoffe hat einen erheblichen Einfluss auf
Energiekosten und CO 2 -Emissionen. Erdgas hat in dieser Hinsicht
zahlreiche Vorteile, da es unter den fossilen Energieträgern die
geringsten CO 2 -Emissionen verursacht und außerdem besonders
effizient in Brennwertkesseln eingesetzt werden kann. Heizöl
hat einen um ca. 30 Prozent höheren CO 2 -Emissionsfaktor als
Erdgas und ist teurer. Biogene Brennstoffe wie Biogas und Bioöl
schützen die endlichen Ressourcen Öl und Gas, verursachen kaum
CO 2 -Emissionen, sind aber noch teurer als Heizöl. Elektrischer
Strom ist der mit großem Abstand teuerste und – bezogen auf
den aktuellen „Strommix“ in Deutschland – der CO 2 -intensivste
Energieträger zur Prozesswärmeerzeugung.
Mehrstoffbrennersysteme zur Warmwasser- und Dampferzeugung.
Bei modernen Mehrstoffbrennersystemen mit interner Abgasrezirkulation
für Warmwasser- und Dampferzeugungsanlagen
wird das Prinzip luft- und brennstoffgestufter Mischsysteme
verwendet. Durch Erhöhung des Mischdrucks wird zusätzlich
der Austrittsimpuls der in der Mündungszone austretenden
Luft- oder Luftgemischströmung so erhöht, dass im Feuerraum
eine interne Rauch- oder Verbrennungsgasrezirkulation erfolgt.
Dies hat eine optimierte und vergrößerte Flammengeometrie
zur Folge, die für eine bessere Wärmeübertragung an den umgebenden
Feuerraum sorgt und gleichzeitig die Flammentemperatur
absenkt. Damit wird auch eine deutliche Senkung der
Stickoxid emissionen (NO X ) bewirkt. In diesen Systemen ist auch
der Einsatz von biogenen Brennstoffen möglich. Mithilfe des
drehzahlgeregelten Betriebs kann der Stromverbrauch für die
Brennermotoren gesenkt werden.
Energieeffiziente Brennertechnologien für den Einsatz
in Brennöfen.
Die folgenden Brenner bzw. Verfahren sind vor allem für
Brennöfen relevant:
Rekuperative und regenerative Brenner sind hocheffiziente
Brenner, die die Abgaswärme direkt zur Vorerwärmung der
Verbrennungsluft nutzen. Beim Rekuperatorbrenner wird
ein Wärmeübertrager eingesetzt, um die Verbrennungsluft
mithilfe des heißen Abgases auf eine Temperatur von 550 bis
600 °C vorzuwärmen. Brenner und Luftvorwärmer werden
zu einer Baueinheit zusammengefasst. Beim Regenerativbrenner
kommen zwei Brenner alternierend zum Einsatz.
Während der erste Brenner in Betrieb ist, wird das heiße Abgas
durch den zweiten Brenner abgesaugt und über ein Wärmespeichermedium
geführt. Das Abgas gibt dabei etwa 85
bis 90 Prozent der Wärme an den Regenerator ab. Nach einer
bestimmten Brenndauer schaltet das System auf den zweiten
Brenner. Die Verbrennungsluft strömt dabei über den Regenerator
und wird auf eine Temperatur aufgeheizt, die 100 bis
150 °C unter der Brennraumtemperatur liegt. Bei einem Einsatz
im Temperaturbereich von 800 bis 1.500 °C ermöglicht
diese Technologie Brennstoffeinsparungen von bis zu 60 Prozent
gegenüber Brennern ohne Wärmerückgewinnung.
Bei der flammenlosen Oxidation (FLOX ® ) handelt es sich um
eine hocheffiziente Brennertechnologie, die die Einhaltung
strenger NO X -Grenzwerte auch bei hohen Verbrennungsluft-
Vorwärmtemperaturen ermöglicht.
Bei den Hochgeschwindigkeits- bzw. Hochimpulsbrennern
wird durch die hohe Ausströmgeschwindigkeit der
Verbrennungsgase eine interne Rückführung der Feuerraumgase
in den Brennkammern oder Feuerräumen und dadurch
eine gleichmäßige Temperaturverteilung gewährleistet. Somit
besitzen diese Brenner einen besseren Wirkungsgrad als
herkömmliche Brenner.
Bei der Verbrennung mit reinem Sauerstoff sind Verbrennungstemperatur
und feuerungstechnischer Wirkungsgrad
deutlich höher als bei einem Verbrennungsvorgang mit Luft.
Zusätzlich wird bei der Verbrennung mit reinem Sauerstoff
der Abgasvolumenstrom reduziert, wodurch auch die Abgasverluste
deutlich verringert werden.
3.1.2 Kesseltechnologien.
Großwasserraumkessel.
Großwasserraumkessel zeichnen sich durch einen großen Wasserinhalt
und einen großen Dampfraum aus. Diese Konstruktion
führt zu einem guten Speichervermögen, wodurch auch bei Lastschwankungen
eine stabile Dampfversorgung gewährleistet
werden kann. Großwasserraumkessel sind besonders geeignet
für die Erzeugung von mittleren und großen Dampfmengen bis
55 Tonnen Dampf pro Stunde, mittlere Drücke bis 30 bar und
Temperaturen bis ca. 300 °C. In diesem Leistungsbereich bieten
sie den höchsten Wirkungsgrad, sind wartungsarm und können
daher mit den geringsten Gesamtkosten eingesetzt werden.
10
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

Abgasverschluss
zum Kamin
2. Rauchrohrzug
Flammrohr
(1. Zug)
Brenner
Der Kesseldruckkörper ist ein liegendes,
zylindrisches Rohr, beiderseits
mit Böden verschlossen und
rundum isoliert. In diesem Druckkörper
befinden sich ein Flammrohr
(1. Zug), das durch einen Brenner
befeuert wird, und eine innenliegende
Wendekammer, die die
Abgase umkehrt und im 2. Zug zurückführt.
Auf der Vorderseite des
Kessels befindet sich eine außenliegende
Wendekammer, die die
Abgase wieder umlenkt und im
3. Zug zum Kessel ende führt.
3. Rauchrohrzug
Abb. 3: Querschnitt eines Dreizug-Großwasserraumkessels als Beispiel für einen Dampf- bzw. Heißwasserkessel mit Brenner.
Schnelldampferzeuger.
Ein Schnelldampferzeuger führt sehr wenig Wasser, was zu einer
schnellen Dampfbereitschaft und geringen An- und Abfahrverlusten
führt. Nachteilig ist, dass der erzeugte Dampf einen relativ
hohen Wassergehalt mit sich führt. Daher werden Schnelldampferzeuger
vor allem dort eingesetzt, wo keine hohen Qualitätsanforderungen
an den Dampf bestehen. Aufgrund ihrer geringen
Trägheit müssen Schnelldampferzeuger sehr genau an den
tatsächlichen Bedarf angepasst sein, da sie sonst zu häufig zwischen
Betriebs- und Leer laufzustand springen. Dies führt neben
Energieverlusten auch zu Verschleiß und Verschmutzungen.
Wasserrohrkessel.
Wasserrohrkessel werden in der Regel für sehr große Dampfmengen
von über 200 Tonnen pro Stunde, hohe Temperaturen
von über 300 °C und Dampfdrücke von über 300 bar eingesetzt.
Diese Anforderungen können mit Großwasserraumkesseln nicht
bedient werden. Der Wirkungsgrad von Wasserrohrkesseln ist
etwas niedriger als der von Großwasserraumkesseln, sie sind
weniger geeignet für Laständerungen und wartungsintensiv.
Bei Dampfkesseln ist es ratsam, sich für einen Kessel mit einem
guten Speichervermögen zu entscheiden. Deshalb sind in den
meisten Anwendungsfällen Großwasserraumkessel gegenüber
Schnelldampferzeugern vorzuziehen. Durch den großen Wasserinhalt
entsteht ein Energiepuffer, der Dampfbedarfsschwankungen
ausgleichen kann. Lassen die Prozessanforderungen
die Wahl zwischen Großwasserraumkesseln und Wasserrohrkesseln
zu, so stellen erstere in der Regel die wirtschaftlichere
Alternative dar.
Brennwertkessel.
In Dampf- und Heißwassersystemen kommen neben klassi schen
Heizkesseln mit hohen Abgastemperaturen heute immer mehr
Brennwertkessel zum Einsatz. Diese Kessel gewinnen im Gegensatz
zu herkömmlichen Heizkesseln die im Abgas enthaltene
Wärme über zusätzliche Wärmeübertragerflächen zurück. Die
Wärme kann beispielsweise zur Vorwärmung von Brauch- oder
Kesselspeisewasser genutzt werden. Bei den Brennwertkesseln
liegt die Abgastemperatur deshalb deutlich niedriger. Brennwertkessel
sind vor allem für Anlagen mit größerer Leistung
und für das Nachrüsten von Anlagen im Bestand interessant.
Der Brennwert eines Energieträgers beinhaltet nicht nur die
bei der Verbrennung freigesetzte thermische Energie, sondern
auch die durch Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfs
frei werdende Energie, die Kondensationswärme. In der
Industrie wird bei Kesselanlagen meist nur die fühlbare Wärme
der Abgase (> 100 °C) genutzt. Die Kondensationswärme, die bei
der weiteren Abkühlung der Abgase unter die Kondensationstemperatur
des enthaltenen Wasserdampfs anfällt, geht in der
Regel als Abgasverlust über den Kamin verloren. Die Nutzung
der Kondensationswärme ist bei Neuanlagen in der Regel problemlos
möglich, da korrosionsbeständige Werkstoffe in Wärmeübertragern
sowie feuchteunempfindliche Abgas systeme
und Kamine dies ohne Schäden am Material ermöglichen. Die
Brennwerttechnik wird vor allem bei Warmwasserkesseln verwendet.
Für Hochdruck-Heißwassererzeuger ist die Abgaskondensation
hingegen nur anwendbar, wenn ein Niedertemperatur-Kreislauf
zur Verfügung steht.
EnergieEffizienz lohnt sich.
11

Bei der Wahl der geeigneten Brennstoffe bietet Erdgas das
höchste Nutzungspotenzial für die Brennwerttechnik. Erdgas
zeichnet sich im Gegensatz zu allen anderen Brennstoffen nicht
nur durch den höchsten Wasserdampfgehalt im Abgas und den
höchsten Abgastaupunkt aus, sondern auch durch nahezu rußund
schwefelfreie Abgase. Aber auch für den Brennstoff Heizöl
kann die Brennwerttechnik empfohlen werden, da das heute
angebotene schwefelarme Heizöl einen störungsfreien und
effektiven Kesselbetrieb ermöglicht.
3.2 Alternative Erzeugungs- und Umwandlungstechnologien.
Kraft-Wärme-Kopplung.
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bezeichnet die Erzeugung von
Strom bei gleichzeitiger Nutzung der dabei anfallenden Wärme.
Bis zu 90 Prozent des Energiegehalts von Brennstoffen können auf
diese Weise genutzt werden. Die bei der Erzeugung von Strom
entstehende Abwärme wird als Prozesswärme, zur Raumheizung
oder zur Wassererwärmung genutzt. Voraussetzung für den wirtschaftlichen
Betrieb einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage ist ein
ganzjähriger Wärmebedarf, der eine hohe Laufzeit von mindestens
5.000 Betriebsstunden pro Jahr ermöglicht. Grundsätzlich empfiehlt
es sich aus wirtschaftlicher und anlagentechnischer Sicht,
KWK-Anlagen als Grundlastversorgungssysteme zu konzipieren.
Anlagen zur Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) können
die Schwankungen des Heizwärmebedarfs im Jahresverlauf
kompensieren, wenn sie die überschüssige Wärme im Sommer
für die Erzeugung von Kälte (z. B. zur Gebäudeklimatisierung)
nutzen. Eine Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung kann durch die Kombination
einer beliebigen KWK-Technologie mit einer thermischen
Kältemaschine – meist eine Ab- oder Adsorptionskältemaschine –
erreicht werden. Durch die zusätzliche Kälteerzeugung können
dann der KWK-Grundlastanteil sowie die Jahresarbeitsstunden
gesteigert werden, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit der
Anlage auswirkt.
Wärmepumpen.
Eine Wärmepumpe bringt Wärmeströme (aus Boden, Wasser
oder Luft) mit relativ niedriger Temperatur auf eine höhere
Temperatur. Dadurch lässt sich Umweltwärme oder Abwärme
zur Beheizung nutzen.
Für die Gebäudeheizung in privaten Haushalten sowie Industrie
und Gewerbe kommen Niedertemperatur-Wärmepumpen zum
Einsatz, die Wärme aus Luft, Grundwasser oder Erdboden nutzen
können, um Temperaturen bis maximal 65 °C zur Ver fügung
zu stellen. Hochtemperatur-Wärmepumpen bieten die Möglichkeit,
nicht nutzbare industrielle Abwärme auf ein höher wertiges
Temperaturniveau zu heben, sodass sie für die Raumheizung,
12
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

die Bereitstellung von Prozesswasser oder Dampf bis hin zu
Trocknungs- und Destillationsanwendungen genutzt werden
können. Hochtemperatur-Systeme, die auf Basis von Kaltdampfkompressionsprozessen
arbeiten, können nach dem derzeitigen
Stand der am Markt verfügbaren Technik Temperaturen von
80 bis maximal 95 °C erreichen. Einige Hersteller bieten zwar
ein zweistufiges System an, mit dem auch Dampf bei höheren
Temperaturen erzeugt werden kann, jedoch reduziert diese zusätzliche
Wärmepumpenstufe den Gesamtwirkungsgrad. Mithilfe
einer Industriewärmepumpe lassen sich bis zu 80 Prozent
der Energiekosten einsparen.
Bei offenen oder semioffenen Wärmepumpensystemen (thermische
und mechanische Brüdenverdichter) kann Prozessdampf direkt
als Arbeitsmedium verwendet und auf ein höheres Druck- und
Temperaturniveau gebracht werden. Diese Wärmepumpen können
bei Quelltemperaturen von 70 bis 80 °C Prozessdampf bzw. Prozesswärme
mit einem Temperaturniveau von bis zu 200 °C erzeugen.
Ein guter Parameter zur Messung des Wirkungsgrads einer elektrischen
Wärmepumpenanlage ist die Jahresarbeitszahl. Sie bezeichnet
über ein Jahr hinweg das Verhältnis zwischen abgegebener
Wärmemenge (Heizwärme) und zugeführter Energie (Antriebsenergie).
Dabei fließen die unterschiedlichen Betriebszustände
und damit die vielen unterschiedlich guten und schlechten
Leistungszahlen über das Jahr hinweg ein. Damit die Energiebilanz
einer elektrischen Wärmepumpe positiv ausfällt, sollte die
Jahresarbeitszahl für elektrische Wärmepumpen mindestens
einen Wert von 3,0 erreichen, da die Stromerzeugung in Deutschland
mit einem hohen Primärenergieverbrauch verbunden ist.
Solarthermie.
Thermische Solaranlagen bieten sich in Deutschland vor allem
dafür an, Prozesswärme auf einem Temperaturniveau bis maximal
120 °C bereitzustellen. Solarthermie sollte immer bei der
geringstmöglichen Temperatur an das bestehende Wärmeversorgungssystem
angeschlossen werden, da der Wirkungsgrad
bei allen Kollektortechnologien mit zunehmender Temperatur
abnimmt. Eine Kopplung der Solarthermie direkt an den Prozess
ist geeignet für Reinigen, Trocknen, Verdampfen und Destillieren,
Bleichen, Pasteurisieren, Sterilisieren, Kochen, Lackieren, Entfetten
und Kühlen sowie für die Bereitstellung von Raumwärme.
3.3 Wärmeverteilung.
Grundsätzlich gilt es, den Aufstellungsort des Wärmeversorgers
und die Rohrleitungen so zu planen, dass keine unnötig langen
Verbindungen aufgebaut werden. So können nicht nur die
Inves titionskosten für das Rohrleitungssystem, sondern auch
die Energieverluste reduziert werden.
Besonderes Augenmerk bei der Planung gilt auch dem Rohrleitungsdurchmesser,
der einen entscheidenden Einfluss auf die
Kosten hat. Die Kosten für Rohrleitungen steigen in etwa linear
mit dem Durchmesser. Verdoppelt man den Rohrdurchmesser,
dann reduzieren sich die Reibungsverluste in der Rohrleitung
um das 16-Fache. Dieser einfache Ansatz lässt sich jedoch nur
für sehr lange, kontinuierlich durchströmte Rohrleitungen anwenden.
Bei kompakteren Systemen überwiegt der Einfluss
der Armaturen, bei denen sich weder die Einkaufspreise noch
die Strömungswiderstände durch einfache Formeln in Abhängigkeit
vom Rohrleitungsdurchmesser beschreiben lassen.
Das Optimum lässt sich hier nur finden, wenn mit einer Lebenszykluskosten-Analyse
verschiedene Alternativen verglichen
werden. Nicht zu vernachlässigen sind auch der Montage- und
Wärmeisolierungsaufwand. Allerdings bestehen bei der Wärmedämmung
von Bauteilen und Rohrleitungen große Energieeffizienzpotenziale.
Sie stellen eine einfache, wirkungsvolle und
nachhaltig kostengünstige Maßnahme dar, um die Energieeffizienz
des gesamten Systems zu erhöhen (siehe auch Kap. 3.5).
Eine Senkung der Wärmeverluste um bis zu 30 Prozent ist in
diesen Fällen möglich.
EnergieEffizienz lohnt sich.
13

3.4 Systeme zur Wärmerückgewinnung.
Die Abwärme aus der Wärmeerzeugung und -nutzung kann
mithilfe von Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung genutzt
werden. Aus den Abgasen von Dampfkesseln und Öfen können
beispielsweise erhebliche Abwärmemengen zur weiteren Verwendung
zurückgewonnen werden.
Funktionsweise der Wärmerückgewinnung.
Durch Wärmeübertrager kann Abwärme direkt oder indirekt
(über ein Zwischenmedium) auf einen anderen Prozess übertragen
werden, solange die Temperatur der (Ab-)Wärmequelle
über der des Verbrauchers liegt. Grundsätzlich ist eine Wärmerückgewinnung
daher umso lohnender, je höher die Temperatur
der zur Verfügung stehenden Abwärme ist. Um Verluste
durch Transport und Speicherung zu minimieren, empfiehlt es
sich, Wärmepotenziale stets ortsnah und möglichst direkt weiterzunutzen.
Ist dies nicht möglich, muss die Verwendung von
Speichertechnologien geprüft werden, um die anfallende Abwärme
zwischenzeitlich speichern zu können. Dabei ist es wichtig,
dass alle Leitungen eine gute Wärmedämmung erhalten.
Steht das geringe Temperaturniveau der Abwärme einer direkten
Wärmerückgewinnung entgegen, kann eine Wärmepumpe
eine sinnvolle Lösung darstellen. Wärmepumpen (siehe
Kapitel 3.2) sind in der Lage, Wärme von einem niedrigen auf
ein höhe res Temperaturniveau anzuheben.
Abgas-Wärmerückgewinnung.
Abgas-Wärmerückgewinnung kann die Energieeffizienz von
Feuerungsanlagen, die prozessbedingt mit hohen Abgastemperaturen
betrieben werden und hohe Laufzeiten aufweisen,
deutlich steigern. Ihre Anwendung empfiehlt sich daher
besonders bei Dampf- und Heißwassererzeugern, Öfen, Trocknern
oder Gasturbinen. In diesem Verfahren entzieht ein Abgas-Wärmeübertrager
dem Abgas einen Teil der Wärme und
überträgt sie an einen Wärmeträger wie Wasser oder Luft. Dadurch
kann die Wärme dem Prozess an anderer Stelle wieder
zugeführt werden. Eine Wärmeübertragung findet so lange
statt, wie die Temperatur der (Ab-)Wärmequelle über der
Temperatur des Verbrauchers liegt. Nutzen lässt sich die Abwärme
z. B. für die Vorwärmung von Verbrennungsluft, zur
Brauchwasser- oder Prozesswassererwärmung oder zur Wärmeeinspeisung
in den Heizungsrücklauf.
Economiser und Brennwertwärmeübertrager.
Bei einem Economiser handelt es sich um einen Abgas-Wärmeübertrager,
der das Kesselabgas zur Erwärmung von Kesselspeise-,
Heizungs- oder Brauchwasser nutzen kann. Wird dem Economiser
ein Brennwertwärmeübertrager (auch Abgaskondensator
genannt) nachgeschaltet, können die Abgase unter die
Kondensationstemperatur von Wasser abgesenkt werden, sodass
auch die Kondensationswärme des enthaltenen Wasserdampfs
genutzt werden kann (siehe Brennwerttechnik). In
einem nachgeschalteten Brennwertwärmeübertrager (siehe
Abbildung 4) kann die Abgaswärme jedoch weiter ausgenutzt
werden, um das kalte Zusatzwasser aus der chemischen
Wasseraufbereitung (etwa 10 bis 12 °C) vorzuwärmen, bevor es
in den Entgaser geleitet wird. Eine Wärmerückgewinnung mittels
Economiser und Brennwertwärmeübertrager kann eine
Wirkungsgradsteigerung zwischen 5 und 12 Prozent bewirken.
Speisepumpenmodule
Wasserservicemodul
Dampf
Economiser
Abgaskondensator
Pumpenmodule
Dampfkessel
Zusatzwasser
Abb. 4: Schaltbild einer Hochdruck-Dampfkesselanlage mit zwei Abgas-Wärmeübertragerstufen (Economiser/Brennwertwärmeübertrager).
14
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

Abhitzekessel.
Abhitzekessel nutzen die Wärme von Abgasen (oft auch als Rauchgase
bezeichnet) aus Verbrennungsprozessen oder von heißen
Abluftströmen zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf. Dabei
wird das heiße Abgas durch ein Rohrbündel geführt, in dem es seine
Wärme an das im Kesselkörper befindliche Wasser überträgt.
Luftvorwärmung.
Ein Luftvorwärmer (LUVO) wärmt die Verbrennungsluft mithilfe
des heißen Abgases vor. Die Wärmerückgewinnung mittels
LUVO kann den feuerungstechnischen Wirkungsgrad um 5 Prozent
erhöhen. Die Vorwärmung der Verbrennungsluft kann
auch mithilfe von Abwärme aus Drucklufterzeugungsanlagen
oder aus dem Kesselhaus erfolgen.
3.5 Weitere Komponenten des Wärmeversorgungssystems.
Wärmespeicher.
Mithilfe von Speichertechnologien lässt sich die Spitzenlast verringern
und der Anteil der Grundlast erhöhen. Bei Prozessen
mit ausgeprägten zeitlichen Lastspitzen können Versorgungssysteme
und Systemkomponenten für ein mittleres Leistungsniveau
dimensioniert werden. Der Speicher wird in Phasen mit
hohem Leistungsbedarf entladen, während bei Unterschreitung
der durchschnittlichen Leistung Wärme zwischengespeichert
wird. Der Wärmeerzeuger kann so trotz Bedarfsschwankungen
gleichmäßig im optimalen Arbeitspunkt betrieben werden.
Die wichtigsten Speichersysteme sind:
Sensible Speicher: heißes/kaltes Wasser oder feste Speichermedien
(Keramik, Stein, Erde etc.)
Latentspeicher bzw. Phasenwechselspeicher (engl. Phase
Change Material – PCM)
Sorptionsspeicher bzw. thermochemische Speicher
Diese Speichersysteme können entweder als Kurz- oder Langzeitspeicher
eingesetzt werden. Welcher Speichertyp bzw. welche
Speichermethode angewendet werden sollte, hängt zum einen
von den erzielbaren Energiedichten und benötigten Temperaturbereichen
ab, zum anderen ist eine bestimmte Anwendung
von den örtlichen Gegebenheiten (Platzangebot), dem benötigten
Volumen oder den geologischen Verhältnissen im Untergrund
(Langzeitspeicher) des jeweiligen Standortes abhängig.
Pumpen/Umwälzpumpen.
Pumpen wandeln Antriebsenergie in Bewegungsenergie um
und dienen dem Transport von Fluiden.
Neben der Wärmeerzeugung sind die Umwälzpumpen in Form
von Kreiselpumpen das zweite Herzstück eines Wärmeversorgungssystems.
Sie sind für die Förderung des Wärmeträgermediums
(meistens Wasser) zu den Heizkörpern und anderen
Anschlussstationen verantwortlich.
Moderne hocheffiziente Umwälzpumpen sind drehzahlgeregelt
und, wenn ein Gebäudeleitsystem (GLT) vorhanden ist, dort
angeschlossen.
Dämmung.
In Industriebetrieben ist es oft Praxis, die Dämmschichtdicke bei
Rohrleitungen, Behältern etc. nur an die betriebstechnischen Anforderungen
anzupassen. Diese liegen jedoch deutlich unter den
technisch machbaren, aber auch unter den wirtschaftlich sinnvollen
Möglichkeiten. Mit einer adäquaten Erhöhung der Dämmschichtdicke
kann die Energieeffizienz der betriebstechnischen
Anlagen wesentlich gesteigert werden. Die wirtschaftliche
Dämmschichtdicke lässt sich im jeweiligen Einzelfall ermitteln,
indem Investitionskosten und Wärmeverlustkosten in Abhängigkeit
von der Dämmschichtdicke einander gegenübergestellt werden.
An dem Punkt, an dem die Summenkurve der beiden Werte
ein Minimum aufweist, liegt die wirtschaftliche Dämmschichtdicke
(siehe Abbildung 5).
Zur Ausnutzung des gesamten Energieeinsparpotenzials müssen
die gesamten Wärmeverluste der Anlage, inklusive der anlagenbedingten
Wärmebrücken, in die Betrachtung einbezogen werden.
Einbauteile, wie Flansche, Armaturen und Ventile, haben hierbei
Gesamtkosten Investitionskosten Wärmeverlustkosten
Kosten
wirtschaftliche
Dämmschichtdicke
Dämmschichtdicke
Abb. 5: Beispielhafte Darstellung der Kostenfunktionen zur Bestimmung der wirtschaftlichen Dämmschichtdicke.
EnergieEffizienz lohnt sich.
15

Abstrahlverluste an der Kesseloberfläche
Absalzverluste
Abschlammverluste
Abb. 6: Wärmeverluste bei Dampf- und Heißwasserkesseln.
einen großen Einfluss auf die Wärmeverluste. Daher sollte trotz
der in diesen Bereichen erschwerten Dämmung über eine Umsetzung
von Energieeffizienzmaßnahmen nachgedacht werden.
3.6 Energieeffizientes Wärmeversorgungssystem.
Bei einem Anlagenneubau ist von vornherein auf die energieeffiziente
Auslegung aller Systemkomponenten und der gesamten
Anlage zu achten. Bei vorhandenen Anlagen sind die einzelnen
Komponenten eines Wärmeversorgungssystems auf ihre
Energieeffizienz zu überprüfen und gegebenenfalls ineffiziente
Bestandteile gegen energieeffiziente auszutauschen. In jedem
Fall gilt es, zunächst die Wärmeverluste zu minimieren.
Minimierung von Wärmeverlusten.
Wärmeverluste können an unterschiedlichen Stellen des Wärmeversorgungssystems
auftreten: beim Energieverbraucher, beim
Transport oder bei der Energieerzeugung. Im Prozess, also bei
den Verbrauchern, lassen sich Energieverluste beispiels weise
durch eine ausreichend dimensionierte Wärmedämmung von
Behältern oder Öfen gering halten und tragen so zur Verminderung
des Bedarfs bei.
Um Wärmeverluste bei der Energieerzeugung einzugrenzen,
sollte bereits bei der Konzeption der Anlage darauf geachtet
werden, dass die Kessel wenig Wärme abgeben und über ein
gutes Wärmespeichervermögen verfügen. Bei Anlagen im Bestand
lassen sich Verluste durch Reinigen der Heizflächen und
die Beseitigung undichter Stellen im Feuerraum reduzieren.
Hohe Verluste entstehen bei der Energieerzeugung durch hohe
Abgastemperaturen von über 200 °C. Mithilfe von Systemen zur
Wärmerückgewinnung kann diese Energie genutzt werden.
Um die Abstrahlungsverluste bei der Erzeugung und beim
Transport von Wärme zu minimieren, sollte eine Wärmedämmung
an den Wärmeerzeugern, den Rohrleitungen und an gegebenenfalls
vorhandenen Wärmespeichern angebracht bzw.
die vorhandene überprüft und bei Bedarf ausgebessert werden.
Kesselspeisewasser für Dampf- und Heißwasserkessel enthält
Salze, die sich infolge der Verdampfung des Kesselwassers anreichern.
Dies führt nicht nur zu korrosiven Schäden am Kessel,
sondern auch zu Energieverlusten. Das Kesselspeisewasser muss
deshalb entsalzt werden. Am Boden eines Dampf- und Heißwasserkessels
sammelt sich außerdem Schlamm an, der abgeführt
werden muss. Dieser Vorgang führt ebenfalls zu Wärmeverlusten
(siehe Abbildung 6). Eine gute Wasseraufbereitung reduziert
daher auch Abschlammverluste.
Nicht zuletzt lassen sich der Energieverbrauch und die Energiekosten
durch die kontinuierliche Wartung von Brenner, Kessel
und Dampf- bzw. Heißwasserverteilernetz senken.
Stillstands- oder Bereitschaftsverluste lassen sich mithilfe von
Regelungen, die überflüssiges An- und Abschalten von Brennern
vermeiden, deutlich verringern (siehe Kapitel 4.1).
Energieeffiziente Auslegung.
Um die Energieeffizienz einer Anlage zu erhöhen, sollte – in
Abhängigkeit von den spezifischen Anforderungen – für jeden
Prozessschritt ein energieeffizientes Versorgungsmedium ge-
16
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

wählt werden. Falls möglich, sollte Heißwasser anstelle von
Dampf als Wärmeträger eingesetzt werden, da die Dampferzeugung
mit hohen Umwandlungsverlusten verbunden ist.
Bei der energieeffizienten Auslegung einer Anlage kommt es
im Wesentlichen darauf an, den Kessel richtig zu dimensionieren
und den Betriebsdruck an die tatsächlichen technischen
Erfordernisse anzupassen. Wärmeversorgungsanlagen sind
früher häufig stark überdimensioniert errichtet worden, sodass
sie heute oft ineffizient z. B. mit Druckminderern arbeiten.
In vielen Betrieben werden Dampfdruck und -temperatur über
„gezielte“ Wärmeverluste in unisolierten Teilen des Leitungssys
tems reduziert. Teilweise wird die gewünschte Temperaturabsenkung
sogar durch äußere Berieselung der heißen Rohre
mit Wasser erzielt. Wesentlich effizienter ist es, die Dampftemperatur
durch das Einspritzen von Kondensaten zu senken.
Ein Absenken des Temperaturniveaus kann im Übrigen die
Wärmerückgewinnung oder andere energieeffiziente Umwandlungs-
und Erzeugungstechnologien, wie z. B. Kraft-Wärme-
Kopplung (KWK) oder Wärmepumpen, ermöglichen.
In einem System ist stets der Wärmeverbraucher mit dem höchsten
Temperatur- bzw. Druckniveau ausschlaggebend für den
Auslegungsdruck des Wärmeerzeugers. Daher kann es sinnvoll
sein, für einen einzelnen Verbraucher mit sehr hohem Druck
einen eigenen Dampferzeuger zu betreiben. Hierdurch lassen
sich Überdimensionierungen und damit verbundene Ineffizienzen
verhindern.
4 Steuerung, Regelung und Überwachung.
4.1 Steuerung und Regelung.
Durch Steuerung und Regelung können durch jeweilige Anpassung
der Leistung an den aktuellen Bedarf hohe Energieeffizienzpotenziale
erschlossen werden. Eine Steuerung
und Regelung ist bei Wärmeerzeugungssystemen an vielen
Komponenten möglich (z. B. Brenner, Kessel oder Pumpen).
Zusätzlich kann durch den Einsatz einer übergeordneten
Steue rung und Regelung die Energieeffizienz eines Systems
aus mehreren Wärmeerzeugern optimiert werden.
Regelung des Brenners.
Brenner können durch einen modulierenden bzw. drehzahlgeregelten
Betrieb gezielt in Teillastbereichen gefahren werden,
anstatt die Teillast jeweils durch An- und Abschalten
des Brenners anzusteuern. Da der Feuerungsraum vor jedem
Zünden gespült werden muss, lassen sich auf diese Weise
Stillstands- und Anfahrverluste reduzieren.
Durch den Einsatz drehzahlgeregelter Brennermotoren kann
bei Lastschwankungen außerdem ein deutlich niedrigerer
Leistungsbereich erreicht werden. Dies hat mehrere Vorteile:
So werden nicht nur unnötige Brennerabschaltungen vermieden,
sondern auch Auskühlungen des Kessels durch Vorbelüftung
minimiert. Dadurch können Brennstoffverbrauch
und -kosten zwischen 2 und 10 Prozent gesenkt werden. Auch
Stromverbrauch und -kosten lassen sich durch die Drehzahlregelung
des Gebläses erheblich reduzieren. Bei Brennöfen
ist eine modellgestützte Ofenführung für praktisch alle Ofentypen
anwendbar, insbesondere für die weitverbreiteten
kleinen Wärmeöfen. Die Steuerung basiert hierbei auf Messungen
und der Nutzung von prozessrelevanten empirischen
und analytischen Parametern. Die Betriebsführung des Ofens
kann dadurch kontinuierlich an die konkreten Produktionsbedingungen
angepasst werden. Einsparpotenzial: bis zu
15 Prozent der Energiekosten eines Ofens.
Abgasregelung bei Dampf- und Heißwassererzeugung.
Je nach Brennstoff und Alter einer Anlage werden Brenner
mit einem Sicherheitsluftüberschuss von 5 bis 20 Prozent
betrieben. Wird dem Brennvorgang jedoch mehr Luft als
nötig zugeführt, so nimmt der in der Luft enthaltene Sauerstoff
nicht mehr an der Verbrennung teil – die Luft wird mit
aufgeheizt, sodass Wärmeverluste entstehen. Diese lassen
sich durch eine O 2 -Regelung reduzieren, die kontinuierlich
den O 2 -Anteil im Abgas des Kessels misst und die Luftzufuhr
entsprechend regelt. Der Wirkungsgrad kann auf diese Weise
um bis zu 3 Prozent verbessert werden (siehe Abbildung 8).
Auch können dadurch die Auswirkungen ausgeglichen
werden, die entstehen, wenn der Kessel an Orten mit großen
Temperaturunterschieden zwischen Sommer und Winter
sowie bei unterschiedlichen geodätischen Höhen aufgestellt
wird. Mit einer CO 2 -Regelung kann der Restsauerstoffgehalt
nochmals auf Werte unter einem Volumenprozent gesenkt
und so ein bis zu 1 Prozent höherer Wirkungsgrad erzielt werden.
Diese Regelung lässt sich sinnvoll nur bei gasförmigen
Brennstoffen anwenden, da bei flüssigen Brennstoffen bereits
vor der Messung Ruß entstehen kann, der die Messung beeinflusst.
Im Betrieb wird die Luftmenge so weit reduziert, bis die
Sonde im Abgas enthaltene unverbrannte Brennstoffbestandteile
im Abgas detektiert. Dann wird die Luftmenge wieder
erhöht, bis keine unverbrannten Bestandteile mehr im Abgas
nachgewiesen werden können.
EnergieEffizienz lohnt sich.
17

O 2-Sonde
O 2-Modul
Gaszufuhr
Mischeinrichtung
Schritt motoren
Ölzufuhr
Luftzufuhr
Visualisierung
CAN-Bus
Impuls geber
Feuerungsmanager
Anzeige- und
Bedieneinheit
Gebäude leittechnik
CAN-Bus
Frequenzumrichter
Bus-
System
Abb. 7: Messung, Steuerung und Regelung (MSR) bei modulierenden Brennern.
Drehzahlregelung bei Pumpenantrieben.
Generell ist es sinnvoll, die Drehzahlregelung von Pumpenantrieben
zu prüfen. Bei jeder Pumpengruppe, wie beispielsweise
Kesselspeisepumpen oder Netzumwälzpumpen, sollte
individuell betrachtet werden, ob eine Drehzahlregelung sinnvoll
ist oder nicht. Drehzahlgeregelte Netzumwälzpumpen
lohnen sich beispielsweise, wenn im Sommerbetrieb geringere
Wassermassen umgewälzt werden als im Winterbetrieb. Bei
Kesselspeisepumpen zur Versorgung eines Dampferzeugers
mit Speisewasser muss sichergestellt werden, dass die drehzahlgeregelte
Pumpe den notwendigen konstanten Kesseldruck
aufrechterhält. Die Höhe des Einsparpotenzials ist dann abhängig
davon, wie lange die Anlage in Teillast betrieben wurde.
Übergeordnete Steuerung und Regelung.
Mithilfe einer Kesselfolgesteuerung lässt sich bei einer
Dampf- und Heißwassererzeugung kontinuierlich der exakt
erforderliche Volumenstrom im System transportieren. Dafür
muss lediglich die für die Erzeugung erforderliche Anzahl an
Kesseln mit angepasster Leistung (drehzahlgeregelt) betrieben
werden. Das Regelsystem reduziert nicht nur Brennerlast
und Brennstartvorgänge, sondern kann außerdem Instabilitäten
und Störungen sofort kompensieren. Die Heizkessel
können dadurch stets im optimalen Lastpunkt und mit optimalem
Wirkungsgrad betrieben werden.
Durch die Installation einer Mehrkesselregelung lässt sich
die Energieeffizienz einer Anlage zusätzlich steigern. Hierbei
werden mittels einer hydraulischen Weiche alle Wärmeerzeuger
des Primärkreises (Erzeugungssystem) von den Verbrauchern
im Sekundärkreis entkoppelt. Durch die Volumenstromregelung
im Primärkreis ist ein hydraulisch optimierter
Betrieb der Anlage möglich, der die notwendige Brennerbzw.
Kesselleistung dem Bedarf im Sekundärkreis anpasst.
18
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

98
96
Feuerungstechnischer Wirkungsgrad [%]
94
92
90
88
O 2 -Gehalt [%]
0
5
86
110 130 150 170 190 210
Abgastemperatur – Zulufttemperatur [°C]
Abb. 8: Verbesserung des feuerungstechnischen Wirkungsgrads bei reduziertem O 2-Gehalt im Abgas.
4.2 Überwachung.
Eine Reihe zentraler Betriebsdaten kann zur detaillierten
Analyse von Brennstoffverbrauch oder Dampf- und Temperaturverläufen
einer Anlage genutzt werden. Auf Basis dieser
ermittelten Daten kann ein Energieerzeugungsmanagement
entwickelt werden, das durch die bedarfsgerechte Anpassung
Energieverbrauch und -kosten von Wärmeversorgungssystemen
senken kann. Eine mögliche Anwendung sind verbrauchsgesteuerte
Aufheiz- und Anfahrprogramme, bei denen
zwischen vor- und nachrangigen Verbrauchern zeitlich differenziert
wird. In diesem Fall ist es möglich, den Wärmeerzeuger
etwas leistungsschwächer zu dimensionieren, als er allein
durch die Summe der Bedarfe ermittelt wurde.
Bei modernen Brennern werden sämtliche Funktionen von
leistungsfähigen Mikroprozessoren gesteuert und überwacht.
Dieses digitale Feuerungsmanagement bietet auch die Möglichkeit,
über einen integrierten Bus-Anschluss mit anderen
Systemen, z. B. Gebäudeleittechnik-(GLT-)Systemen, zu kommunizieren.
Durch Überwachung und Regelung weiterer Verbrennungsparameter,
wie z. B. Abgastemperatur, Rußziffer oder Feuerraumdruck,
und die Installation automatischer Abgas- oder
Verbrennungsklappen lässt sich der Energieverbrauch zusätzlich
senken. Letztere verhindern das Auskühlen des Kessels
bei regelmäßigen, längeren Stillständen des Kessels (z. B. an
Wochenenden).
EnergieEffizienz lohnt sich.
19

5 Instandhaltung und Wartung.
Um das Wärmeversorgungssystem in einem funktionsfähigen
Zustand zu erhalten, bedarf es einiger technischer und administrativer
Maßnahmen. Es lohnt sich, die Instandhaltung
des Anlagenparks systematisch anzugehen und eine vorausschauende
Instandhaltungsstrategie für das Unternehmen
auszuarbeiten. Unter Instandhaltung lässt sich die Kombination
der nachfolgend beschriebenen Maßnahmen Wartung,
Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung zusammenfassen.
Wartung.
Unter dem Begriff Wartung werden Maßnahmen zur Verzögerung
des Abbaus des vorhandenen Abnutzungsvorrats
verstanden. Der Praktiker versteht darunter das regelmäßige
Reinigen, z. B. von Wärmeübertragerflächen, Nachstellen,
Prüfen und manchmal auch den Austausch von Verschleißteilen.
Darüber hinaus hat ein Hersteller in der Betriebsanleitung
Angaben zur Art und zum Umfang von Wartungsarbeiten zu
machen. Darüber hinausgehende Maßnahmen leiten sich aus
den Ergebnissen der Inspektion ab.
Inspektion.
Unter Inspektion versteht man Maßnahmen zur Feststellung
und Beurteilung des Istzustands der Anlage. Wichtig für die
Beurteilung des Istzustands ist die Kenntnis des Sollzustands.
Dazu sollten nach der erstmaligen Inbetriebnahme bzw. nach
einer erfolgreichen Generalüberholung Referenzwerte aufgenommen
werden.
20
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

Instandsetzung und Verbesserung.
Unter Instandsetzung ist die Rückführung der Anlage in den
funktionsfähigen Zustand, also die Fähigkeit zur Erfüllung
der durch den Hersteller in der Bedienungsanleitung beschriebenen
bestimmungsgemäßen Verwendung, zu verstehen.
Werden bei diesem Vorgang Schwachstellen beseitigt,
um die Funktionssicherheit zu erhöhen, ist dies bereits eine
Verbesserung. Wird dadurch jedoch die Funktion der Anlage
verändert, dann ist dies eine „Modifikation“, die eine Neubewertung
der sicherheitstechnischen Aspekte erforderlich
macht. Bei Eingriffen in Geräte bzw. Maschinen erlischt die
Konformität des Herstellers, sobald die Sicherheit berührt
wird. Hier ist nach Abschluss der Arbeiten unter Umständen
ein erneutes Konformitätsbewertungsverfahren notwendig.
Instandhaltungsstrategien.
Korrektive Instandhaltung.
Wird eine Anlage erst repariert, wenn ein Defekt sichtbar
geworden ist, dann handelt es sich um eine schadensbedingte
oder korrektive Instandhaltung bzw. Instandsetzung.
Dem Vorteil, dass die Lebensdauer der Bauteile dabei
bis zum Ende ausgenutzt wird, stehen zum Teil ganz
gravierende Nachteile gegenüber. So kann mitunter der
Ausfall eines an sich preisgünstigen Bauteils erhebliche
Folgeschä den an anderen Anlagenteilen hervorrufen. Oft
führen verschlissene Bauteile, schon lange bevor sie einen
Totalausfall hervorrufen, zu Effizienzverlusten und Produktbeeinträchtigungen.
Hinzu kommt der Produktionsausfall,
der nicht planbar ist und deutlich höher ausfallen
kann als bei einer geplanten Instandhaltungsmaßnahme.
Vorausbestimmte Instandhaltung.
Die intervallabhängige, vorausbestimmte Instandhaltung
versucht, durch den Austausch der Verschleißteile in vorgegebenen
Zeitabständen dem Verschleiß zuvorzukommen.
Erschwert wird diese Strategie durch die starke Varianz
der Lebensdauer von vielen Bauteilen. Der Planung der
Wartungsintervalle kommt daher eine wesentliche Bedeutung
bei der Gesamtkostenbetrachtung dieser Strategie zu.
Zu kurze Intervalle erhöhen die Kosten durch häufige
Reparaturen und den damit einhergehenden geplanten
Stillstand. Zu lange Intervalle erhöhen das Risiko des ungeplanten
Produktionsausfalls und aller Folgekosten, die
mit einer korrektiven Instandsetzung einhergehen.
Zustandsorientierte Instandhaltung.
Die zustandsorientierte Instandhaltung ist eine präventive
Strategie, bei der die Wartungs- bzw. Instandsetzungsintervalle
nicht starr vorgegeben sind, sondern der Zeitpunkt
für die Instandhaltung aus der Überwachung der
Zustands- und Betriebsgrößen festgelegt wird. Durch das
Beobachten der Maschine kann vorausgesagt werden,
wann sich die Lebensdauer eines Verschleißteils dem Ende
zuneigt, und es können Defekte erkannt werden, bevor
diese teure Folgeschäden hervorrufen. Die erforderliche
Überwachung der Messgrößen kann kontinuierlich oder
auf Anforderung erfolgen.
Bei der zustandsorientierten Instandhaltung ergänzen
sich die spezifischen Vorteile der beiden zuvor genannten
Strategien, nämlich die volle Ausnutzung der Komponentenlebensdauer,
mit den geringeren Instandsetzungs- und
Folgekosten der geplanten Instandhaltung. Für die Gesamtkostenoptimierung
müssen diese Einsparungen den
Kosten für die Überwachung gegenübergestellt werden.
Strategie der verbessernden Instandsetzung.
Früher war das höchste Ziel einer Instandsetzung, die Anlage
nach Möglichkeit wieder in den Originalzustand zurückzubringen.
Diese Vorgehensweise übersieht, dass das
Versagen des Bauteils möglicherweise darauf zurückzuführen
ist, dass die Anlage für den spezifischen Anwendungsfall
nicht optimal ausgelegt ist. In solch einem Fall ist
die Instandsetzung eine gute Gelegenheit für eine qualitative
Aufwertung der betroffenen Baugruppe. Einige fortschrittliche
Unternehmen haben es sich daher zur Strategie
gemacht, solche Auszeiten systematisch für eine Erhöhung
der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit zu nutzen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
21

Kosten sparen und Energieeffizienz steigern.
Systematisch Energiekosten senken.
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen.
Dämmung von Anlagen in
Industrie und Gewerbe.
Energieberatung
in Industrie und Gewerbe.
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Handbuch für betriebliches
Energiemanagement.
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über die wichtigsten Energieeffizienztechnologien, über
Beratungsmöglichkeiten sowie Wege zur Finanzierung und
Förderung. Tipps und Praxisbeispiele sollen dabei vor allem
Entscheider motivieren, in Maßnahmen zur Steigerung der
Energieeffizienz zu investieren.
Internetangebote (Auswahl).
Die folgenden Internetangebote und -tools liefern Informations-
und Beratungsangebote rund um das Thema Energieeffizienz
in Unternehmen. Sie befinden sich unter anderem
auf www.stromeffizienz.de, der zentralen Plattform für
In for mations- und Beratungsangebote der Initiative Energie-
Effizienz. Die Website stellt hier auch ergänzende Inhalte zu
Querschnitts technologien, Beratungsmöglichkeiten und
Förderungen bereit.
Quickcheck Rohrleitungsdämmung.
Das Online-Tool zeigt in zwei Schritten das Einsparpotenzial
durch die Dämmung von Rohrleitungen in betriebstechnischen
Anlagen. Neben der relativen und absoluten Energieeinsparung
zeigt der Check auch, wie stark sich die Energiekosten
durch die Um setzung von Energieeffizienzmaßnahmen senken
lassen.
www.stromeffizienz.de/quickcheck-rohrleitungsisolierung
Webspecial Energiemanagement.
Das interaktive Webspecial zeigt anhand eines beispielhaften
Unternehmens die wesentlichen Schritte im Energiemanage -
ment. Es ist speziell auf die beteiligten Personengruppen –
Geschäfts führung, Controlling, Produktionsebene, Energiemanager
und Energieberater – zugeschnitten.
www.webspecial-energiemanagement.de
Referenzprojekte-Datenbank.
Die Datenbank präsentiert ausgezeichnete Energieeffizienzprojekte
aus dem Bereich Industrie und Gewerbe. Die vorgestellten
Projekte zeichnen sich durch eine hohe Energieeinsparung,
hervorragende Wirtschaftlichkeit und eine
gute Über tragbarkeit aus.
www.stromeffizienz.de/referenzprojekte
Lebenszykluskosten-Rechner Pumpen.
Der Lebenszykluskosten-Rechner (LCC-Tool) für Pumpensysteme
ermöglicht die Gegenüberstellung zweier Pumpen systeme
hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Wirtschaftlichkeit.
Nach Eingabe technischer und wirtschaftlicher Daten
erhält der Nutzer als Ergebnis die jeweiligen LCC-Kostenkomponenten
der Pumpensysteme in Form einer Tabelle.
www.stromeffizienz.de/lebenszykluskosten-rechner
22
Ratgeber Wärmeerzeuger und Wärmeversorgungssysteme.

Die Initiative EnergieEffizienz.
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine bundesweite Informationsund
Motivationskampagne, die private Verbraucher, Unternehmen
und öffentliche Institutionen über Vorteile und Chancen
der effizienten Stromnutzung informiert. Unternehmen aus Industrie
und Gewerbe zeigt die Initiative Möglichkeiten zur Steigerung
der Energieeffizienz auf und motiviert zur Umsetzung
von Maßnahmen. Das Leistungsspektrum der Initiative ist breit
gefächert und hält Angebote in verschiedenen Detaillierungsgraden
für jede Umsetzungsstufe von Energieeffizienzmaßnahmen
im Unternehmen bereit. Zu den Angeboten gehören unter
anderem technische Leitfäden zur Optimierung von Querschnittstechnologien,
Internettools zur Bewertung der Energie effizienzpotenziale
im Unternehmen, Beispiele für Referenzprojekte aus
der Praxis sowie ein Handbuch und ein Webspecial zum Energiemanagement.
Die Deutsche Energie-Agentur.
Die Deutsche Energie-Agentur (dena) ist das Kompetenzzentrum
für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente
Energiesysteme. Das Leitbild der dena ist es, Wirtschaftswachstum
zu schaffen und Wohlstand zu sichern mit immer
geringerem Energieeinsatz. Dafür kooperiert die dena mit
Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Gesellschafter
der dena sind die Bundesrepublik Deutschland, die
KfW Bankengruppe, die Allianz SE, die Deutsche Bank AG und
die DZ BANK AG.
www.dena.de
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine Kampagne der dena und
wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
www.stromeffizienz.de
Impressum.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Energiesysteme und Energiedienstleistungen
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel.: +49 (0)30 72 61 65-600
Fax: +49 (0)30 72 61 65-699
E-Mail: info@dena.de
www.dena.de
Redaktion.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Anton Barckhausen, Carsten Grohne, Tom Raulien
Bildnachweis.
S. 6: Viessmann Werke GmbH & Co. KG
S. 7, 9, 11, 14, 16: ©Bosch Industriekessel GmbH
sowie Bosch Thermotechnik GmbH
S. 13, 18, 19: ©Max Weishaupt GmbH
Layout.
BBS Werbeagentur GmbH
Druck.
Druckhaus Rihn GmbH
Stand.
12/2013
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem
Zustimmungsvorbehalt der dena.
EnergieEffizienz lohnt sich.
23

Art.-Nr. 1427
Für alle Fragen zur Energieeffizienz
in Industrie und Gewerbe:
kostenlose Energie-Hotline 08000 736 734
www.stromeffizienz.de
Eine Initiative von:
Gefördert durch:

Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

2
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

Inhalt.
1 Einführung in das Thema. ............................................................................................................................................................................................. 4
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienzpotenziale in Industrie und Gewerbe. ...................................................................................... 4
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete von elektrischen Motoren. ................................................................................................... 4
2 Ansätze zur energetischen Optimierung von Motoren und Antriebssystemen. ........................................................................ 5
2.1 Erfassung des Istzustands. ............................................................................................................................................................................................... 6
2.2 Ermittlung des Bedarfs. .................................................................................................................................................................................................... 6
2.3 Bewertung der Energieeffizienz. .................................................................................................................................................................................. 7
2.4 Erstellung eines Maßnahmenplans. ............................................................................................................................................................................ 7
2.5 Erfolgskontrolle. .................................................................................................................................................................................................................. 7
3 Energieeffiziente Motoren und Antriebssysteme. ......................................................................................................................................... 8
3.1. Elektrische Motoren. .......................................................................................................................................................................................................... 8
3.1.1 Drehstrom-Asynchronmotoren. ................................................................................................................................................................................... 8
3.1.2 Synchronmotoren. .............................................................................................................................................................................................................. 9
3.1.3 Gleichstrommotoren. ........................................................................................................................................................................................................ 9
3.1.4 Wirkungsgrad und Energieeffizienzanforderungen an Motoren. ................................................................................................................ 10
3.1.5 Auswahl und Dimensionierung von Motoren. ....................................................................................................................................................... 11
3.2 Weitere Komponenten von Antriebssystemen. ..................................................................................................................................................... 12
3.2.1 Kraftübertragung. ............................................................................................................................................................................................................... 12
3.2.2 Blindleistungskompensation. ........................................................................................................................................................................................ 14
3.2.3 Arbeitsmaschinen. .............................................................................................................................................................................................................. 14
4 Steuerung, Regelung und Überwachung. ......................................................................................................................................................... 16
4.1 Steuerung und Regelung. ................................................................................................................................................................................................ 16
4.2 Überwachung. ...................................................................................................................................................................................................................... 17
5 Instandhaltung und Wartung. ................................................................................................................................................................................. 17
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen. ........................................................................................................................................ 18
Impressum. ...................................................................................................................................................................................................................... 19
EnergieEffizienz lohnt sich.
3

1 Einführung in das Thema.
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienzpotenziale
in Industrie und Gewerbe.
Etwa ein Drittel des Endenergieverbrauchs in Deutschland –
rund 700 TWh pro Jahr – entfällt auf den Sektor Industrie. Mit
jährlich rund 100 TWh verursacht die „sonstige mechanische
Energie“ den größten Anteil am industriellen Stromverbrauch. 1
Die damit verbundenen Ausgaben und die zuletzt gestiegenen
Energiepreise werden für immer mehr Unternehmen zu einem
spürbaren Kosten- und Wettbewerbsfaktor. Industrielle Querschnittstechnologien,
wie Motoren und Antriebssysteme, bieten
branchenübergreifend große Energie- und Kosteneinsparpotenziale.
Das wirtschaftlich erschließbare Energieeffizienzpotenzial
von Antriebssystemen wird bis 2020 bundesweit auf etwa
6 TWh/a (bezogen auf den Verbrauch von 2008) geschätzt. 2
Die Kosten für ein Antriebssystem entstehen hauptsächlich
durch jene Stromkosten, die bei der Umwandlung der elektrischen
in mechanische Energie (Drehmoment) durch einen
elektromagnetischen Energiewandler (Motor) anfallen. Die
Energiekosten von Motoren können dabei bis zu 96 Prozent der
gesamten Lebenszykluskosten ausmachen, nur 4 Prozent
werden durch die Investitions- und Wartungskosten bestimmt.
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete
von elektrischen Motoren.
Elektrische Motoren und Antriebssysteme werden branchenübergreifend
und auf vielfältige Art und Weise eingesetzt. Ihre
Einsatzgebiete reichen von spezifischen Anwendungen im
Produktionsprozess bis hin zur Raumluftklimatisierung. Typische
Einsatzgebiete von elektrischen Motoren sind Druckluft anlagen,
Kälteanlagen, Lüftungstechnik, Pumpen und Fördertechnik.
Druckluftanlagen.
In Druckluftanlagen treiben elektrische Motoren den Verdichter
an. Die Komprimierung der Luft durch den Verdichter kann
je nach Anforderung der Parameter Druck, Menge und Qualität
durch verschiedene Verdichterbauarten erfolgen.
Kälteanlagen.
Elektrische Motoren treiben bei Kompressionskälteanlagen
den Verdichter zur Komprimierung des Kältemittels, den
Ventilator, den Verflüssiger sowie die Kältemittelpumpen an.
Lüftungstechnik.
In der Lüftungstechnik werden elektrische Motoren zum
Antreiben von Ventilatoren eingesetzt.
Pumpen.
Pumpen werden in der Regel über eine Welle durch elektrische
Motoren angetrieben.
Fördertechnik.
Förderbänder bestehen aus einem endlos umlaufenden Band
auf Tragrollen oder einer Gleitbahn, das gleichzeitig als Tragund
Zugmittel dient. Das Förderband wird von einer oder
mehreren Rollen angetrieben, die wiederum durch elektrische
Motoren in eine rotierende Bewegung versetzt werden.
Der vorliegende Ratgeber gibt einen Überblick über die
Funktionsweise verschiedener Elektromotorenarten, geht auf
die gesetzlichen Rahmenbedingungen ein und erläutert
Ansätze und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz
von Motoren und Antriebssystemen.
1
Quelle: Anwendungsbilanz 2011; Fraunhofer ISI, 2011.
2
Quelle: Energieeffizienz-Szenario in dena-frontier-Studie Energieeffizienz-Verpflichtungssysteme, 2012.
4
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

2 Ansätze zur energetischen Optimierung von
Motoren und Antriebssystemen.
Elektrisch angetriebene Systeme haben häufig ein wirtschaftliches
Energieeffizienzpotenzial von 30 Prozent und mehr. Zur
systematischen Verringerung des Stromverbrauchs ist eine
Betrachtung des gesamten Antriebssystems sinnvoll, da der
Gesamtwirkungsgrad entscheidend ist. Dieser berechnet sich
durch die Multiplikation der Teilwirkungsgrade der einzelnen
Antriebskomponenten. In Abbildung 1 sind die Komponenten
eines Antriebssystems dargestellt.
Elektromotor.
Der Elektromotor ist das Kernstück eines Antriebssystems.
Aus diversen Bauarten und Schaltungen ergeben sich
individuelle Motoren für unterschiedliche Anforderungen.
Bei der Investition in Elektromotoren empfiehlt es
sich, energieeffiziente Motoren unter Berücksichtigung
der Energieeffizienzklasse zu beschaffen.
Kraftübertragung.
Die Kraftübertragung bei Antriebssystemen erfolgt
durch mechanische Übersetzung der Kraft des Motors
auf die Arbeitsmaschine. Durch Optimierung und die
richtige Auswahl der Kraftübertragung sind Energieeffizienzsteigerungen
zu realisieren.
5
Steuerung und Regelung
4
Arbeitsmaschine
Elektrische
Leistung
Blindleistungskompensation
Elektromotor
Kraftübertragung
Abb. 1: Komponenten eines Antriebssystems.
Blindleistungskompensation.
Bei der Blindleistungskompensation wird der Anteil
der Blindleistung an der Scheinleistung zugunsten des
Wirkleistungsanteils reduziert. Blindleistung ist in
Wechselspannungsnetzen unerwünscht, weil sie vom
Energieversorger zusätzlich bereitgestellt werden muss
und dadurch Mehrkosten verursacht. Die Blindleistungskompensation
erfolgt üblicherweise durch den Ausgleich
induktiver Blindleistung mittels kapazitiver
Verbraucher.
Arbeitsmaschine.
Arbeitsmaschinen verrichten unterschiedliche
Arbeiten, etwa Verdichten, Pumpen oder Bewegen.
Unabhängig von den Anwendungsgebieten weisen sie
Energieeffizienzpotenziale auf. Der Einsatz mehrstufig
oder stufenlos regelbarer Motorenantriebe ist bei Lastschwankungen
gegenüber nicht regelbaren Ausführungen
oft effizienter und sollte als Alternative geprüft
werden. Zusätzlich sollte die Dimensionierung nach
dem optimalen Betriebspunkt ausgelegt sein.
Steuerung und Regelung.
Steuer- und Regeltechnik ist ein wesentlicher Baustein zur Energieeffizienzsteigerung in der modernen Antriebstechnik.
Bei wechselnden Betriebszuständen wie Volllast, Teillast und Leerlauf innerhalb eines Prozesses empfiehlt es sich, durch
eine geeignete Regelstrategie die Leistung dem Bedarf anzupassen. Verschiedene Steuer- und Regelstrategien stehen hier
zur Verfügung.
EnergieEffizienz lohnt sich.
5

Schritte der systemischen Optimierung.
Die systemische Optimierung eines Antriebssystems wird in
der Regel in mehreren Schritten durchgeführt:
Erfassung des Istzustands.
Ermittlung des Bedarfs.
Bewertung der Energieeffizienz.
Erstellung eines Maßnahmenplans mit anschließender
Umsetzung der Maßnahmen.
Überprüfung des Erfolgs.
2.1 Erfassung des Istzustands.
Der erste Schritt zur Ermittlung des Istzustands ist die allgemeine
Systembeschreibung. In der Beschreibung sollten Anlagendaten
anhand der Typenschilder und/oder Datenblätter der
Anlagen erfasst werden. Bei einer großen Anzahl von Motoren
ist es sinnvoll, ein Anlagenkataster mit den erfassten Daten
anzulegen. Die folgenden Daten können im Rahmen der
Istanalyse ohne messtechnischen Einsatz erfasst werden:
Typenschild.
Bezeichnung.
Hersteller.
Typ.
Baujahr.
Nennleistung.
Spannung [V] (Stern-Dreieck-Schaltung).
Strom [A] (Stern-Dreieck-Schaltung).
Frequenz [Hz], Drehzahl [U/min].
Leistungsfaktor cos(phi).
Wirkungsgrad η.
Ggf. Energieeffizienzklasse.
Betriebsverhalten.
Verwendungszweck der Anlage.
Betriebsstunden/Volllaststunden [h/a].
Teillastbetrieb (Dauer und Anteil der Last).
Regelung: keine/Stufenregelung/Drehzahlregelung.
Übergeordnete Steuerung: ja/nein.
Im zweiten Schritt der Istanalyse wird eine Dokumentation
und Messung der Systembetriebsparameter vorgenommen.
Bei Bedarf sollte in dieser Phase ein externer Experte hinzugezogen
werden. Dieser verfügt idealerweise über das notwendige
technische und betriebswirtschaftliche Wissen, um Messungen
durchführen und die Ergebnisse bewerten zu können.
Ermittlung des Verbrauchs.
Durch die Erfassung des Energieverbrauchs der Motoren und die
Erstellung von Lastprofilen können Leistungsschwankungen
abgebildet werden. Die Erfassung erfolgt idealerweise getrennt
nach Leerlauf und Betriebsfall, damit Leistungsschwankungen
eines betriebstypischen Tages bzw. einer Woche abgebildet werden
können. In Abbildung 2 ist ein beispielhafter Lastgang eines
Motors dargestellt.
Die Energieverbrauchsdaten können, sofern keine maschinenbezogenen
Daten vorliegen, durch temporäre Messungen
ermittelt werden.
2.2 Ermittlung des Bedarfs.
Ausschlaggebend für die Dimensionierung eines Motors ist die
zu erfüllende Antriebsaufgabe. Ist der Motor bereits im Bestand
vorhanden, stellt er häufig mehr mechanische Leistung zur Verfügung,
als zur Deckung des tatsächlichen Bedarfs notwendig
Bezugsleistung (kW)
1.000
800
600
1.023
400
200
Mo.
Di. Mi. Do. Fr. Sa. So.
Abb. 2: Beispielhafter Lastgang eines Motors über eine Produktionswoche.
6
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

ist. Dies führt zu einem erhöhten Stromverbrauch und verursacht
unnötige Stromkosten.
Eine Analyse der Verbraucher zeigt eindeutig, welche Leistung
tatsächlich benötigt wird, um den Bedarf nachgelagerter Prozesse
abzudecken. Insbesondere beim Austausch von Motoren
sollte zunächst der tatsächliche Bedarf ermittelt werden, um
eine Überdimensionierung zu vermeiden. Bei einem stark
schwankenden Bedarf bietet es sich an, den Einsatz drehzahlgeregelter
Motoren zu prüfen.
2.3 Bewertung der Energieeffizienz.
Die energetische Optimierung eines elektrischen Antriebssystems
schließt alle Systemkomponenten ein, da jede einzelne
Komponente eigene Energieeffizienzpotenziale aufweist. Daher
ist es sinnvoll, alle Systemkomponenten auf ihr individuelles
Optimierungspotenzial hin zu untersuchen und die Maßnahmen
zur Energieeffizienzsteigerung aufeinander abzustimmen.
Die Energieeffizienz eines Antriebssystems kann durch ein
Energieaudit, das von Fachexperten durchgeführt wird, bewertet
werden. Dazu wird der Leistungs- und Energiebedarf des Antriebssystems
gemessen und branchenspezifischen Benchmarks
und Kennwerten gegenübergestellt.
2.4 Erstellung eines Maßnahmenplans.
Auf der Grundlage des Istzustands und einer ersten Einschätzung
der wirtschaftlich erschließbaren Energieeffizienzpotenziale
sollte ein Maßnahmenplan erstellt werden. Er sollte zwischen organisatorischen
Maßnahmen sowie Maßnahmen zum Nutzerverhalten
(z. B. regelmäßige Überprüfung und Wartung, Abschaltung
in produktionsfreien Zeiten) einerseits und investiven Maßnahmen
andererseits unterscheiden. Die Maßnahmen sollten
dabei entsprechend ihrer Umsetzbarkeit durch den Vergleich
der zu erzielenden Kapitalrenditen bewertet werden.
Ein typischer Maßnahmenplan enthält Angaben zu folgenden
Punkten:
Beschreibung der Energieeffizienzmaßnahmen.
Bewertung der Umsetzbarkeit (z. B. anwendbar, nicht
anwendbar aus technischen Gründen, nicht anwendbar aus
wirtschaftlichen Gründen).
Die spezifische Aktion, die durchgeführt werden muss, um die
Energieeffizienzmaßnahme umzusetzen.
Festlegung eines Verantwortlichen.
Termine, wann die Maßnahmen umgesetzt werden sollen.
Erwartete Einsparungen, die durch die Umsetzung der Maßnahmen
erreicht werden können.
Nachfolgend ist ein beispielhafter Maßnahmenplan dargestellt,
der als Energieeffizienzmaßnahme die Nachrüstung eines
Frequenz umrichters und den Austausch eines Motors vorsieht
(siehe Tabelle 1).
2.5 Erfolgskontrolle.
Die gesetzten Ziele aus dem Maßnahmenplan werden in der
Erfolgskontrolle mit den tatsächlich erzielten Ergebnissen verglichen.
Dieser Soll-Ist-Vergleich stellt den Bewertungsmaßstab
dar, ob mit den umgesetzten Maßnahmen die erwarteten
(Energie-)Einsparungen erreicht wurden. Dabei wird der aktuelle
Ist-Wert durch die Messung des Energieverbrauchs ermittelt
und mit den zuvor gebildeten Systemkennzahlen verglichen.
Wurden die gesetzten Ziele, wie zum Beispiel zugesicherte
Ergebnisse eines mit der Umsetzung der Energieeffizienzmaßnahme
beauftragten Ingenieurbüros, nicht erreicht, sollte
gemeinsam mit einem Fachexperten eine Ursachenanalyse
durchgeführt werden. Nach der Anpassung der Energieeffizienzmaßnahme
ist diese erneut zu bewerten, denn die energetische
Optimierung von Antriebssystemen ist ein kontinuierlicher
Verbesserungsprozess, der sich am besten anhand von Systemkennzahlen
regelmäßig überprüfen lässt.
Energieeffizienzmaßnahme
Ausrüstung von
Motor 2 mit einer
Drehzahlregelung
Machbarkeit
anwendbar
Spezifische
Aktion
Beauftragung
eines Ingenieurbüros
zur
Durchführung
der Maßnahme
Verantwortlich Termin Erwartete Stromeinsparungen
[kWh/a]
Frau Mai
Umsetzung
bis
01.06.2014
64.000 8.960
Erwartete Kosteneinsparungen
[€/a]
Austausch Motor 1
durch effizienteres
1-Modell
anwendbar
Neuanschaffung
eines
IE-3-Antriebs
Herr Müller
Umsetzung
bis
31.10.2014
7.500 1.050
Tab. 1: Beispielhafter Maßnahmenplan zur Durchführung von Energieeffizienzmaßnahmen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
7

3 Energieeffiziente Motoren und Antriebssysteme.
Ein Antriebssystem besteht aus dem Motor und weiteren Systemkomponenten,
wie zum Beispiel der Kraftübertragung, einer
Blindleistungskompensation und einer Arbeitsmaschine. Alle
Komponenten des Systems sollten hinsichtlich ihrer Energieeffizienz
und ihres Einflusses auf den Energieverbrauch des
gesamten Antriebssystems betrachtet werden.
3.1 Elektrische Motoren.
Elektrische Motoren werden nach der anliegenden Versorgungsspannung
in Wechselstrom- und Gleichstrommotoren unterteilt.
Wechselstrommotoren werden innerhalb dieser Versorgungsspannung
in Synchron- und Asynchronmotoren, Gleichstrommotoren
hingegen in bürstenlose und Bürstenmotoren unterschieden.
Die Verbreitung einzelner Motorenarten zeigt die
folgende Abbildung. Die prozentualen Angaben beziehen sich
dabei auf die Häufigkeit ihrer Verwendung in Europa. 3
In den folgenden Abschnitten wird das Funktionsprinzip dieser in
Industrie und Gewerbe häufig eingesetzten elektrischen Motoren
beschrieben. Einphasen-Asynchronmotoren und Universalmotoren
werden aufgrund ihrer geringen Verbreitung in der
Industrie nicht beschrieben.
Elektromotoren
Wechselstrommotoren
96,2 %
Gleichstrommotoren
3,8 %
Synchronmotoren
5 %
Asynchronmotoren
91 %
Universalmotoren
4 %
Einphasige Motoren
4 %
Drehstrommotoren
87 %
Abb. 3: Am häufigsten eingesetzte Motorenarten. 3
3.1.1 Drehstrom-Asynchronmotoren.
Drehstrom (Dreiphasenwechselstrom) ist ein Mehrphasen wechsel -
strom, der aus drei einzelnen Wechselspannungen gleicher
Frequenz besteht, die um 120° in ihrem Phasenwinkel verschoben
sind. Drehstrommotoren sind aufgrund ihrer robus ten Konstruktion
nahezu wartungsfrei und in der Industrie daher
Standard. Ein Drehstrom-Asynchronmotor besteht aus Stator
und Rotor mit Kupferwicklungen. Im Unterschied zum
Synchronmotor dreht sich der Rotor nicht synchron mit dem
Magnetfeld des Stators, sondern etwas langsamer, was als
Schlupf bezeichnet wird. Die Größe des Schlupfs hängt von der
Last auf der Motorwelle ab. Die Drehzahl bleibt bei Asynchronmotoren
nur annähernd konstant. Je nach Anzahl der Statorwicklungen
unterscheidet man zwischen 2-, 4-, 6- oder mehrpoligen
Motoren. Um die Kompatibilität der angebotenen
Motoren zu gewährleisten, wurden diverse Eigenschaften in
internationalen Normen festgelegt.
Für Motoren bis 132 kW werden z. B. die Leistungsstufen und
die zugehörigen Abmessungen in der EN 50347 festgelegt. Man
spricht hier von „Normmotoren“. Insbesondere werden die
Achshöhe und die Abmessungen der Wellenenden genormt, so -
dass Motoren dieser Leistungsklasse problemlos herstellerunabhängig
ausgetauscht werden können. Für Leistungsklassen
oberhalb 132 kW werden die Abmessungen der IEC 60072 entnommen.
Bei Drehstrom-Asynchronmotoren unterscheidet
man zwischen Käfigläufer- und Schleifringläufermotoren.
Bei Käfigläufer-Asynchronmotoren sind die Wicklungen des
Läufers kurzgeschlossen. Durch das Wechselfeld im Stator wird
im Läufer berührungslos ein Strom induziert und damit ein
Magnetfeld aufgebaut. Die Statorwicklung wird an das Netz
angeschlossen, Schleifringe entfallen völlig. Somit läuft dieser
Motor weitgehend ohne Funkenbildung.
3
Quelle: de Almeida, A. T.; Ferreira, F. J. T. E.; Fong, J.; Fonesca, P. (ISR – University of Coimbra): EUP Lot 11 Motors Final Report, February 2008.
8
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

Abb. 4: Aufbau Käfigläufer-Asynchronmotor. (Quelle: Dipl.-Ing. Günther Volz)
Abb. 5: Aufbau Synchronmotor. (Quelle: Dipl.-Ing. Günther Volz)
Der Schleifringläufer-Asynchronmotor unterscheidet sich
vom Käfigläufer-Asynchronmotor dadurch, dass die Läuferwicklung
nicht kurzgeschlossen, sondern über Schleifringe nach außen
geführt ist. Dadurch kann die Kennlinie des Schleifringläufermotors
von außen durch Widerstände im Läuferkreis verändert werden.
Die erforderlichen Schleifringe machen den Motor konstruktiv
aufwändiger und verschleißanfälliger. Der Schleifringläufermotor
ist für Anwendungen im Schwerlastanlauf geeignet. Schwerlastanlauf
beschreibt den Betriebszustand eines geringen Anfahrstroms
bis zum Kippmoment. Im Kippmoment entwickelt der
Schleifringläufer-Asynchronmotor sein maximales Drehmoment.
Asynchronmotoren sind preiswert und in der Ausführung als
Käfigläufermotoren fast wartungsfrei. Ein Betrieb am Drehstromnetz
ist meist ohne Anlaufhilfe möglich. Asynchronmotoren
stellen aufgrund dieser Vorteile den weitaus größten Teil der
Drehstrommotoren. Durch das Nachschalten von stufenlosen
Getrieben sind robuste und praktisch wartungsfreie Asynchron-
Käfigläufermotoren mit veränderbarer Drehzahl erhältlich. Der
Wirkungsgrad von Asynchronmotoren ist sehr stark abhängig
von der Energie effizienz- und Leistungsklasse des Motors. Bei
IE3-Motoren der Leistungsklasse 0,75 kW beträgt er beispielsweise
ca. 82 Prozent; bei einer Leistung von 55 kW ca. 96 Prozent.
3.1.2 Synchronmotoren.
Permanenterregte Synchronmotoren kleiner Leistungsklassen
bestehen aus einem drehbar gelagerten Permanentmagneten,
dem „Rotor“ bzw. „Läufer“, drei Kupferwicklungen und dem
„Stator“ bzw. „Ständer“. An den Wicklungen wird je eine Phase
des Stromnetzes angeschlossen. Synchronmotoren drehen sich
mit der Netzfrequenz und erzeugen in diesem Zustand ein Drehmoment.
Kommt ein Synchronmotor aus dem Takt, z. B. bei zu
starker Belastung, bricht das Drehmoment schlagartig zusammen.
Synchronmotoren sind in der Anschaffung teurer als leistungsgleiche
Asynchronmotoren und haben daher zurzeit nur eine
sehr geringe Verbreitung. Permanenterregte Synchronmotoren
können wegen ihres hohen elektrischen Wirkungsgrads bei
geringen Instandhaltungskosten deutliche Vorteile in Bezug
auf ihre Lebenszykluskosten haben. Sie haben einen sehr hohen
elektrischen Wirkungsgrad von ca. 95 bis 99 Prozent – in Abhängigkeit
von der Baugröße und der nötigen Erregerleistung.
Ihre Leistungsdichte, also das Verhältnis von Leistung zu Volumen,
ist höher als bei anderen Motorarten. In Verbindung mit
Frequenzumrichtern ist eine präzise Regelung möglich.
3.1.3 Gleichstrommotoren.
Der bürstenlose Gleichstrommotor (Brushless DC Motor, Electronically
Comutated Motor kurz EC-Motor) ist wie ein Synchronmotor
aufgebaut, besitzt jedoch zusätzlich eine Leistungselektronik.
Abhängig von der Rotorposition wird das vom Stator erzeugte
Magnetfeld so gesteuert, dass es dem Rotor stets vorauseilt. Der
Drehstrom wird beim Erreichen einer bestimmten Rotorposition
weitergeschaltet. Da der Rotor selbst das Drehfeld steuert, ist stets
das volle Drehmoment verfügbar. Nachteilig für den Einsatz von
Gleichstrommotoren ist, dass das Drehmoment von einem wandernden
Magnetfeld erzeugt wird. Dazu ist ein Stromwender,
auch Kommutator oder Kollektor genannt, notwendig.
Ein Vorteil von Gleichstrommotoren ist, dass keine aufwändige
externe Leistungselektronik zur Regelung benötigt wird. Jedoch ist
der Wirkungsgrad mit 30 bis 40 Prozent im Vergleich zu Drehstrommotoren
sehr gering. Die Investitionskosten für Gleichstrommotoren
sind höher als bei Käfigläufermotoren. Sie haben
zudem einen höheren Wartungsbedarf. Weiterentwicklungen bei
Gleichstrommotoren haben jedoch dazu geführt, dass ihre Lebensdauer
und der Instandhaltungsaufwand den Drehstrommotoren
heute fast gleichkommen. Gleichstrommotoren werden häufig als
Ventilatorenantriebe in kleinen Leistungsbereichen eingesetzt.
EnergieEffizienz lohnt sich.
9

3.1.4 Wirkungsgrad und Energieeffizienzanforderungen
an Motoren.
Der Wirkungsgrad von Motoren ist das Verhältnis der mechanischen
Ausgangsleistung zur elektrischen Eingangsleistung.
Energieeffiziente Motoren haben im Vergleich zu konventionellen
Motorentypen ca. 40 Prozent geringere Energieverluste.
Definition Wirkungsgrad η (%) =
Zugeführte
elektrische Leistung
abgegebene mech. Leistung
zugeführte elektr. Leistung
Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von
elektrischen Motoren.
Die Europäische Kommission hat am 11. März 2009 auf der
Basis der EU-Ökodesign-Richtlinie die Umsetzungsverordnung
zur „Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte
Gestaltung von Elektromotoren“ (EG 640/2009) mit dem Ziel
verabschiedet, den Energieverbrauch von Elektromotoren
europaweit zu reduzieren. Damit gibt es erstmalig in Europa
Mindestanforderungen an die Energieeffizienz für Niederspannungs-Drehstrom-Asynchronmotoren
und den Einsatz von
Frequenzumrichtern.
Verluste:
Eisenverluste
Ständerwicklungsverluste
Rotorverluste
Reibungs- und Lüfterverluste
Lastabhängige Zusatzverluste
Abgegebene
mechanische
Leistung
Seit dem 16. Juni 2011 dürfen deshalb keine Motoren der Energieeffizienzklasse
IE1 4 mehr im europäischen Wirtschaftsraum in
den Verkehr gebracht werden. Es ist nun gesetzlich vorgeschrieben,
dass alle in den Verkehr gebrachten Standardmotoren
mindestens die Anforderungen der Energieeffizienzklasse IE2
erfüllen müssen. Ab dem 1. Januar 2015 wird gesetzlich vorgeschrieben,
dass alle in den Verkehr gebrachten Standardmotoren
mindestens die Anforderung der Energieeffizienzklasse
IE3 beziehungsweise IE2 mit Drehzahlregelung erfüllen. Diese
gesetzliche Regelung wird im Jahr 2017 auf kleinere Leis tungsklassen
ausgeweitet.
Abb. 6: Wirkungsgrad und Verluste bei Motoren.
4
IE steht für „International Efficiency“, die Klasse IE1 wird auch als „Standard Efficiency“, die Klasse IE2 als „High Efficiency“ bezeichnet.
10
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

Motoren mit Nennausgangsleistung
0,75–375 KW
Motoren mit Nennausgangsleistung
7,5–375 KW
Drehzahlgeregelte
Motoren mit Nennausgangsleistung
7,5–375 KW
Motoren mit Nennausgangsleistung
0,75–375 KW
Drehzahlgeregelte
Motoren mit Nennausgangsleistung
0,75–375 KW
Mindestanforderung Verpflichtend
Effizienzniveau IE2 seit 16. Juni 2011
Effizienzniveau IE3
ab 1. Januar 2015
Effizienzniveau IE2
Effizienzniveau IE3
ab 1. Januar 2017
Effizienzniveau IE2
Annahmen:
Nennleistung des Motors 55 kW (4-polig, 50 Hz).
Betriebsdauer 4.000 h/a.
Strompreis 14 Cent/kWh.
Betrachtungszeitraum 15 Jahre.
Wirkungsgrad η (%)
100
95
90
85 IE4
IE3
80 IE2
75
IE1
70
0
5 50
Nennleistung P N
(kW)
Abb. 7: Darstellung der Wirkungsgrade von Motoren der Energieeffizienzklassen IE1 bis IE4.
Tab. 2: Mindestanforderungen an Niederspannungs-Drehstrom-Asynchronmotoren.
(Quelle: EU-Verordnung Nr. 640/2009 über die umweltgerechte Gestaltung von
Elektromotoren)
Energieeinsparungen, die durch den Einsatz eines effizienteren
Motors realisiert werden können, sind beispielhaft in Tabelle 3
dargestellt.
Der geforderte Mindestwirkungsgrad zum Erreichen eines
Effizienzniveaus ist abhängig von der Nennausgangsleistung
und der Polzahl:
Zum Erreichen des Effizienzniveaus IE2 wird ein Wirkungsgrad
zwischen
77,4 % (für 2-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung
von 0,75 kW) und
95,1 % (für 4-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung
größer 200 kW) gefordert.
Zum Erreichen des Effizienzniveaus IE3 wird ein Wirkungsgrad
zwischen
78,9 % (für 6-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung
von 0,75 kW) und
96 % (für 4-polige Motoren mit einer Nennausgangsleistung
größer 200 kW) gefordert.
Eine detaillierte Aufstellung der Mindestwirkungsgrade je
Nennausgangsleistung und Anzahl der Pole ist in Anhang I der
EU-Verordnung Nr. 640/2009 über die umweltgerechte Gestaltung
von Elektromotoren gelistet.
Abbildung 7 stellt beispielhaft die Wirkungsgrade eines
4-poligen 55-Hz-Asynchronmotors mit verschiedenen Energieeffizienzklassen
dar. Ein 4-poliger IE2-Motor mit 55 kW hat
einen Wirkungsgrad von mindestens 93,5 Prozent. Der gleiche
Motor in der IE3-Ausführung erreicht einen Wirkungsgrad von
mindestens 94,6 Prozent. Da die Stromkosten eines Motors in
der Regel ca. 96 Prozent der Lebenszykluskosten ausmachen,
erreichen auch kleine Wirkungsgradsteigerungen von einem
Prozentpunkt gute Kapitalrenditen.
Wirkungsgrad
in %
Stromkosten in
15 Jahren in €
(gerundet)
Einsparung zu IE1
in 15 Jahren in €
(gerundet)
Effizienzniveau
IE1 IE2 IE3 IE4
92,1 93,5 94,6 95,8
498.500 492.000 487.000 481.000
0 6.500 11.500 17.500
Tab. 3: Vergleich von Einsparungen der Energieeffizienzklasse IE1 bis IE4.
3.1.5 Auswahl und Dimensionierung von Motoren.
Die Auswahl von elektrischen Motoren sollte mit Fokus auf die
Antriebsaufgabe und den Energieverbrauch des Motors erfolgen.
Weitere Bewertungskriterien stellen die Betriebsdauer und die
Lebensdauer dar. So können beispielsweise die Strom- und
Instandhaltungskosten eines Motors je nach Betriebsdauer die
Investitionskosten bereits im ersten Jahr übertreffen. Asynchronmotoren
haben eine durchschnittliche Lebensdauer von 12 Jahren
im Bereich unter 7,5 kW und von etwa 20 Jahren bei Leistungen
größer als 75 kW. Angesichts dieser hohen Lebensdauer bestimmen
die Instandhaltungs- und vor allem die Stromkosten die
Höhe der Lebenszykluskosten. Durch den Einsatz hocheffizien ter
Motoren können die Stromkosten deutlich gesenkt werden.
Weicht die für einen Prozess benötigte Leistung von der
installierten Antriebsleistung ab, weist dies auf eine falsche
EnergieEffizienz lohnt sich.
11

Dimensio nierung hin. Diese liegt beispielsweise vor, wenn die
Antriebsnennleistung die benötigte Leistung eines Prozesses
um mehr als 20 Prozent übersteigt. Häufige Ursachen für eine
Überdimensionierung des Antriebssystems sind fehlende Lastprofile
und zu hohe Sicherheitsaufschläge, die bei der Projektierung
der einzelnen Systemkomponenten einberechnet wurden.
Wird ein Motor überwiegend im Teillastbereich und nicht mit
Nennleistung gefahren, kann der Austausch durch einen kleineren
Motor sinnvoll sein. Dies ermöglicht einen Betrieb im optimalen
Betriebspunkt und somit mit optimalem Wirkungsgrad. Bei
häufigen Leistungsschwankungen des Antriebs kann der Stromverbrauch
auch durch den Einsatz eines Frequenzumrichters zur
Drehzahlregelung erheblich gesenkt werden (siehe Kapitel 4).
3.2 Weitere Komponenten von Antriebssystemen.
3.2.1 Kraftübertragung.
Die Kraftübertragung sorgt für die Übertragung der mechanischen
Kraft des Motors auf die Arbeitsmaschine. Diese Übertragung
kann direkt über eine starre oder flexible Kupplung
oder indirekt über ein Getriebe erfolgen, wobei der Vorteil der
direkten Umsetzung in der Verringerung von Energieverlusten
liegt. Bei der indirekten Umsetzung hingegen können bezogen
auf die Arbeitsleistung Verluste von bis zu 20 Prozent auftreten.
Bei der Optimierung sollte daher stets geprüft werden, ob eine
Arbeitsmaschine mit direkter Kraftübertragung und somit
ohne Drehzahlübersetzung des Motors eingesetzt werden kann.
Wird die indirekte mechanische Umsetzung beibehalten,
tragen regelmäßige Wartung und Instandhaltung zu einem
energieeffizienteren Betrieb bei.
Variable Drehzahlen lassen sich durch ein Getriebe erreichen,
das dem Elektromotor nachgeschaltet wird. Getriebe können
in fester Form oder als gestuftes bzw. stufenloses Verstellgetriebe
ausgeführt sein. Zu unterscheiden sind die im Folgenden
beschriebenen Getriebearten:
Zugmittelgetriebe.
Im Drehzahlbereich von 700 bis 3.000 U/min sind Zugmittelgetriebe
die einfachste und kostengünstigste Methode, um
Drehzahlen zwischen den vom Motor fest vorgegebenen Stufen
750/1.000/1.500/3.000 U/min zu erreichen. Der Wirkungsgrad
von Zugmittelgetrieben kann stark variieren. Ihr nomineller
Wirkungsgrad reicht an die Werte von Zahnradgetrieben
heran und ist unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz vor
allem bei Mehrfach-Untersetzungen interessant.
Insbesondere bei fördertechnischen Aufgaben sind zusätzliche
Untersetzungen der Drehzahl notwendig. Dabei ist es sinnvoll,
vorrangig Flach- und Zahnriemen oder Ketten zu verwenden.
Keilriemen weisen einen etwas geringeren Wirkungsgrad auf.
Die folgenden Tabellen zeigen Beispiele und Wirkungsgrade
für Zugmittelgetriebe und für Zahnradgetriebe im Vergleich.
12
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

System Flachriemen Keilriemen Zahnriemen Kette
Umsetzung
i max
5 8 8 6
Wirkungsgrad
η [%]
Schlupf
s [%]
96 ... 98 92 ... 94 96 ... 98 97 ... 98
1 ... 2 1 0 0
Tab. 4: Wirkungsgrade von Zugmittelgetrieben.
Kennwert pro
Stufe
Getriebeart Stirnrad Kegelrad Schnecke Planetentrieb
Umsetzung
i max
ca. 7 ca. 5 ca. 50 ca. 8
Wirkungsgrad
η [%]
ca. 98 ca. 98 ca. 50 ... 96 ca. 98
Tab. 5: Wirkungsgrade von Zahnradgetrieben.
Zahnradgetriebe.
Zahnradgetriebe bestehen aus einem oder mehreren Zahnradpaaren,
die vollständig oder teilweise von einem Gehäuse
umschlossen sind. Sie zeichnen sich durch eine kompakte
Bauweise, Formschlüssigkeit (somit schlupffrei) und einen hohen
Wirkungsgrad aus. Zahnradgetriebe werden vorwiegend zur
Übertragung zwischen zwei Drehungen oder einer Drehung und
einer linearen Bewegung verwendet.
Tabelle 5 zeigt die Wirkungsgrade verschiedener geschlossener
Getriebe. Für das benötigte breite Drehzahlspektrum
werden Stirnrad- und Schneckengetriebe verschiedener
Bauformen und Stufenzahl mit Untersetzungen von i = 3 bis
> 10.000 angeboten. Gründe, die für die Verwendung von
geschlossenen Getrieben sprechen, sind
geringere Anfälligkeit gegen Verschmutzung
und Feuchtigkeit,
geringere Geräuschentwicklung,
geringerer Wartungsaufwand,
besserer Berührungsschutz.
Stirnradgetriebe bieten durch formschlüssige Kraftübertragung
einen hohen Wirkungsgrad von ca. 98 Prozent. Schneckengetriebe
weisen physikalisch bedingt einen deutlich schlechteren
Wirkungsgrad im Bereich zwischen ca. 50 und 96 Prozent auf.
Der Vorteil von Schneckengetrieben liegt in den maximalen Untersetzungen.
Als weitere Variante bieten sich Kegelradgetriebe
an, die einen wesentlich besseren Wirkungsgrad gegenüber
Schneckengetrieben besitzen. In Abbildung 8 (siehe nächste
Seite) sind Übertragungsverluste von Getrieben aufgeführt.
EnergieEffizienz lohnt sich.
13

Die verschiedenen Getriebekombinationen zeigen, dass sich
je nach Anwendung hohe Energieeffizienzpotenziale bei der
Auswahl eines geeigneten Getriebes erschließen lassen.
der Blindleistung wird das elektrische Verteilernetz mit höheren
Scheinleistungen belastet. Bei Überschreitung einer festgelegten
Blindleistung berechnet der Energieversorger zusätzliche Kosten.
Die Blindleistung kann durch Verwendung von Kondensatoren
kompensiert werden. Bei der Blindstromkompensation wird
zwischen dezentraler Kompensation als Festkompensation an den
Motoren und zentraler, automatisch geregelter Kompensation
bei der Einspeiseverteilung unterschieden. Investitionen in
Blindstromkompensationsanlagen sind bei richtiger Dimensionierung
hochrentabel. Durch die Reduzierung der Blindleistung
(Anhebung des Leistungsfaktors) werden die Kosten für Blindleistung
gesenkt. Zusätzlich zu der Kostenreduzierung für Blindleistung
senkt die Blindleistungskompensation die Strombelastung
in den Verteilnetzen und reduziert dadurch die Netzverluste.
Kurzbezeichnungen:
FR = Flachriemen
KT = Kette
KR = Keilriemen
ZR = Zahnriemen
ZG = Stirnrad
SG = Schnecke
Abb. 8: Übertragungsverluste von verschiedenen Getriebearten.
Getriebemotoren.
Ein Getriebemotor bietet durch die direkte Kupplung bei geringerem
Platzbedarf und Montageaufwand einen höheren Wirkungsgrad
gegenüber einem System mit getrennten Bauteilen. Die
optimale konstruktive Vereinigung eines schnell laufenden Elektromotors
mit einem Untersetzungsgetriebe zu einer Antriebseinheit
erfordert genaue Abstimmung von Motor und Getriebe.
3.2.2 Blindleistungskompensation.
Die Gesamtleistung eines Wechselstromkreises wird als Scheinleistung
bezeichnet. Die Scheinleistung setzt sich aus der Wirkleistung
und der Blindleistung zusammen. Die Wirkleistung ist
die elektrische Leistung, die zur Umwandlung zum Beispiel in
mechanische, thermische oder chemische Energie zur Verfügung
steht. Verbraucher, wie Motoren, Transformatoren, konventionelle
Vorschaltgeräte von Entladungslampen oder sonstige
induktive Lasten, die an ein Wechsel- bzw. Drehstromnetz angeschlossen
sind, entnehmen zusätzlich Blindleistung zum Aufbau
von Magnetfeldern. Beim Abbau der Magnetfelder wird die Blindleistung
wieder in das Netz zurückgegeben. Die Blindleistung
wird zeitversetzt in das Netz eingespeist und pendelt zwischen
Verbraucher und Erzeuger hin und her. Bei der Rückspeisung
3.2.3 Arbeitsmaschinen.
Elektrische Motoren werden in den meisten Arbeitsmaschinen
eingesetzt. Eine Arbeitsmaschine ist mit einem Motor über eine
Kraftübertragung verbunden und nimmt von ihr mechanische
Energie auf. Jede durch einen elektrischen Motor angetriebene
Arbeitsmaschine weist unabhängig von den bereits beschriebenen,
vorgelagerten Antriebskomponenten Energieeffizienzpotenziale
auf. Die benötigte Leistung des Motors ist abhängig von der aktuell
zu bewältigenden Aufgabe der Arbeitsmaschine. Die größten
Einsparungen lassen sich durch eine Verringerung der Verluste am
Ende des Systems erzielen, da sich die dort erzielte Einsparung über
die vorgelagerten Komponenten vervielfacht. Daher sollte die Optimierung
des Motors grundsätzlich als Teil einer übergeordneten
Optimierung des gesamten Systems geplant und umgesetzt werden.
Im Folgenden werden einzelne Energieeffizienzmaß nahmen
der wichtigsten Arbeitsmaschinen im Überblick vorgestellt.
Weitere Details zum Vorgehen bei der systemischen Optimierung
in den einzelnen Querschnittstechnologien sind in den entsprechenden
Ratgebern dieses Handbuchs enthalten.
Druckluft.
In fast jedem Betrieb des verarbeitenden Gewerbes wird heute
Druckluft verwendet: in pneumatischen Antrieben, als Transportmedium
oder zur Teilereinigung. Bei der Verwendung von
Druckluft unterscheidet man zwischen Arbeitsluft als Energieträger
und Prozessluft, die in verfahrenstechnischen Prozessen
genutzt wird. Auch bei der Erzeugung von industriellem Vakuum
kommt Druckluft zum Einsatz.
Die wichtigsten Energieeffizienzmaßnahmen:
Regelmäßige Prüfung auf Leckagen im Druckluftsystem.
Anpassung des Systemdrucks an den tatsächlichen Bedarf.
Überprüfung und Anpassung der Druckluftqualität entsprechend
den Anforderungen.
Nutzung der Abwärme durch Wärmerückgewinnung.
Einsatz drehzahlgeregelter Kompressoren zur optimalen
Bedarfsabdeckung bei minimalen Leerlaufverlusten.
Einsatz einer übergeordneten Steuerung zur optimalen
Kombination mehrerer Drucklufterzeuger.
14
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

Kälteanlagen.
Die Kältetechnik ist eine in Industrie und Gewerbe weit verbreitete
Technologie und fester Bestandteil moderner Produktionsund
Logistikketten. Besonders wichtige Anwendungen der
Kältetechnik sind das Kühlen, Gefrieren und Kaltlagern.
Die wichtigsten Energieeffizienzmaßnahmen:
Wärmedämmung von Rohrleitungen und Speichern.
Einsatz hocheffizienter Kältekompressoren.
Einsatz drehzahlgeregelter Motoren für Verdichter und
Ventilatoren.
Prüfen des Einsatzes von Absorptionskältemaschinen, wenn
ungenutzte Abwärmequellen vorhanden sind.
Pumpen.
Die Einsatzgebiete von Pumpen und Pumpensystemen sind vielfältig,
ihre Verbreitung daher branchenübergreifend sehr groß.
In nahezu allen Wohn-, Büro- und Betriebsgebäuden werden
Pumpen für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt.
So arbeiten Umwälzpumpen in geschlossenen Systemen wie
Heizungs- und Klimaanlagen. In offenen Systemen hingegen,
beispielsweise in der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung,
kommen Förderpumpen zum Einsatz.
Die wichtigsten Energieeffizienzmaßnahmen:
Anpassen der Förderaufgabe (Förderhöhe und -menge) an
den tatsächlichen Bedarf.
Anpassung der Pumpenleistung an den tatsächlichen Bedarf.
Austausch von überdimensionierten Pumpen und Entfernen
von Pumpen-Bypässen.
Einsatz von hocheffizienten Pumpenantrieben. Einsatz
von drehzahlgeregelten Pumpen zur optimalen Bedarfsabdeckung.
Fördertechnik.
Fördertechnische Anlagen werden in allen Bereichen von
Produktion, Montage- und Handhabungstechnik, Sortier- und
Verteilsystemen, Verpackungstechnik, Transport-, Lager- und
Umschlagprozessen sowie sonstigen Bereichen der Logistik als
wesentlicher Teil industrieller Produktionsabläufe eingesetzt.
Die wichtigsten Energieeffizienzmaßnahmen:
Anpassen der Antriebsleistung an den tatsächlichen Bedarf.
Einsatz hocheffizienter Motoren mit optimal an die Förderaufgabe
angepasster Kraftübertragung.
Minimierung von Leerlaufverlusten.
Einsatz drehzahlgeregelter Motoren bei häufig wechselnder
Förderleistung.
EnergieEffizienz lohnt sich.
15

4 Steuerung, Regelung und Überwachung.
4.1 Steuerung und Regelung.
Steuer- und Regelungsvorrichtungen eines Motors sorgen
dafür, dass die Motorleistung dem Bedarf angepasst wird. Übergeordnete
Steuerungen können darüber hinaus den Prozess so
optimieren, dass möglichst wenig Energie benötigt, d. h. der
Stromverbrauch des Antriebssystems reduziert wird und geringere
Energiekosten entstehen.
Minimierung von Leerlaufverlusten.
Der Energieverbrauch elektrischer Antriebe bei Volllast errechnet
sich aus der elektrischen Leistungsaufnahme des Motors multipliziert
mit der Betriebszeit. Bei vielen Anwendungen wechselt
der Betrieb zwischen Volllast, Teillast und Leerlauf. Doch auch
im Leerlauf nimmt der Motor elektrische Energie auf. Deshalb
kann das Abschalten eines Motors während der Betriebspausen
eine Maßnahme sein, um den Stromverbrauch gegenüber dem
Durchlaufbetrieb zu reduzieren. Zur Minimierung von Leerlaufverlusten
können elektrische Motoren automatisch abgeschaltet
werden. Allerdings hat das direkte Einschalten von Elektromotoren
einen bis zu 7-fach erhöhten Einschaltstrom gegenüber
dem Nennstrom und ein bis zu 3-fach erhöhtes Drehmoment
zur Folge. Durch das erhöhte Drehmoment kommt es zu einer
schlagartigen mechanischen Belastung in der Maschine, die zur
Verkürzung der Lebensdauer führt. Der hohe Einschaltstrom
belastet die Netzversorgung und kann zu Spannungseinbrüchen
führen. In modernen Antriebssystemen kann der Motor deshalb
direkt bremsen und takten (An- und Abschalten). Für diese
Anwendungen können Motoren mit stufenlos einstellbarer
Drehzahl, wie z. B. Drehstrommotoren mit Frequenzumrichter,
verwendet werden. Daneben kommen noch polumschaltbare
Drehstrommotoren mit festen Drehzahlstufen zur Anwendung,
die über konventionelle Schaltgeräte (Stern-Dreieck-Anlauf oder
Sanftstarter) gesteuert werden. Durch polumschaltbare Motoren
lassen sich Drehzahländerungen in zwei oder mehreren Stufen
realisieren. Der erhöhte Anlaufstrom und die mechanische Belastung
beim erneuten Anfahren des Motors können z. B. durch
Stern-Dreieck-Anlauf, Sanftanlaufgeräte oder durch Frequenzumrichter
verringert werden.
Stern-Dreieck-Anlauf.
Durch den Sternbetrieb eines Asynchronmotors verringern sich
der Einschaltstrom sowie das Drehmoment auf circa 30 Prozent
des Einschaltstroms des Dreieckbetriebes. Der Anlauf erfolgt
durch Umschaltung der Ankerwicklungen. Dabei werden
die Wicklungen in Sternschaltung an das Netz gelegt. Das in
Sternschaltung erzeugte Drehmoment muss ausreichen, um
die angetriebene Maschine etwa bis zur Nenndrehzahl zu beschleunigen.
Zum Ein- und Umschalten werden Stern-Dreieck-
Motorstarter mit einstellbarer Verzögerungszeit eingesetzt.
Die Einstellung der Hochlauf- und Umschaltzeit erfolgt über
ein Potenziometer. Mit Einschalten der Betriebsspannung zieht
das Sternschaltglied unverzögert an und fällt nach Ablauf der
eingestellten Verzögerungszeit zurück. Danach zieht das Dreieckschaltglied
entsprechend der eingestellten Umschaltzeit an
und fällt erst nach Abschalten der Betriebsspannung zurück.
Wenn die Auslastung des Motors unter 1/3 der Nennleistung
liegt, kann der Motor ggf. mit einer Sternschaltung betrieben
werden. Wegen der Reduzierung des Anlaufstroms und somit
des Anzugsmoments sind Motoren mit Stern-Dreieck-Anlauf für
kleine oder erst mit der Drehzahl steigende Lastmomente (z. B.
Ventilatoren oder Pumpen) geeignet. Der Stern-Dreieck-Anlauf
wird aber auch dort eingesetzt, wo der Motor erst nach dem
Hochlaufen belastet wird (z. B. bei Pressen oder Zentrifugen).
Sanftanlaufgeräte.
Für Antriebsaufgaben, in denen die Last nicht nach dem Hochlaufen
des Motors zugeschaltet werden kann, bietet sich der
Sanftanlauf an. Der Sanftstarter ermöglicht einen stoßfreien
und kontinuierlichen Anstieg des Drehmoments und verringert
durch eine Einschaltstrombegrenzung den Einschaltstrom des
Motors. Der Sanftanlauf kann bei häufigem Takten des Motors
zur Verringerung des Anlaufstroms und zu geringerem Verschleiß
mechanischer Bauteile beitragen.
Frequenzumrichter.
Ein Frequenzumrichter ermöglicht bei Drehstrommotoren eine
stufenlose Drehzahlregelung von null bis zur Nenndrehzahl,
ohne dass das Drehmoment im Grundstellbereich sinkt. Der
Grundstellbereich beschreibt die Nennfrequenz eines Motors,
z. B. 50 Hz. In Antriebssystemen mit häufiger, starker Beschleunigung
und häufigem Bremsen liegen im Einsatz eines Frequenzumrichters
große Potenziale zur Energieeinsparung und
Vermeidung von Verlusten. Ein Frequenzumrichter ermöglicht
eine fast verlustfreie Drehzahl- und Drehmomentregelung.
Frequenzumrichter steigern die Leistungsausbeute bei dynamischen
Anwendungen. Mit speziellen Frequenzumrichtern
kann die Bremsenergie elektrischer Maschinen wieder ins Netz
zurückgespeist und somit der Stromverbrauch gesenkt werden.
Es ist sinnvoll, Frequenzumrichter überall dort einzusetzen, wo
Anwendungen mit variablen Lasten auftreten und eine bestimmte
Mindestjahresbetriebsdauer erreicht wird. Drehzahlveränderliche
Antriebe sollten nicht in Anlagen zur Anwendung kommen,
die größtenteils bei voller Last laufen. Die Energieeinsparung
durch den Einsatz von Frequenzumrichtern kann bei Teillastbetrieb,
in Verbindung mit einer intelligenten Steuerung, 30 bis
50 Prozent betragen. Die Investitionen in Frequenzumrichter
erwirtschaften in der Regel sehr hohe Kapitalrenditen. Bei fachgerechter
Anwendung kann diese Art der Drehzahlsteuerung zu
besserer Prozesssteuerung, weniger Verschleiß mechanischer
Bauteile, geringerem Geräuschpegel und erheblichen Energieeinsparungen
durch Leistungsanpassung führen.
Die Strom- und Kosteneinsparungen, die durch Einsatz eines
Frequenzumrichters realisiert werden können, sind beispielhaft
in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.
16
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

Parameter
Durchschn.
Leistung
Einheit
Antrieb ohne
Frequenzumrichter
kW 55 39
Betriebsstunden h/a 4.000 4.000
Antrieb
mit Frequenzumrichter
netz zurückgespeist. Bei Anwendungen mit hohem Drehmoment,
wie bei Hubantrieben, Wickelmaschinen, Förderanlagen,
Prüfmaschinen oder Zentrifugen, kann eine Rückspeisung der
Bremsenergie zu Stromeinsparungen führen. Eine Rückspeisung
ermöglicht zudem den Einsatz kleinerer, kostengünstigerer Antriebssysteme,
weil keine zusätzlichen Kühleinrichtungen zur Abführung
der Abwärme der Bremswiderstände benötigt werden.
Kalkulationszeitraum
Stromverbrauch
in 15 Jahren
a 15 15
MWh 3.300 2.340
Strompreis €/kWh 0,14 0,14
Investitionskosten € 11.000 17.800
Wartungskosten
in 15 Jahren
Stromkosten
in 15 Jahren
Gesamtkosten
in 15 Jahren
€ 4.800 4.800
€ 462.000 327.600
€ 477.800 350.200
Tab. 6: Beispielhafte Einsparungen durch den Einsatz eines Frequenzumrichters.
Rückspeisefähige Frequenzumrichter.
Elektrische Maschinen können sowohl im motorischen als auch
im generatorischen Betrieb arbeiten. Im Generatorbetrieb wird
die Bremsenergie als elektrische Energie im Zwischenkreis des
Frequenzumrichters gespeichert und weiter in das Versorgungs-
4.2 Überwachung.
Damit die Energieeffizienz von Antriebssystemen auch langfristig
auf hohem Niveau gehalten oder sogar noch weiter
gesteigert werden kann, muss die Arbeits- und Funktionsweise
des Motors in geeigneter Weise überwacht werden. Durch
Sensoren und Messsysteme kann der Istzustand von Betriebsgrößen
erfasst werden. Durch den Vergleich des Istzustands mit
Systemkennzahlen können Wirkungsgradverluste, die zum Beispiel
durch den Verschleiß von Bauteilen entstehen, frühzeitig
erkannt werden. Systemkennzahlen ermöglichen es, Entwicklungen
bzw. Änderungen an der Energieeffizienz des Antriebssystems
schneller zu erkennen und entsprechende Handlungen
abzuleiten. Für die Bildung der Systemkennzahlen werden z. B.
die Kosten für Kapital, Wartung, Energie sowie die Laststunden
dokumentiert und zu Kennzahlen zusammengeführt. Mögliche
Kennzahlen sind z. B. die spezifischen Kosten eines Antriebs
(€/Volllaststunde). Nach der Optimierung des Antriebssystems
geben Systemkennzahlen und deren Entwicklung Aufschluss
darüber, ob die umgesetzten Energieeffizienzmaßnahmen
erfolgreich waren und die festgelegten Ziele erreicht wurden.
Besonders wirkungsvoll können solche Kennzahlen im Rahmen
eines Energiemanagements erhoben und verwendet werden.
5 Instandhaltung und Wartung.
Instandhaltung und Wartung sind zwar keine direkten Energieeffizienzmaßnahmen,
aber für einen störungsfreien Betrieb
notwendig. Regelmäßige Wartung vermindert außerdem den
Verschleiß von Motoren. Bei unzureichend gewarteten Motoren
verschlechtert sich der Wirkungsgrad um bis zu zwei Prozent.
Durch eine regelmäßige Schmierung und Feinabstimmung des
Antriebssystems können zwischen 1 und 5 Prozent Energieeinsparungen
erreicht werden.
In der Praxis ist neben der operativen Instandhaltung meist die
vorbeugende Instandhaltung mit festgelegten Zeitintervallen
im Unternehmen etabliert. Aufgrund des regelmäßigen, vorzeitigen
Austausches von Teilen vor der völligen Abnutzung erhöht
sich die Zuverlässigkeit des Antriebssystems. Diese Form der Wartung
ist aber für sich betrachtet kostenintensiver, da die Lebensdauer
der Komponenten nicht vollständig ausgenutzt wird. Das
Optimum stellt die zustandsabhängige Instandhaltung dar. Für
diese Methode sind Informationen über den Abnutzungszustand
der Anlagenteile notwendig. Auf dieser Basis kann die restliche
Lebenszeit der Anlagenteile errechnet werden. Komponenten
können somit rechtzeitig instand gesetzt werden. Die Instandsetzungstermine
und der Instandsetzungsumfang sowie die
erforderliche Perso nalkapazität können ebenfalls rechtzeitig geplant
werden. Mit dieser Methode wird eine hohe Verfügbarkeit
erreicht. Durch eine zentrale Erfassung und Berechnung kann
die Instandhaltungsplanung übergreifend für alle wichtigen Anlagen
sichergestellt werden.
EnergieEffizienz lohnt sich.
17

Systematisch Energiekosten senken.
Möglichkeiten der Effizienzsteigerung und der Energieeinsparung
an großen feuerungstechnischen Anlagen.
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen.
Handbuch für betriebliches
Energiemanagement.
Energieberatung
in Industrie und Gewerbe.
Der Schlüssel zum Kostensenken.
Energetische Modernisierung
industrieller Wärmeversorgungssysteme.
Publikationen (Auswahl).
Die folgenden Publikationen unterstützen Unternehmen bei
der Aufdeckung und Hebung von Energieeffizienzpotenzialen
und motivieren zur Umsetzung konkreter Maßnahmen zur
Energieeinsparung. Sie können direkt über den Webshop auf
www.stromeffizienz.de bestellt werden.
Handbuch für betriebliches Energiemanagement.
Das 72 Seiten umfassende Handbuch zeigt, wie ein effektives
Energiemanagement in Unternehmen eingeführt werden
kann. Dabei werden alle relevanten Handlungsebenen im
Unternehmen ausführlich angesprochen: von der Unternehmensleitung
über den Energiemanager, der die Einführung
eines betrieblichen Energiemanagements begleitet, bis zu
den Betriebsebenen wie Controlling und Produktion. Das
Handbuch greift auch Themen wie Energieberatung und
Energie-Contracting auf und gibt Entscheidungshilfen zur
Einbeziehung dieser Energiedienstleistungen. Komplementiert
wird das Heft durch elf hilfreiche Checklisten.
Energieberatung in Industrie und Gewerbe.
Auf 36 informativen Seiten zeigt diese kleine DIN-A5-Broschüre,
was Unternehmen von einer guten Beratung erwarten
können, wie sie in der Regel abläuft, wie Unternehmen
einen guten Energieberater finden und worauf bei der Auswahl
eines Beraters zu achten ist. Daneben informiert sie
über finanzielle Fördermöglichkeiten für Unternehmen,
die eine Energieberatung durchführen lassen möchten.
Energieeffiziente Wärmeversorgungssysteme.
Die Broschüre fasst auf 36 Seiten die wichtigsten Ansätze zur
energetischen Optimierung von Wärmeversorgungssystemen
zusammen und zeigt, wie alle Komponenten wirkungsvoll
aufeinander abgestimmt und optimiert werden können.
Sie liefert außerdem kurze Projektbeschreibungen aus Unternehmen,
die ihre Wärmeversorgung bereits erfolgreich modernisiert
haben.
Internetangebote (Auswahl).
Die folgenden Internetangebote und -tools liefern Informations-
und Beratungsangebote rund um das Thema Energieeffizienz
in Unternehmen. Sie befinden sich unter anderem
auf www.stromeffizienz.de, der zentralen Plattform für
In for mations- und Beratungsangebote der Initiative Energie-
Effizienz. Die Website stellt hier auch ergänzende Inhalte zu
Querschnitts technologien, Beratungsmöglichkeiten und
Förderungen bereit.
Marktplatz Energieeffiziente Produkte.
Die Online-Plattform bringt Anbieter und Nachfrager energieeffizienter
Produkte zusammen und unterstützt somit die
Entwicklung des Marktes für Energieeffizienz. Der Marktplatz
umfasst derzeit für Unternehmen die Produktgruppen
Beleuchtung, Pumpen, Elektromotoren und Ventilatoren.
www.energieeffizienz-online.info
Webspecial Energiemanagement.
Das interaktive Webspecial zeigt anhand eines beispielhaften
Unternehmens die wesentlichen Schritte im Energiemanage -
ment. Es ist speziell auf die beteiligten Personengruppen –
Geschäfts führung, Controlling, Produktionsebene, Energiemanager
und Energieberater – zugeschnitten.
www.webspecial-energiemanagement.de
Referenzprojekte-Datenbank.
Die Datenbank präsentiert ausgezeichnete Energieeffizienzprojekte
aus dem Bereich Industrie und Gewerbe. Die vorgestellten
Projekte zeichnen sich durch eine hohe Energieeinsparung,
hervorragende Wirtschaftlichkeit und eine
gute Über tragbarkeit aus.
www.stromeffizienz.de/referenzprojekte
Informationsplattform zur europäischen Top-Runner-
Strategie.
Die Plattform bietet Stakeholdern Hintergrundinforma tionen
zur Umsetzung der europäischen Top-Runner-Strategie
(Ökodesign-Richt linie, EU-Energielabel, EU-ENERGY STAR),
d. h. der europäischen Regelung rund um die Energieeffizienz
von Produkten.
www.top-runner.info
18
Ratgeber Motoren und Antriebssysteme.

Die Initiative EnergieEffizienz.
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine bundesweite Informationsund
Motivationskampagne, die private Verbraucher, Unternehmen
und öffentliche Institutionen über Vorteile und Chancen
der effizienten Stromnutzung informiert. Unternehmen aus Industrie
und Gewerbe zeigt die Initiative Möglichkeiten zur Steigerung
der Energieeffizienz auf und motiviert zur Umsetzung
von Maßnahmen. Das Leistungsspektrum der Initiative ist breit
gefächert und hält Angebote in verschiedenen Detaillierungsgraden
für jede Umsetzungsstufe von Energieeffizienzmaßnahmen
im Unternehmen bereit. Zu den Angeboten gehören unter
anderem technische Leitfäden zur Optimierung von Querschnittstechnologien,
Internettools zur Bewertung der Energieeffizienzpotenziale
im Unternehmen, Beispiele für Referenzprojekte aus
der Praxis sowie ein Handbuch und ein Webspecial zum Energiemanagement.
Die Deutsche Energie-Agentur.
Die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) ist das Kompetenzzentrum
für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente
Energiesysteme. Das Leitbild der dena ist es, Wirtschaftswachstum
zu schaffen und Wohlstand zu sichern mit immer
geringerem Energieeinsatz. Dafür kooperiert die dena mit
Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Gesellschafter
der dena sind die Bundesrepublik Deutschland, die
KfW Bankengruppe, die Allianz SE, die Deutsche Bank AG und
die DZ BANK AG.
www.dena.de
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine Kampagne der dena und
wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
www.stromeffizienz.de
Impressum.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Energiesysteme und Energiedienstleistungen
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel.: +49 (0)30 72 61 65-600
Fax: +49 (0)30 72 61 65-699
E-Mail: info@dena.de
www.dena.de
Redaktion.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Carsten Grohne, Dietmar Gründig, Peer Schütte
Layout.
BBS Werbeagentur GmbH
Druck.
Druckhaus Rihn GmbH
Stand.
12/2013
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem
Zustimmungsvorbehalt der dena.
EnergieEffizienz lohnt sich.
19

Art.-Nr. 1428
Für alle Fragen zur Energieeffizienz
in Industrie und Gewerbe:
kostenlose Energie-Hotline 08000 736 734
www.stromeffizienz.de
Eine Initiative von:
Gefördert durch:

Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

2
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

Inhalt.
1 Einführung in das Thema. ....................................................................................................................................................................................... 4
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienzpotenziale in Industrie und Gewerbe. .................................................................................... 4
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete von Pumpen und Pumpensystemen. ............................................................................. 4
2 Ansätze zur energetischen Optimierung von Pumpen und Pumpensystemen. ....................................................................... 5
2.1 Erfassung des Istzustands. ........................................................................................................................................................................................... 5
2.2 Ermittlung des Bedarfs. ................................................................................................................................................................................................ 6
2.3 Bewertung der Energieeffizienz. .............................................................................................................................................................................. 7
3 Energieeffiziente Pumpen und Pumpensysteme. ..................................................................................................................................... 8
3.1 Pumpen. ............................................................................................................................................................................................................................. 8
3.1.1 Energieeffizienzanforderungen an Pumpen. ...................................................................................................................................................... 9
3.1.2 Wirkungsgrad einer Pumpe. ...................................................................................................................................................................................... 10
3.1.3 Auswahl einer geeigneten Pumpe. .......................................................................................................................................................................... 11
3.2 Rohrleitungssysteme. ................................................................................................................................................................................................... 13
3.2.1 Rohrleitungsplanung. .................................................................................................................................................................................................. 13
3.2.2 Rohrreibungsdiagramme und Rauigkeit. ............................................................................................................................................................ 13
3.2.3 Einbau der Pumpe und Gestaltung des Pumpenzulaufs. ............................................................................................................................... 14
3.3 Pumpensysteme. ............................................................................................................................................................................................................. 15
4 Steuerung, Regelung und Überwachung. .................................................................................................................................................... 17
4.1 Ordnungsgemäße Betriebsweise. ............................................................................................................................................................................. 17
4.2 Steuerung und Regelung von Pumpen. ................................................................................................................................................................. 19
4.3 Steuerung und Regelung von Pumpensystemen. .............................................................................................................................................. 20
4.4 Überwachung. ................................................................................................................................................................................................................. 21
5 Instandhaltung und Wartung. ............................................................................................................................................................................ 23
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen. ................................................................................................................................... 25
Impressum. ................................................................................................................................................................................................................ 26
EnergieEffizienz lohnt sich.
3

1 Einführung in das Thema.
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienzpotenziale
in Industrie und Gewerbe.
Beinahe die Hälfte des Endenergieverbrauchs in Deutschland –
etwa 1.100 TWh pro Jahr – entfällt auf die Sektoren Industrie
und Gewerbe. Die zuletzt gestiegenen Energiepreise werden
dabei für immer mehr Unternehmen zu einem spürbaren Kostenfaktor.
Querschnittstechnologien – wie Pumpensysteme – bieten
branchenübergreifend noch große Energie- und Kosteneinsparpotenziale.
Mit jährlich rund 23 TWh haben Pumpen einen Anteil
von ca. 11 Prozent am industriellen Stromverbrauch 1 . Wie zahlreiche
Beispiele aus der Praxis zeigen, sind Investitionen in die
energieeffiziente Auslegung und Sanierung von Pumpen und
Pumpensystemen in der Regel sehr rentabel.
Der größte Kostenfaktor bei Pumpensystemen wird durch den
Energieverbrauch, der zum Betrieb benötigt wird, verursacht.
Der vorliegende Ratgeber zeigt, wie die Betriebsführung von
Pumpensystemen optimiert und der Energieverbrauch damit
deutlich gesenkt werden kann. Beim Energieverbrauch gilt:
Der Verbraucher bestimmt die Kosten. Daher empfiehlt es sich,
in einem ersten Schritt zunächst die Förderaufgabe im Hinblick
auf die Parameter Förderhöhe, Volumenstrom sowie Druck und
Temperatur zu untersuchen und zu bewerten. Im Anschluss
können die Systemkomponenten – Rohrleitungen, Armaturen
und Einbauten (Wärmeübertrager und Filter) sowie Antriebe
(Pumpen und Motoren) – optimal auf den tatsächlichen Verbrauch
und die Förderaufgabe eingestellt und so das System
als Ganzes optimiert werden.
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete
von Pumpen und Pumpensystemen.
Pumpen.
Pumpen sind Strömungsmaschinen, die mechanische Antriebsenergie
(z. B. Drehbewegung) in Bewegungsenergie eines
flüssigen und inkompressiblen Mediums umwandeln. Diese
Bewegung kann einerseits in geschlossenen Systemen erfolgen,
z. B. in Heizungs- und Klimaanlagen, in denen der Energietransport
im Fokus steht, und andererseits in offenen Systemen, z. B.
bei der Wasserversorgung und Abwasserentsorgung, in denen
der Materialtransport die geforderte Funktion ist.
Pumpen setzen sich aus einer Antriebseinheit (Motor), einer Kraftübertragungseinheit
(Achse bzw. Getriebe) und der Förder einheit
(bei Kreiselpumpen das Laufrad, bei Verdrängerpumpen
der Kolben) zusammen.
Pumpensystem.
Ein Pumpensystem, in dem das Fördermedium von einem Ort zum
anderen transportiert, in einem Kreislauf umgewälzt oder auf
einen bestimmten Druck gebracht werden muss, besteht aus
mehreren Komponenten. Dazu zählen zum Beispiel Behälter,
Rohrleitungen, Armaturen, Messgeräte, Einbauten (Wärmeübertrager,
Filter) und zu guter Letzt die Pumpe mit ihrem Antrieb
(Motor) als Herz der Anlage. Die Behälter dienen dabei als
Zwischenspeicher für das Fördergut, Rohrleitungen dienen
dem Transport, Armaturen und Messgeräte der Prozesskontrolle
und -steuerung, die Einbauten und Apparate der Behandlung
des Förderguts und die Pumpe bringt die notwendige Energie
in das System ein, damit das Fördergut fließt. Alle diese Komponenten
haben Auswirkungen auf den Energieverbrauch des
Pumpensystems und werden daher in diesem Ratgeber betrachtet.
Einsatzgebiete von Pumpen und Pumpensystemen.
Die Einsatzgebiete von Pumpen- und Pumpensystemen sind vielfältig.
In nahezu allen Gebäuden, sowohl Wohn-, Büro- als auch
Betriebsgebäuden, gibt es Pumpen für die unterschiedlichsten
Anwendungen. Zu den bekanntesten und am weitesten
verbreiteten Pumpen zählen die Heizungspumpen.
Bei einer Heizungspumpe handelt es sich um eine Umwälzpumpe,
die in einem geschlossenen System dazu dient, das Heizungswarmwasser
von der Wärmequelle, z. B. einer Fernwärmeübergabestation
oder einem Heizkessel, zu den entsprechenden Wärmeübertragern,
z. B. Heizkörper oder Lufterhitzer, zu fördern. An den
Wärmeübertragern wird die enthaltene Wärmeenergie an die
Umgebung abgegeben und das abgekühlte Heizungswasser zurück
zur Wärmequelle geführt, wo der Kreislauf erneut beginnt.
Neben den allgemein bekannten Heizungspumpen gibt es eine
Vielzahl an Umwälzpumpen, die in geschlossenen Systemen
eingesetzt werden. Dazu zählen zum Beispiel Pumpen für die
Bereitstellung von Prozesswärme und -kälte sowie für die Klimatisierung
mit Kaltwassersätzen. Zusammengefasst kommen sie
dort zum Einsatz, wo ein Energieaustausch mittels eines Fluids
stattfinden soll.
Wasserpumpen zählen ebenfalls zu den bekannteren Pumpenarten.
Sie können in die Kategorie der Förderpumpen eingeordnet
werden, die in einem offenen System dafür Sorge tragen,
dass Wasser an einem Ort in das System eingespeist wird, z. B.
einem Brunnen oder Wasserspeicher, und an einen anderen Ort,
z. B. Behälter oder Becken, transportiert und aus dem System
ausgespeist wird.
Wie auch bei den Umwälzpumpen sind die Einsatzgebiete von
Förderpumpen vielfältig. So kommen diese neben der Wasserversorgung
und -entsorgung auch für die Speisung von Staubecken
in Wasserkraftwerken, für die Erdölförderung aus
Lagerstätten und den Erdöltransport in Pipelines oder für die
Flaschenfüllung in der Getränkeindustrie zum Einsatz. Vereinfacht
gesagt, kommen sie in allen Bereichen zum Einsatz, in
denen Fluide bewegt und transportiert werden müssen.
1
Fraunhofer ISI, Anwendungsbilanz Industrie 2011 (Tabelle 7).
4
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

Anwendung
Behälter
Ventil
Förderstrom ( )
Regelung
und Steuerung
Pumpe
Kupplung
Motor
Stromnetz
Abb. 1: Pumpensystem.
2 Ansätze zur energetischen Optimierung von
Pumpen und Pumpensystemen.
Energieeffizienzpotenziale bestehen in nahezu jedem Pumpensystem.
Zum einen gibt es durch den technischen Fortschritt und
das zunehmende Energiepreisbewusstsein inzwischen viele
neue, effizientere Anlagenkomponenten mit höheren Wirkungsgraden.
Zum anderen büßt die Energieeffizienz von Pumpen,
Motoren und Rohrleitungskomponenten durch Alterung ein.
Pumpen können bei schlechter Wartung bis zu 15 Prozent an
Wirkungsgrad verlieren. In Rohrleitungen nimmt der Leitungswiderstand
durch Korrosion und Ablagerungen zu und Armaturen
werden undicht, was zu Druckverlusten im System führen
kann. Hinzu kommt, dass der Komponentenaustausch oder die
Komponentenerweiterung oft Ineffizienzen mit sich bringt,
wenn eine Neuberechnung zur Anlagen- und Komponentenauslegung
ausbleibt.
Die richtige Abstimmung der Komponenten aufeinander ist
das Schlüsselelement für geringere Gesamtkosten. Bei Verbesserungen
oder Anpassungen im Pumpensystem sollte deshalb
der Fokus nicht auf Einzelkomponenten liegen. Vielmehr ist es
sinnvoll, zu prüfen, wie die Optimierung des Gesamtsystems
erfolgreich und wirtschaftlich umgesetzt werden kann.
2.1 Erfassung des Istzustands.
Eine gute Kenntnis der Bestandsanlagen ist eine wichtige Voraussetzung
für die energetische Optimierung. Neben der rein
äußerlichen Begutachtung aller Komponenten eines Pumpensystems
empfiehlt es sich, zunächst gezielte Messungen des
Energieverbrauchs der Pumpe bei typischen Betriebszuständen
vorzunehmen. Der optische Eindruck, die Auswertung von
Instandhaltungsberichten und die gemessenen Energieverbräuche
erlauben erste Rückschlüsse auf besonders verschleißanfällige
und energieintensive Komponenten.
Soweit es möglich ist, sollten an der laufenden Anlage die zentralen
hydraulischen Daten aufgenommen werden. Möglicherweise
muss dafür ein Testbetrieb mit Wasser gefahren werden,
bei dem der Druckverlust über die Rohrleitung bei verschiedenen
Förderströmen und der Förderstrom der Pumpe bei variablem
Gegendruck gemessen werden kann. Wenn die apparativen
Möglichkeiten dazu vorhanden sind, sollte auch die Leistungsaufnahme
des Motors in den verschiedenen Betriebspunkten
aufgenommen werden. Innerhalb der Rohrleitung sollte der
Druckabfall über Einbauten, wie zum Beispiel Wärmeübertrager,
Filter oder Blenden, gemessen werden, und bei verzweigten
Rohrleitungssystemen sollten die Volumenströme in den verschiedenen
Strängen gemessen werden.
EnergieEffizienz lohnt sich.
5

Anhand der gesammelten Daten können Schwachstellen und
Potenziale für Energieeffizienzsteigerungen identifiziert werden.
Verschiedene Verbesserungsmöglichkeiten sollten auch im
Hinblick auf ihre Auswirkung auf die Lebenszykluskosten untersucht
werden. Dabei ist es zunächst nicht notwendig, einen
genauen Zahlenwert für die Lebenszykluskosten der gesamten
Anlage zu berechnen. Es reicht aus, sich darüber klar zu werden,
welche Faktoren die Kosten der Anlage direkt oder indirekt
beeinflussen und wo Folgekosten entstehen können.
2.2 Ermittlung des Bedarfs.
Der Energiebedarf von Pumpensystemen hängt in erster Linie von
der zu bewältigenden Förderaufgabe ab. Diese resultiert aus der
Förderhöhe und dem Volumenstrom. Jedoch sind hierbei auch
die Randbedingungen, z. B. die Art des zu fördernden Mediums
oder dessen Druck und seine Temperatur, für den Energiebedarf
von Bedeutung. Für eine gegebene Förderaufgabe muss nicht
nur die theoretische (aus Förderstrom und statischer Höhe zu
errechnende) Leistung aufgebracht werden, es entstehen darüber
hinaus an vielen Stellen im System auch Energieverluste, die den
tatsächlichen Energiebedarf erhöhen.
Die Frage, welche Kosten ein Pumpensystem über seine Lebensdauer
verursacht, hängt ganz wesentlich von einer anforderungsgerechten
technischen Auslegung ab. Am Anfang steht die Festlegung
des technischen Prozesses. Aus diesem leitet sich ein Bedarf
an verfahrenstechnischen Apparaten und Behältern ab. Aus den
vorgegebenen Parametern Förderhöhe (H) und Förderstrom (Q)
der jeweiligen Systemkomponenten und deren räumlicher Aufstellung
ergibt sich eine Förderaufgabe, die in verschiedenen
Varianten umgesetzt werden kann. Zusätzlich sind Rohrleitungsdurchmesser
und eine Regelstrategie festzulegen, die beide einen
wesentlichen Einfluss auf den Leistungsbedarf und die geeignete
Bauform der Pumpe haben.
Förderhöhe.
Die theoretische Förderhöhe einer Pumpe gibt an, welche Höhendifferenz
bei der Förderung eines Fluids bei einem bestimmten
Druck überwunden werden kann. Die Förderhöhe einer Pumpe
wird maßgeblich durch die beiden Parameter Druck (p) und Dichte
(ρ) bestimmt und berechnet sich wie folgt:
H = p/ρ*g
wobei:
H = Förderhöhe [m]
p = Druck [Pa = N/m 2 ]
ρ = Dichte der Flüssigkeit [kg/m 3 ]
g = Fallbeschleunigung [9,81 m/s 2 ]
Die verfahrensbedingte Förderhöhe, die das Pumpensystem
erbringen muss, ergibt sich hingegen aus der Differenz der Drücke
und Geschwindigkeiten am Pumpenein- und -austritt sowie
der geodätischen Höhen am Ein- und Austritt des Anlagenabschnitts
und berechnet sich wie folgt:
H = (p aus - p ein )/ρ * g + (v aus -v ein )/2 * g + (z aus -z ein )
Wobei: v = Strömungsgeschwindigkeit [m/s] und z = geodätische Höhe [m]
6
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

Welche dieser Einflussgrößen für die Auswahl der Pumpe am
wichtigsten ist, hängt ganz von der Aufgabe des Pumpensystems
ab. Soll beispielsweise ein unter Druck stehender Dampfkessel
gespeist werden, ist der erste Term der Formel entscheidend,
da der Differenzdruck zwischen Kessel und Umgebung den
größten Einfluss auf die Förderhöhe hat. Bei einer Feuerwehrpumpe,
die aus einem großen, offenen Tank ansaugt und am
Ende des Schlauchs einen möglichst langen Strahl erzeugen
soll, ist der mittlere Term entscheidend. Für Pumpen, die ein
hochgelegenes Wasserreservoir befüllen sollen, ist der letzte
Term entscheidend, da hier die Höhendifferenz zwischen dem
Flüssigkeitsspiegel auf der Druck- und Saugseite der Pumpe den
größten Einfluss hat.
zu. Sie steigen in etwa in vierter Potenz mit dem Kehrwert des
Durchmessers, was bei einer Halbierung des Durchmessers
einer Zunahme der Energieverluste um das 16-Fache entspricht.
2.3 Bewertung der Energieeffizienz.
Die Energieeffizienz eines Pumpensystems resultiert aus den
Wirkungsgraden jeder eingebundenen Einzelkomponente.
Verschmutzungen und Ablagerungen im Rohrleitungssystem
behindern den Fluss des Fördermediums, Verschleißerscheinungen
an Armaturen oder Undichtigkeiten führen zu Druckverlusten
im System und eine nicht korrekt nach der Förderaufgabe
ausgelegte Pumpe führt zu erhöhtem Stromverbrauch.
V ein
Z aus
∆H
P ein
Z ein
P aus
Abb. 2: Einflussgrößen in einem Pumpensystem.
V aus
Förderstrom und Leistungsbedarf.
Der zweite Aspekt der Förderaufgabe ist der Förderstrom, der
meistens in Kubikmetern pro Stunde angegeben wird. Die
hydraulische Leistung, die der betrachtete Anlagenabschnitt
erbringen muss, ergibt sich aus dem Produkt von Förderhöhe,
Förderstrom, Dichte und Fallbeschleunigung. Rechnet man mit
den Einheiten für Fallbeschleunigung g (m/s 2 ), Dichte ρ (kg/l),
Förderstrom Q (m 3 /s) und Förderhöhe H (m), so ergibt sich die
hydraulische Leistung P in kW (kg*m 2 /s 3 ):
Wird die Auslegung eines Pumpensystems von Fachleuten unter
Berücksichtigung der oben beschriebenen Grundsätze der Bedarfsermittlung
korrekt durchgeführt und erfolgt die anschließende
Umsetzung entsprechend, kann von einem bedarfsoptimierten
System ausgegangen werden. Jeder zusätzliche Eingriff
in dieses System, z. B. im Rahmen von Veränderungen in Produktionsprozessen,
erfordert eine neue Betrachtung der sich
ergebenen Förderaufgabe. Unter anderem ist dabei die Auslegung
der installierten Pumpe zu überprüfen, wenn mit den
Veränderungen der Förderaufgabe beispielsweise ein veränderter
Volumenstrom verbunden ist. Dies wirkt sich auf die Betriebsweise
der Pumpe aus. Eine nicht in ihrem Nenndrehzahlbereich
laufende Pumpe ist eine Ursache für deutlich höhere Energiekosten.
Zur Bewertung der aktuellen Energieeffizienz eines Pumpensystems
müssen daher alle energierelevanten Komponenten – am
besten von Fachpersonal – begutachtet und der energetische
Zustand eingeschätzt werden. Geschulte Personen können den
Vergleich der Istsituation mit der ursprünglichen Auslegung
vornehmen und die historisch bedingten Abweichungen unter
energetischen Aspekten interpretieren. Als Kenngröße zur Bewertung
der Energieeffizienz von Pumpen bietet sich der Förderstrom
je aufgewandter Energieverbrauchseinheit an (z. B. m 3 / kWh).
Im Vergleich zum Ausgangszustand nach Inbetriebnahme einer
Pumpe können so Veränderungen in der Leistungsfähigkeit
der Pumpe eindeutig dokumentiert werden.
ρ * g * Q * H = P hydr.
Die im realen Pumpensystem tatsächlich benötigte Leistung ist
immer größer als die theoretische hydraulische Leistung, da an
verschiedenen Stellen im System Energieverluste auftreten. So
erzeugt die Strömung in der Rohrleitung Reibungsverluste.
Diese sind umso größer, je höher die Strömungsgeschwindigkeit
ist. Wählt man für einen gegebenen Förderstrom einen
kleineren Rohrleitungsdurchmesser, nehmen die Strömungsgeschwindigkeit
und damit auch die Energieverluste erheblich
EnergieEffizienz lohnt sich.
7

3 Energieeffiziente Pumpen und
Pumpensysteme.
Pumpensysteme werden eingesetzt, um im Rahmen von Prozessen
bestimmte Förderaufgaben zu erfüllen. Ein weit verbreitetes und
klassisches Beispiel für Pumpensysteme sind Heizungssysteme.
Energie erhält ein solches System durch die Pumpe, als zentrales
Antriebselement. Pumpensysteme bestehen darüber hinaus aus
weiteren unterschiedlichen Komponenten, allen voran das Rohrleitungssystem
mit Ventilen und Armaturen. Außerdem kommen
Behälter, Messgeräte und andere Einbauten und Apparate hinzu,
abhängig vom Betriebszweck und der Komplexität eines
Pumpensystems.
Wie in der Einführung schon angedeutet, bergen Pumpen und
Pumpensysteme große Energieeffizienzpotenziale. Dieses Kapitel
soll einen Überblick über die Möglichkeiten zur Steigerung
der Energieeffizienz von Pumpen und Pumpensystemen geben.
Zunächst werden die wesentlichen Technologie- sowie ihre
Energieeffizienzanforderungen und -potenziale genauer dargestellt
und Ansätze vorgestellt, die zur Senkung der Betriebskosten
von Pumpensystemen führen.
3.1 Pumpen.
Die Pumpe inklusive des sie antreibenden Motors ist das Herzstück
eines Pumpensystems. Für die weitere Betrachtung ist es
wichtig, zwischen der Pumpe als Produkt, bestehend aus unterschiedlichen
Elementen, und der Pumpe als zentrale Komponente
in einem kompletten Pumpensystem zu unterscheiden.
Für sich betrachtet, besteht eine Pumpe im Wesentlichen aus
einer Antriebseinheit – dem Motor –, einer Übertragungseinheit –
der Antriebswelle oder einem Getriebe – und dem Förderelement –
dem Laufrad bei einer Kreiselpumpe bzw. dem Kolben bei einer
Verdrängerpumpe. In der folgenden Abbildung 3 sind die Bestandteile
einer Pumpe als Einzelkomponenten in einem Pumpensystem
noch einmal dargestellt.
Zur Erfüllung einer Förderaufgabe steht dem Anwender eine
Vielzahl von Pumpentypen zur Verfügung. Sie lassen sich im
Wesentlichen in zwei Hauptklassen – die Verdrängerpumpen
und die Strömungsmaschinen (in erster Linie Kreiselpumpen) –
unterteilen. Bei Verdrängerpumpen wird die Flüssigkeit z. B.
durch einen Kolben, ein Zahnrad oder eine Membran in die
Druckleitung geschoben. Verdrängerpumpen bauen in der
Regel keinen stetigen Druck auf, sondern haben einen oszillierenden
Druckverlauf. Strömungsmaschinen hingegen erzeugen
die Druckdifferenz durch Umlenkung und Beschleunigung der
Flüssigkeit, z. B. durch die Fliehkraft in einem sich drehenden
Laufrad. Sie haben einen kontinuierlichen Förderstrom und
einen stetigen Förderdruck.
Diverse Komponenten können Bestandteile eines Pumpensystems sein.
Energiezufuhr
(elektrische Energie)
Nutzenergie
(Medienströmung)
Bestandteile einer Pumpe
M
Frequenzumrichter
Elektromotor
Getriebe
Pumpe
Drossel
Rohrsystem
Abb. 3: Bestandteile von Pumpensystemen.
8
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

Verdrängerpumpe
Kreiselpumpe
Verordnung
641/2009/EG
Mindestanforderung Verpflichtend ab
Externe Nassläufer-
Umwälzpumpen
Effizienzindex max. 0,27 1. Januar 2013
Effizienzindex max. 0,23 1. August 2015
In Produkte integrierte
Nassläufer-Umwälzpumpen
Effizienzindex max. 0,23 1. August 2015
Tab. 1: Mindestanforderungen an Nassläufer-Umwälzpumpen gemäß Verordnung
Nr. 641/2009/EG.
Abb. 4: Pumpentypen.
Die meisten Förderaufgaben lassen sich mit Kreiselpumpen
kostengünstiger bewerkstelligen als mit Verdrängerpumpen.
In einigen Sonderfällen sind Kreiselpumpen jedoch nicht geeignet,
z. B. beim Ansaugen aus starkem Unterdruck, Überwinden
sehr großer Förderhöhen bei gleichzeitig geringen Förderströmen
oder bei bestimmten Fördergütern. In solchen Fällen kann aus
einem umfangreichen Angebot verschiedener Bauarten von
Verdrängerpumpen der passende Typ gewählt werden. Aber
auch innerhalb der Kreiselpumpen-Familie gibt es große
Unterschiede, die z. B. durch die Form des Laufrads, die Anzahl
der Laufräder (einstufig, mehrstufig) oder durch die Art der
Anströmung (axial, radial) bestimmt werden.
3.1.1 Energieeffizienzanforderungen an Pumpen.
Die Europäische Kommission hat auf Basis der EU-Ökodesign-
Richtlinie zwei Verordnungen zur Festlegung von Anforderungen
an die umweltgerechte Gestaltung von Nassläufer-Umwälzpumpen
und Wasserpumpen erlassen, um den Energieverbrauch
von Pumpen europaweit zu reduzieren.
Verordnung Nr. 641/2009/EG – Nassläufer-Umwälzpumpen.
Am 22. Juli 2009 trat die EU-Verordnung zur Festlegung von Anforderungen
an die umweltgerechte Gestaltung von Nassläufer-
Umwälzpumpen in Kraft. Diese Verordnung gilt für Umwälzpumpen
mit einer hydraulischen Nennleistung bis 2.500 Watt
und schreibt vor, dass neue Umwälzpumpen seit dem 1. Januar
2013 europaweit ein Mindestmaß an Energieeffizienz erfüllen
müssen. Die Anforderungen, ausgedrückt in einem Energieeffizienzindex,
werden zum 1. August 2015 weiter verschärft.
Der geforderte Energieeffizienzindex (EEI) einer Pumpe berechnet
sich aus dem Verhältnis der gewichteten, mittleren Leistungsaufnahme
zur Bezugsleistung. Die Bezugsleistung ergibt sich
wiederum aus dem Verhältnis von hydraulischer zu elektrischer
Leistung der Pumpe.
Verordnung Nr. 547/2012/EU – Wasserpumpen.
Drei Jahre später hat die Europäische Kommission auch eine Verordnung
mit Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung
von Wasserpumpen in Kraft gesetzt. Diese Verordnung gilt für
Kreiselpumpen zum Pumpen von sauberem Wasser bei Temperaturen
von – 10 °C bis 120 °C. Diese Pumpen müssen seit dem 1. Januar
2013 ebenfalls ein Mindestmaß an Energieeffizienz erfüllen.
Verordnung
547/2012/EU
Wasserpumpen
Mindestanforderung
Mindesteffizienzindex
0,1
Mindesteffizienzindex
0,4
Verpflichtend ab
1. Januar 2013
1. Januar 2015
Tab. 2: Mindestanforderungen an Wasserpumpen gemäß Verordnung Nr. 547/2012/EU.
Der Mindesteffizienzindex (MEI) beschreibt einen Mindestwirkungsgrad,
der sich aus den zurzeit am Markt verfügbaren
Pumpen berechnet. Die seit Januar 2013 gültige Mindestanforderung
von MEI 0,1 bedeutet, dass die 10 Prozent der Pumpen
mit dem niedrigsten Wirkungsgrad (bezogen auf den Zeitpunkt
des Inkrafttretens der Verordnung – Juli 2012) nicht mehr auf
den Markt gebracht werden dürfen. Ab 1. Januar 2015 werden
diese Anforderungen verschärft, so dass 40 Prozent der Pumpen
mit dem schlechtesten Wirkungsgrad (Stand Juli 2012) nicht
mehr auf den Markt gebracht werden dürfen.
Der Benchmark zum Zeitpunkt des Inkrafttretens der Verordnung
für die beste, auf dem Markt verfügbare Technologie lag
bereits bei einem Mindesteffizienzindex von 0,7. Es kann davon
ausgegangen werden, dass sich dieser Benchmark weiter verbessern
wird, weshalb die Verordnung spätestens nach 4 Jahren,
d. h. 2016, einer Revision unterzogen wird.
EnergieEffizienz lohnt sich.
9

Die möglichen Energieeinsparpotenziale, die sich aus den Anforderungen
der Richtlinie 547/2012/EU ergeben, sollen an folgendem
Beispiel verdeutlicht werden.
Beispiel:
Energiekosteneinsparungen durch den Austausch einer 20
Jahre alten Wasserpumpe mit einem Wirkungsgrad schlechter
als MEI 0,1 gegenüber einer modernen, hocheffizienten Pumpe
der Effizienzklasse MEI 0,7 (Annahmen für Rahmendaten).
Förderstrom 250 m 3 /h.
Förderhöhe 50 m.
Leistung (hydraulisch) 17 kW.
Wirkungsgrad Pumpe alt: 70 %.
Wirkungsgrad Pumpe neu: 84 %.
Betriebsstunden 6.000/Jahr.
Strompreis 14 Cent/kWh.
Euro in Tsd.
200
150
100
50
Pumpe alt
Pumpe neu
Der wohl wichtigste Einfluss des Pumpenantriebs besteht in der
Vorgabe der Pumpendrehzahl und damit der Lage des Betriebspunkts.
Zusätzlich beeinflusst die Last, also die Kraft, welche
die Pumpe der Motorwelle aufprägt, den Motorwirkungsgrad.
Entsprechend ist dieser damit nicht nur von den Fördermengen
abhängig, sondern auch von der Frage, wie Teillastanforderungen
regelungs- und anlagentechnisch umgesetzt werden.
Im folgenden Pumpendiagramm (Abbildung 6) wird deutlich,
welchen Einfluss z. B. eine Änderung der Förderhöhe auf den
Wirkungsgrad und die Bestpunktverlagerung hat.
Förderhöhe H
abnehmender
Laufraddurchmesser
Abb. 6: Pumpendiagramm.
abnehmender Wirkungsgrad
Förderstrom Q
Bestpunkt
abnehmender
Wirkungsgrad
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Jahre
Abb. 5: Vergleich der Energiekosten einer alten und einer neuen Pumpe über 10 Jahre.
Über eine Nutzungsdauer von 10 Jahren ergeben sich kumulierte
Energieeinsparungen in Höhe von etwa 243.000 kWh und
Stromkosteneinsparungen in Höhe von etwa 34.000 Euro. Bei
einmaligen Investitionskosten in Höhe von rund 10.000 Euro für
die neue Pumpe ergibt sich eine Kapitalrendite von 33 Prozent.
Verluste bei der Kraftübertragung.
Nur wenn die Drehzahl des Motors 1:1 auf die Pumpe übertragen
werden soll und das Pumpensystem auch ohne weitere
Anfahrhilfen direkt am Stromnetz starten kann, muss die
Frage der Kraftübertragung nicht weiter bedacht werden. Im
Folgenden werden Varianten zur Kraftübertragung beschrieben,
in denen aus prozesstechnischen Gründen eine Anpassung
oder Steuerung der Drehzahl sinnvoll ist. Prinzipiell gilt dabei:
je höher die Unter- oder Übersetzung, desto schlechter der
Wirkungsgrad.
Da es sich bei diesem Beispiel lediglich um den Austausch der
Pumpe handelt, können hier weitere zusätzliche Energieeffizienzpotenziale
gehoben werden, wenn zeitgleich der Pumpenantrieb
durch einen Elektromotor der Energieeffizienzklasse
IE3 ersetzt wird. Weitere Informationen zum Thema Energieeffiziente
Antriebe finden sich im „Ratgeber Motoren und
Antriebssysteme”.
3.1.2 Wirkungsgrad einer Pumpe.
Wer sich bei der Betrachtung des Pumpenantriebs auf den
Motor allein beschränkt, verschenkt wertvolle Optimierungspotenziale.
Die genaue Betrachtung der Einflüsse der Motorperipherie
und der Wechselwirkungen im Antriebssystem fördert
ein wesentlich höheres Energieeinsparpotenzial zutage als der
alleinige Vergleich von Motorwirkungsgraden. Der Motor als
Teil des Systems Pumpe beeinflusst die Wirkungsgrade der anderen
Komponenten und wird wiederum von ihnen beeinflusst.
Höhere Energie- und Wartungskosten durch Riemengetriebe.
Keilriemengetriebe haben zwar geringe Anschaffungskosten,
dafür können jedoch hohe Betriebskosten entstehen (hohe Reibungsverluste
und vergleichsweise hoher Verschleiß). Sie sind
daher nur für Anwendungen mit geringen Betriebsstundenzahlen
zu empfehlen. Der Wirkungsgrad ist stark von einer professionellen
Auslegung, Installation und Wartung abhängig.
Durch Schlupf, Reibung und Biegeverluste im Riemen können
Energieverluste bis zu 30 Prozent entstehen. Höhere Riemengeschwindigkeiten
verbessern den Wirkungsgrad.
Zahnradgetriebe sind effizienter.
Zahnradgetriebe haben sehr gute Wirkungsgrade. Verluste entstehen
durch Reibung an den Zahnflanken, in den Dichtungen
und Lagern sowie durch die innere Reibung des Schmiermittels.
Bei optimaler Auslastung und mit speziellen Beschichtungen
der Zahnräder kann ein Wirkungsgrad von bis zu 99 Prozent
pro Stufe erzielt werden. Zudem weisen Zahnradgetriebe
10
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

einen geringen Wartungsaufwand und eine hohe Lebensdauer
auf, wodurch die Lebenszykluskosten weiter sinken. Bei der
Umrüstung von Keilriemengetrieben auf Zahnriemen ist zu beachten,
dass letztere keinen Schlupf aufweisen und die Pumpe
dadurch bei gleichen Riemenscheibendurchmessern schneller
läuft. Dies kann zu einer Veränderung des Betriebspunkts und
des Pumpenwirkungsgrads führen.
Direktantriebe sind am effizientesten.
Die Energieverluste von starren und flexiblen Direktantrieben
liegen in der Regel bei 1 bis 2 Prozent. Starre Kupplungen haben
die geringsten Energieverluste. Diese treten lediglich durch die
Reibung der sich drehenden Teile auf. Wenn die Möglichkeit
besteht, sollte demnach einem Direktantrieb gegenüber indirekten
Antrieben immer der Vorzug gegeben werden.
3.1.3 Auswahl einer geeigneten Pumpe.
Jede Pumpe hat eine Kennlinie, aus der erkennbar wird, welche
Volumenströme sie bei verschiedenen anstehenden Gegendrücken
fördern kann. Bei Verdrängerpumpen hängt der
Förderstrom Q fast nur von der Drehzahl der Pumpe ab. Bei Kreiselpumpen
hingegen ist der Förderstrom neben der Drehzahl
auch stark von der Förderhöhe H abhängig. Der Unterschied
zwischen beiden Pumpenarten wird in den beiden folgenden
Abbildungen 7 und 8 veranschaulicht.
Förderhöhe H
Pumpenkennlinie
Abb. 7: Pumpenkennlinie für Verdrängerpumpen.
geringere
Drehzahl
Förderstrom Q
Pumpenkennlinie
Motor-Schlupf
Anlagenkennlinie
Die Anlagenkennlinie beschreibt das Verhältnis zwischen dem
Förderstrom Q und der Förderhöhe (H) des Systems, wobei sowohl
Förderstrom als auch Förderhöhe von der Anzahl und Schaltung
(Reihenschaltung/Parallelschaltung) der Bauteile abhängig sind.
Abbildung 9 zeigt, dass mit zunehmender Anzahl von in Reihe
geschalteten Bauteilen die Anlagenkennlinie, aufgrund des
mit jedem Bauteil steigenden Gegendrucks (H1 und H2), steiler
wird. Im Gegensatz dazu wird die Anlagenkennlinie bei parallel
geschalteten Bauteilen aufgrund des steigenden Volumenstroms
(Q1 und Q2) flacher.
Wird ein offenes Pumpensystem betrieben, ist zusätzlich die
geodätische Förderhöhe, d. h. die Höhendifferenz von Ein- und
Auslauf des Systems Pumpe, zu berücksichtigen. Der Betriebspunkt
des gesamten Pumpensystems ergibt sich dann aus dem
Schnittpunkt von Anlagen- und Pumpenkennlinie.
Betriebsbereich und Pumpenwirkungsgrad.
Die meisten Pumpen können mit geeigneter Regelung einen
weiten Betriebsbereich im Q/H-Diagramm abdecken. Insbesondere
bei Kreiselpumpen variiert aber innerhalb des möglichen
Betriebsbereichs der hydraulische Wirkungsgrad der Pumpe
stark. In den vom Pumpenhersteller erhältlichen Kennliniendiagrammen
sind die Wirkungsgrade bei verschiedenen Förderströmen
und -höhen und in Abhängigkeit von der Drehzahl
grafisch dargestellt. Um die Energiekosten und den Verschleiß
der Pumpe zu minimieren, ist es sinnvoll, die Pumpenbauart
und -größe so exakt wie möglich auf die Prozessanforderungen
und die gewählte Regelstrategie abzustimmen, sodass die
verschiedenen Betriebspunkte möglichst im Bereich der besten
Wirkungsgrade liegen.
Vordruck und NPSH-Wert.
Der erforderliche Vordruck bezieht sich auf die Druckverhältnisse
am Saugstutzen von Kreiselpumpen und ist für diese Pumpenart
ein wichtiges Auslegungskriterium. Er ist abhängig vom Dampfdruck
und von der Temperatur des Förderguts. Üblicherweise
wird der erforderliche Vordruck in Pumpendiagrammen unter
der englischen Abkürzung NPSH (Net Positive Suction Head)
grafisch als Funktion des Förderstroms dargestellt. Wird der
erforderliche Vordruck unterschritten, kommt es in der Pumpe
zu Kavitation, was zu Schäden an den Laufrädern führen kann.
Näheres zur Kavitation findet sich im Abschnitt 4.1.
Förderhöhe H
geringere
Drehzahl
Anlagenkennlinie
Bei der Planung ist zu überprüfen, ob der NPSH-Wert bei allen
Betriebszuständen der Pumpe eingehalten werden kann. Ist dies
nicht der Fall, sollten Möglichkeiten geprüft werden, diesen zu
erhöhen. Das erreicht man z. B., indem der Vorlaufbehälter an
einem höheren Ort aufgestellt und damit der statische Druck
im Vorlauf erhöht wird. Alternativ kann eine andere Pumpe
gewählt werden, die einen niedrigeren Vordruck erfordert, z. B.
mit geringerer Drehzahl oder eine mehrstufige Pumpe.
Abb. 8: Pumpenkennlinie für Kreiselpumpen.
Förderstrom Q
Drehzahl und Laufraddurchmesser.
Wie oben bereits gezeigt wurde, hat die Drehzahl einen Einfluss
auf die Pumpenkennlinie und damit auf den Betriebspunkt bei
EnergieEffizienz lohnt sich.
11

einer gegebenen Anlagenkennlinie. Dieser Effekt wird auch zur
Regelung mit drehzahlvariablen Antrieben genutzt. Auch bei
ungeregelten Pumpen gibt es Möglichkeiten, mit verschiedenen
Drehzahlen zu arbeiten. Entweder kann die Drehzahlanpassung
durch Getriebe erreicht werden oder durch die Verwendung
eines anderen Antriebsmotors. Viele Kreiselpumpen sind in der
Ausführung mit 2-poligem oder 4-poligem Asynchronmotor
erhältlich. Die 2-polige Variante arbeitet bei europäischer Netzfrequenz
von 50 Hz bei 3.000 Umdrehungen pro Minute, die
4-polige Ausführung erreicht hingegen 1.500 Umdrehungen
pro Minute.
Bei Kreiselpumpen hat eine Variation des Laufraddurchmessers
einen ähnlichen Effekt wie eine Variation der Drehzahl. Das
liegt daran, dass beide Größen einen direkten Einfluss auf die
Fluidgeschwindigkeit an den Flügelspitzen des Laufrads haben.
Dieser Effekt wird zur Abstimmung der Pumpenleistung auf den
tatsächlichen Bedarf genutzt. Kreiselpumpen einer Bauform
werden von vielen Herstellern standardmäßig mit verschiedenen
Laufrädern angeboten. So kann die Pumpenbauart gewählt
werden, bei der die Form der Kennlinie am ehesten den Anforderungen
an Stabilität und Regelbarkeit entspricht und die den
höchsten Wirkungsgrad ermöglicht. Der Schnittpunkt mit der
Anlagenkennlinie wird dann durch die Wahl des Laufraddurchmessers
festgelegt. Weiterhin wird die Möglichkeit, das Laufrad
auf einer Drehmaschine zu verkleinern (das Laufrad abzudrehen),
genutzt, um eine Pumpe, die mit einem geringfügigen Sicherheitszuschlag
ausgelegt wurde, nach dem Praxistest genau
anzupassen.
Antriebe verbessern.
Der Pumpenantrieb ist der Punkt, an dem mit besonders geringen
baulichen Veränderungen deutliche Wirkungsgradverbesserungen
erzielt werden können. Motoren büßen im Laufe ihres
Lebens zwangsläufig an Wirkungsgrad ein. Bei großen Motoren
können eine Generalüberholung und eine Erneuerung der
Wicklung den Wirkungsgrad wieder verbessern. Insbesondere
bei kleinen Motoren und solchen, die lange Jahreslaufzeiten aufweisen,
ist es aber oft sinnvoller, den Antrieb komplett auszutauschen
und bei der Gelegenheit auf einen Motor mit höherer
Energieeffizienzklasse umzustellen. Spezifische Hinweise dazu
befinden sich im „Ratgeber Motoren und Antriebssysteme“.
Ein überdimensionierter Motor ist ein häufiger Grund für unnötige
Energieverluste. Eine Neudimensionierung kann auch nötig
werden, wenn durch Verbesserungsmaßnahmen an anderer
Stelle im Gesamtsystem der Leistungsbedarf deutlich reduziert
wurde. In die Bewertung sollten jedoch nicht nur Investitionsund
Energiekosten einfließen, sondern auch die oft längere
Lebensdauer von Hocheffizienzmotoren. Insbesondere in klimatisierten
Produktionsbetrieben kann die geringere Wärmeabstrahlung
von neuen, effizienteren Motoren wegen des reduzierten
Klimatisierungsaufwands einen weiteren Energieeinspareffekt
aufweisen.
Da je nach gewähltem Laufraddurchmesser und Betriebspunkt
unterschiedliche maximale Drehmomente nötig sind, werden
viele Pumpen mit verschiedenen Motoren zur Auswahl
angeboten. Die erforderliche Motorleistung lässt sich ebenfalls
im Pumpendiagramm ablesen. Die notwendige Motorgröße
sollte sehr genau ermittelt werden, da die Pumpe mit einem zu
klein dimensionierten Motor ihre Aufgabe nicht erfüllen kann
und ein zu groß dimensionierter Motor neben den zusätzlichen
Investitionskosten zu unnötigen Energieverlusten und damit
höheren laufenden Kosten führt. Weitere Informationen zu Motoren
finden sich im „Ratgeber Motoren und Antriebssysteme“.
H max
Ventil (Parallelschaltung)
Pumpenkennlinie (Parallelschaltung)
Wärmetauscher
Q 1
Q 2
Resultierende Anlagenkennlinie
Förderhöhe H
∆H tot
∆H 2
Ventil (Reihenschaltung)
Wärmetauscher (Reihenschaltung)
∆H 1
Q tot
Förderstrom Q
Abb. 9: Anlagenkennlinie bei Reihen- und Parallelschaltung.
12
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

1
3.2 Rohrleitungssysteme.
3.2.1 Rohrleitungsplanung.
Besonderes Augenmerk bei der Planung gilt dem Rohrleitungsdurchmesser,
der einen entscheidenden Einfluss auf die Kosten
hat. Bei der Dimensionierung kann vereinfacht davon ausgegangen
werden: Je größer der Durchmesser, desto geringer sind die
Energiekosten. Der Rohrleitungsdurchmesser kann allerdings auch
nicht beliebig groß gewählt werden, weil in der Regel bestimmte
Fördergeschwindigkeiten im Pumpensystem erreicht werden
müssen. Hinzu kommt, dass mit steigendem Durchmesser die Investitions-
und Montagekosten, die Verweilzeit des Produkts in der
Rohrleitung und im diskontinuierlichen Betrieb die Restmengen
bei Rohrleitungsentleerung oder Produktwechsel zunehmen.
Die Kosten für Rohrleitungen steigen in etwa linear mit dem
Durchmesser. Demgegenüber sinkt der Energieverbrauch
umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Durchmessers.
Verdoppelt man also den Rohrdurchmesser, dann reduzieren
sich die Reibungsverluste in der Rohrleitung um das 16-Fache.
Aus diesem Verhältnis lässt sich rechnerisch oder grafisch ein
Optimum für die Lebenszykluskosten bestimmen.
Dieser einfache Ansatz lässt sich jedoch nur für sehr lange, kontinuierlich
durchströmte Rohrleitungen anwenden. Bei kompakteren
Systemen überwiegt der Einfluss der Armaturen, bei denen
sich weder die Einkaufspreise noch die Strömungswiderstände
durch einfache Formeln in Abhängigkeit vom Rohrleitungsdurchmesser
beschreiben lassen. Bei der Abschätzung des Leistungsbedarfs
muss dieser Aspekt mit einbezogen werden. Die gleichwertigen
Rohrlängen der Bauteile können mithilfe von Katalogen
ermittelt und auf die reale Rohrleitungslänge aufgeschlagen werden.
Beispielsweise hat ein Kniestück des Durchmessers 100 mm
eine gleichwertige Rohrlänge von ca. 7 m. Die Druckverluste des
gesamten Rohrleitungssystems können aus der Summe der Rohrleitungslängen
und der gleichwertigen Rohrlängen der Einbauten
im Rohrreibungsdiagramm abgelesen werden (Abbildung 10).
3.2.2 Rohrreibungsdiagramme und Rauigkeit.
Neben dem Durchmesser spielt noch die Rohrrauigkeit eine wichtige
Rolle, denn je geringer die Rauigkeit innerhalb der Rohrleitung,
desto geringer sind die Reibungsverluste. Auch hier verhalten
sich Investitions- und Energiekosten gegenläufig. Es zeigt sich,
dass auch für das scheinbar einfache Thema Rohrleitungsdurchmesser
keine pauschale Aussage getroffen werden kann, sondern
tatsächlich für verschiedene Varianten die Lebenszykluskosten im
Einzelfall berechnet werden sollten.
Ein gutes Hilfsmittel für die Ermittlung eines geeigneten Durchmessers
sind Rohrreibungsdiagramme. Diese finden sich für
unterschiedliche Rauigkeitsklassen und Fördergüter in Standard-
Tabellenwerken von Fachverlagen oder DVGW- bzw. VDI-Richtlinien.
Aus ihnen kann der Druckverlust als Funktion von Durchfluss
und Leitungsdurchmesser unmittelbar abgelesen werden.
Beispielsweise liegt der Druckverlust (hier als Verlusthöhe HV angegeben)
in einem Stahlrohr mit einem Durchmesser von 80 mm
(DN 80), einem Volumenstrom von 25 m 3 /h und einer Strömungsgeschwindigkeit
von 1,4 m/s bei einer Verlusthöhe von 3 m (siehe
Abbildung 10, P 1 ). Vergrößert man den Rohrleitungsdurchmesser
um 25 Prozent auf 100 mm, dann reduziert sich der Druckverlust
bereits um mehr als 60 Prozent, was sich entsprechend positiv auf
die Energiekosten auswirkt (siehe Abbildung 10, P 2 ).
Strömungsgeschwindigkeit v und Verlusthöhe H v in geraden
Rohrleitungen für 100 m Leitungslänge.
m
Verlusthöhe H v
100
80
60 50
40
30
20
15
10
8654
3
2
1,5
1
0,8
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,08
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
1,5
2
0,5 m/s
1,0 m/s
Abb. 10: Rohrreibungsdiagramm.
DN 20 DN 40 DN 80 DN 100
1,5 m/s
8
10
3
4
5
6
7
3,0 m/s
15
20
P 1
P 2
30
40
50
60
100
150
Förderstrom Q
DN 200
DN 300
DN 350
DN 500
„Flaschenhälse“ weiten.
Möglicherweise hat die Rohrleitung zwar einen ausreichend gro -
ßen Durchmesser für den Auslegungsförderstrom, aber durch
lokale Verengungen wird trotzdem ein hoher Druckverlust erzeugt.
Sogenannte Flaschenhälse können dort auftreten, wo für
Ventile oder Messgeräte ein kleinerer Durchmesser gewählt oder
die Rohrleitung bewusst durch eine Blende verengt wurde, um
den Volumenstrom zu drosseln. Solche Einschnürungen führen zu
einer steileren Anlagenkennlinie und somit zu einer rapiden Zunahme
der Energieverluste mit steigendem Förderstrom. Selbst
wenn die Reduzierung des Durchmessers bei der ursprünglichen
Anlagenplanung noch ökonomisch vertretbar war, kann es sein,
dass durch eine größere Auslastung, höhere durchschnittliche
Förderströme oder gestiegene Energiepreise an diesen Stellen nun
unnötige Kosten verursacht werden. Wenn es ohne übermäßig
hohen Investitions- und Installationsaufwand möglich ist, sollten
solche Engpässe beseitigt werden.
200
300
400
600
800
m 3 /h
Abb. 11: Einfluss eines Engpasses auf den Förderstrom.
EnergieEffizienz lohnt sich.
13

3.2.3 Einbau der Pumpe und Gestaltung des
Pumpenzulaufs.
Die Gestaltung der Rohrleitung auf der Saugseite der Pumpe hat
einen erheblichen Einfluss auf die Energiekosten und auf die Breite
des möglichen Bereichs für einen Dauerbetrieb. Wichtig ist ein
gleichförmiges, drall- und wirbelfreies Ansaugen. Folgende Punkte
sind, insbesondere bei Kreiselpumpen, zu beachten:
Die Saugleitung zwischen Behälter und Pumpe sollte möglichst
kurz und gerade sein. Der Übergang vom Zulaufbehälter auf
die Rohrleitung sollte abgerundet und nicht scharfkantig sein.
Der Durchmesser der Saugleitung sollte so groß sein, dass die
Strömungsgeschwindigkeit zwischen ein und zwei Metern
pro Sekunde liegt. Falls Rohrbögen unvermeidlich sind,
sollten diese nur in einer Ebene (horizontal oder vertikal)
liegen und nicht dreidimensional sein.
Zwischen Bögen oder Armaturen und dem Ansaugstutzen
der Pumpe sollte ein gerades Rohrstück liegen, dessen Länge
mindestens fünfmal so groß ist wie der Durchmesser der Rohrleitung.
Die Zulaufleitung sollte keine Hochpunkte haben,
in denen sich Gas sammeln könnte. Beim Saugen aus einem
tiefer liegenden Reservoir können aufgrund des Druckabfalls
über die Saugleitung gelöste Gase teilweise ausgeschieden
werden. Die Leitung sollte durchgehend mindestens zehn
Grad Steigung haben, damit sich kein Gas sammelt.
Der Flüssigkeitsspiegel im Vorlaufbehälter bzw. im Pumpensumpf
sollte hoch genug sein, sodass keine Wirbelzöpfe
und somit Luftblasen in die Leitung eingesaugt werden.
Bei Pumpen in Unterdrucksystemen sollten vakuumsichere
Dichtungen das Eindringen von Luft in die Saugleitung
verhindern.
Die Druckleitung ist weniger kritisch als die Saugleitung. Allerdings
kann bei einer Druckleitung der Durchmesser einen erheblichen
Einfluss auf die Lebenszykluskosten haben und sollte
daher sorgfältig gewählt werden. Bei großen und verzweigten
Rohrleitungssystemen sind Vorkehrungen gegen Druckschläge
in Folge von Kavitation (siehe dazu Abschnitt 4.1) wichtig, da diese
ein erhebliches Schädigungspotenzial haben. Der Abschätzung
des Gefährdungspotenzials kommt hier vor dem Hintergrund
haftungsrechtlicher Fragen große Bedeutung zu.
Zunächst sind hier die Anlagenhersteller verantwortlich. Eine
mögliche Maßnahme gegen Druckschläge ist die Verlängerung
der An- und Abfahrzeiten der Pumpe mittels eines Schwungrads,
da Druckschläge insbesondere bei plötzlichen Pumpenstillständen
durch Motordefekte, Stromausfälle oder Not-Aus-
Schaltungen entstehen können. Weitere Lösungen zum
Ausgleich der Druckschwankungen sind Druckbehälter, Berstscheiben,
Überdruckventile sowie Wasserschlösser und Luftschnüffelventile.
14
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

3.3 Pumpensysteme.
Die Energieeffizienz eines Gesamtsystems hängt zentral von
den Wirkungsgraden seiner Einzelkomponenten ab. Eine
ineffizient laufende oder betriebene Komponente kann also
den Systemwirkungsgrad eines ansonsten optimal ausgelegten
Pumpensystems deutlich verringern und damit die Energieeffizienz
mitunter deutlich negativ beeinflussen. Ein nicht optimal
betriebenes Pumpensystem bedeutet automatisch höhere
Betriebskosten.
Verfahrens- und Aufstellungsplanung.
Die sach- und fachgerechte Auslegung des gesamten Pumpensystems
ist daher das wichtigste Element für einen energieeffizienten
Betrieb. Alle Komponenten sollten gut aufeinander
abgestimmt und genau an die geplanten Betriebsbedingungen
angepasst sein. Gut gemeinte Sicherheitszuschläge, also eine
Überdimensionierung von Pumpen und Antrieben, sollten
vermieden werden.
In vielen Fällen stehen zur Erreichung desselben Produktionsziels
verschiedene Verfahren zur Verfügung. Diese können
sich stark im apparativen Aufwand und im Energiebedarf
unterscheiden. Bereits im frühen Planungsstadium sollten
deshalb die Lebenszykluskosten verschiedener Verfahren abgeschätzt
werden. Einige Anhaltspunkte bestehen in der Höhe
der erforderlichen Druck- und Temperaturniveaus und der Art
der eingesetzten Maschinen. Beispielsweise können durch den
Einsatz von Normpumpen die Investitions- und Ersatzteilkosten
deutlich gesenkt werden. Kontinuierliche Verfahren verursachen
meist geringere Reinigungskosten als diskontinuierliche
Verfahren. Große Anlagenkomponenten, wie Wärmeübertrager
oder Filtrationsstufen, haben einen erheblichen Einfluss auf
den gesamten Prozessenergiebedarf und entsprechend auch
auf die benötigte Pumpenleistung.
Ist das Verfahren einmal festgelegt, lassen sich die Rohrleitungs-
und Energiekosten weiterhin durch die Aufstellung von
Behältern und Maschinen beeinflussen. Beispielsweise erfordert
die Befüllung eines hohen, schmalen Tanks mehr Energie
als die eines flachen und breiten Tanks. Eine Solaranlage mit
Warmwasserspeicher auf dem Dach benötigt meistens weniger
Pumpenenergie als ein im Keller oder unterirdisch aufgestellter
Warmwasserspeicher. Durch eine intelligente Anordnung
der Systemkomponenten kann die zu installierende Pumpenleistung
erheblich reduziert werden.
Energieverbrauch eines Pumpensystems.
Der tatsächliche Energieverbrauch eines Pumpensystems
unterliegt immer den Realbedingungen und setzt sich aus der
nominalen Leistung der Pumpe und der Mehrleistung, die zur
Deckung von Verlusten in Rohrleitungen und Armaturen
sowie bei Getriebe, Motor und eventuell dem Frequenzumrichter
notwendig ist, zusammen. Diese Mehrleistungen sind Verluste,
die aus der Energieumwandlung, z. B. von der Netzfrequenz auf
niedrigere Frequenzen, vom elektrischen Strom in eine mechanische
Drehbewegung und von der Drehbewegung in eine
Strömungsbewegung, resultieren. In der Rohrleitung wird das
Fördergut beschleunigt, abgebremst und umgelenkt. In Ventilen
wird es von einem höheren auf einen niedrigeren Druck
gedrosselt. Solche Umwandlungen sind automatisch mit Verlusten
verbunden. Hinzu kommen Reibungsverluste durch sich
bewegende Bauteile (Wellen und Lager) oder das entlang der
Rohrleitungswand fließende Fördergut. Abbildung 12 stellt den
Energiefluss eines Pumpensystems sowie seine Einzelkomponenten
mit ihren jeweiligen Wirkungsgraden dar.
P hydr.
*
1/η Rohr *
1/η Pumpe *
1/η Getriebe *
1/η Motor *
1/η Regelung = P elektr.
Verluste
Rohrleitung
Pumpe
Förderaufgabe
Kraftübertragung
Motor Regelung Stromnetz
10 kWh
*
1/0,8
*
1/0,85
*
1/0,95
*
1/0,9
*
1/0,95 =
18,1 kWh
In diese Richtung fließt Energie.
Abb. 12: Wirkungsgrad und Energieverluste im Pumpensystem.
EnergieEffizienz lohnt sich.
15

Wirkungsgrade.
Der Wirkungsgrad drückt das Verhältnis von abgegebener zu
aufgenommener Leistung aus, z. B. abgegebene mechanische
Leistung des Motors zu aufgenommener elektrischer Leistung.
Da jede Art der Energieumwandlung mit Verlusten einhergeht,
ist der Wirkungsgrad immer kleiner als eins. Er ist ein Maß für
die Energieverluste, die mit dem Betrieb eines Systems oder
einer Systemkomponente verbunden sind.
Die tatsächlich benötigte Energie in einem Pumpensystem
kann berechnet werden, indem von der eigentlichen Förderaufgabe
ausgehend an jeder Station die Energiemenge mit dem
Kehrwert des Wirkungsgrads des jeweiligen Bauteils multipliziert
wird. Der Kehrwert vom Wirkungsgrad ist immer größer
als eins. Damit erhöht jedes Bauteil des Systems den letztendlichen
Energiebedarf. Hieraus wird die wesentliche Bedeutung
möglichst hoher Energieeffizienzklassen von Einzelkomponenten
in Pumpensystemen deutlich.
Systemkennlinien.
Die von der Pumpe aufzubringende Förderhöhe (Druck) ergibt
sich aus den Verlusten im Rohrsystem und dem verfahrensbedingten
Anteil. Die Verluste im Rohrsystem nehmen etwa mit
dem Quadrat des Förderstroms zu. Der verfahrensbedingte
Anteil ist, wenn man von der Geschwindigkeits- und Höhendifferenz
an den Systemgrenzen absieht, statisch, also vom Förderstrom
unabhängig. Die Überlagerung von beiden lässt sich als
Anlagenkennlinie im Q/H-Diagramm darstellen.
aufbringen. Der maximal benötigte Förderstrom und die entsprechende
Förderhöhe definieren zusammen den Auslegungsbetriebspunkt.
Beide sind bei der Planung so exakt wie möglich
festzulegen. Zu großzügig angesetzte Sicherheitszuschläge
wirken sich hier negativ auf den Wirkungsgrad aus und sind im
Allgemeinen nicht sinnvoll.
Neben dem Volllast-Betriebspunkt kann es je nach Prozessanforderungen
auch noch weitere Teillast-Betriebspunkte geben,
auf die das System auszulegen ist. Möglicherweise ist es sinnvoll,
mit mehreren parallelen oder in Reihe geschalteten Pumpen zu
arbeiten, um die Teil- und Vollast-Betriebspunkte zu erreichen.
Manche Regelstrategien beruhen auch auf einer Manipulation
der Anlagenkennlinie, wie zum Beispiel durch den Einsatz eines
Regelventils. Weitere Hinweise hierzu finden sich im Abschnitt
„Steuerung, Regelung und Überwachung“. Da die Betriebspunkte,
für die die Pumpe ausgelegt ist, von der gewählten
Regelstrategie abhängen, ist es sinnvoll, diese vor Auswahl der
Pumpe festzulegen.
Betriebspunkt unter Realbedingungen.
Eine der wichtigsten Optimierungsaufgaben ist also die Überprüfung,
ob eine Pumpe unter Realbedingungen im Betriebspunkt
mit ihrem optimalen Wirkungsgrad arbeitet. Falls dies nicht der
Fall ist, kann einerseits die Pumpe ausgetauscht werden oder die
Förderleistung korrigiert werden. Um Letzteres vorzunehmen,
kann der Förderstrom durch Austausch des Laufrads oder Abdrehen
des Förderrads angepasst werden. Die folgende Abbildung
14 zeigt die Auswirkungen dieser Vorgehensweise auf die
Position des Bestpunktes auf der Anlagenkennlinie.
Zunehmender
Widerstand
Förderhöhe H
Förderstrom Q
statistischer Anteil
Förderhöhe H
Reduzierter
Laufraddurchmesser
H Soll
Pumpenkennlinie
Bestpunkt
Abb. 13: Anlagenkennlinie im Q/H-Diagramm.
Je kleiner der Rohrleitungsdurchmesser, desto steiler die Kennlinie.
Auch die Drosselung eines Ventils bewirkt, dass der
Netzwiderstand an dieser Stelle höher und die Anlagenkennlinie
entsprechend steiler wird. Den gleichen Effekt hat ein Filter,
der sich nach und nach zusetzt. In allen drei Fällen nehmen die
Druckverluste in der Rohrleitung zu, während die statische, an
der Systemgrenze nutzbare Förderhöhe konstant bleibt. Das
heißt, die Anlage wird ineffizienter.
Betriebspunkte und Regelstrategie.
Damit das Fördermedium in der benötigten Geschwindigkeit
und Menge durch die Rohrleitung fließen kann, muss eine Pumpe
jeweils die aus der Anlagenkennlinie ersichtliche Förderhöhe
Anlagenkennlinie
Förderstrom Q
Q Soll
Abb. 14: Anpassung der Förderleistung durch Abdrehen des Laufrads.
Im Rahmen der Energieeffizienzbewertung eines Pumpensystems
sind natürlich trotzdem der Zustand des Pumpenlaufrads
und der Spaltabstand zu prüfen. Möglicherweise ist auch
aus Verschleißgründen ein Austausch/eine Erneuerung des
Laufrads nötig. Bei der Beschaffung neuer Laufräder ist es
zudem sinnvoll, auch auf mögliche alternative, höherwertige
Werkstoffe und geringere Oberflächenrauigkeit zu achten.
16
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

Förderströme anpassen.
In einem Pumpensystem sollten die Förderströme immer den
vom jeweiligen Prozess vorgegebenen Anforderungen entsprechen.
Stellt sich etwa heraus, dass einige der Prozessschritte mit
geringeren Förderströmen gefahren werden sollten, wirkt sich
das auch auf die gesamte Prozessführung aus, die entsprechend
angepasst werden muss. Dazu kann es z. B. erforderlich sein,
Rohrleistungsquerschnitte anzupassen, einen Abgleich der
Pumpenleistung vorzunehmen oder eine Drehzahlregelung in
Erwägung zu ziehen. Bei verzweigten Systemen mit parallelen
Strängen, wie z. B. bei Heizungsanlagen, ist ein regelmäßiger
hydraulischer Abgleich sinnvoll. Das heißt für diesen Fall (in
einem Heizungssystem), dass die Druckverhältnisse in den
Strängen so angepasst werden, dass überall der korrekte Volumenstrom
fließt.
Auswirkung von Energieeffizienzmaßnahmen.
Aus der bisherigen Betrachtung lässt sich noch ein anderer
interessanter und wichtiger Schluss ziehen: Eine Kilowattstunde
vermiedener Energieverlust am Ende des Systems bringt mehr
Einsparungen als eine Kilowattstunde vermiedenen Verlusts
am Anfang des Systems, da sich die Energieeinsparungen über
die vorgelagerten Systemkomponenten vervielfachen. So
sollten Energieeffizienzmaßnahmen immer zunächst am Ende
des Pumpensystems vorgenommen werden, etwa beim Rohrleitungssystem.
Schrittweise arbeitet man sich dann Richtung
Anfang der Systemkette vor, bis hin zum Antriebsmotor bzw.
der Regelung.
Sowohl bei der Optimierung bestehender Pumpensysteme als
auch bei der Auslegung von neuen Pumpensystemen sollte die
Betrachtung des gesamten Systems aus diesem Grund immer
vom Verbraucher her ausgehen. Neben den höheren erzielbaren
Energieeinsparungen können auf diese Weise zusätzlich
auch die vorgelagerten Systemkomponenten besser an den
tatsächlichen Bedarf angepasst und optimiert werden. Im Idealfall
lässt sich so ein Maximum an technisch realisierbarer Energieeffizienz
im System verwirklichen, was durch vermiedene
Energieverluste schließlich zu geringeren Energiekosten führt.
4 Steuerung, Regelung und Überwachung.
Jede Pumpe ist optimal auf einen bestimmten Arbeitspunkt
ausgelegt, bei dem der höchste Wirkungsgrad erzielt wird. Für
diesen Punkt erfüllt sie eine Aufgabe, indem sie einen bestimmten
Förderstrom gegen einen bestimmten Druck bereitstellt.
Oft werden aber an eine Pumpe in verschiedenen Betriebssituationen
unterschiedliche Anforderungen gestellt. Es kann
vorkommen, dass sich der Gegendruck im Laufe des Betriebs
ändert, z. B. wenn ein Tank gefüllt wird und der Flüssigkeitspegel
steigt oder wenn ein Filter in der Rohrleitung sich nach und
nach zusetzt. Viele Pumpen können sich bis zu einem gewissen
Grad selbständig an andere Betriebszustände anpassen, selten
erfolgt dies jedoch optimal. Eine Steuerungseinheit kann helfen,
eine Pumpe so zu regeln, dass sie bei geänderten Systembedingungen
in einen stabileren oder effizienteren Betriebszustand
zurückgeführt wird.
Ein anderer Fall tritt ein, wenn aufgrund äußerer Bedingungen
die volle Auslegungsleistung des Pumpensystems nicht mehr
benötigt wird. Dies kann der Fall sein, wenn beispielsweise die
Produktion zurückgefahren wird oder ein Heizungssystem
aufgrund steigender Außentemperaturen eine geringere
Wärmemenge benötigt. Wenn die Pumpe mit der ursprünglich
angesetzten Auslegungsleistung weiterläuft, ist das gesamte
System ineffizient, selbst wenn die Pumpe, für sich allein betrachtet,
noch in einem effizienten Betriebspunkt arbeitet. In
diesem Fall kann eine Steuer- und Regelungseinheit helfen, die
Energieeffizienz des gesamten Systems zu verbessern.
Zu beachten ist aber, dass es nicht die beste Regelungslösung
für alle Anwendungsfälle gibt. Auch ist es nicht gleichgültig,
welche Regelung eingesetzt wird. Die Unterschiede in den
Lebenszykluskosten können immens sein. Es wird geschätzt,
dass durchschnittlich 35 Prozent des Energieverbrauchs von
Pumpensystemen durch eine Optimierung der Regelung eingespart
werden könnten. Durch die steigenden Energiepreise
sowie die gestiegene Qualität und die gesunkenen Preise der
Leistungselektronik ist heute in vielen Anwendungsfällen z. B.
der Einsatz einer elektronischen Drehzahlregelung ausgesprochen
rentabel.
Wichtig bei der Auswahl einer Regelungsstrategie ist, nicht
die Mühe einer fachgerechten Auslegung zu scheuen und sich
schon im Vorfeld Gedanken über die jährlichen Betriebsstundenzahlen
in Voll- und Teillast zu machen. Die Entscheidung
sollte dann für die Alternative mit den geringsten Lebenszykluskosten
getroffen werden.
4.1 Ordnungsgemäße Betriebsweise.
Durch ungünstige Betriebsbedingungen oder den falschen
Einbau einer Pumpe können erhebliche Zusatzkosten entstehen.
Nicht nur der Einfluss auf den energetischen Wirkungsgrad kann
gravierend sein, sondern auch der beschleunigte Verschleiß. Es
ist daher außerordentlich wichtig, die Hinweise des Herstellers
zum Einbau und zum Betrieb der Pumpe zu beachten.
EnergieEffizienz lohnt sich.
17

Kritische Betriebszustände.
Problematisch sind Betriebszustände, bei denen es zu einer Überhitzung
des Förderguts, zu mechanischer Überbelastung von
Laufrädern, Lagern, Wellendichtungen und Ventilen oder zum
Materialabtrag kommt. Diese Zustände sind auch aus Energieeffizienzgründen
zu vermeiden. Einige kritische Betriebszustände
sind im Folgenden aufgeführt:
Instabiler Betrieb.
Instabile Betriebsbedingungen sind solche, in denen der Arbeitspunkt
der Pumpe stark schwankt. Dies kann zum Beispiel bei einer
„durchhängenden“ Pumpenkennlinie der Fall sein. Normalerweise
steigt bei Kreiselpumpen die Förderhöhe, je kleiner der Förderstrom
wird. Pumpen mit kleiner spezifischer Drehzahl können
jedoch Kennlinien haben, die bei kleinen Förderströmen, wie
etwa bei weitgehend geschlossenem Regelventil, wieder abfallen.
Eine solche Kennlinie ist in Abbildung 15 dargestellt. Man sieht,
dass einem bestimmten Gegendruck zwei Förderströme zugeordnet
werden können. Im Betrieb kann dies zu einem schlagartigen
Wechsel zwischen den möglichen Betriebspunkten führen, mit
der Folge einer starken mechanischen Belastung von Pumpe und
Armaturen.
Strömungsgeschwindigkeiten herrschen. Diese Dampfblasen
werden von der Strömung in Zonen höheren Drucks mitgerissen,
wo Sie schlagartig implodieren und extreme Druck- und
Temperaturspitzen verursachen.
Bei Kreiselpumpen tritt Kavitation insbesondere am Eintritt des
Laufrads aber auch an anderen Umlenkvorrichtungen innerhalb
der Pumpe auf. In Rohrleitungen tritt Kavitation insbesondere
bei Regelventilen auf, wenn diese weit geschlossen sind.
Zur Vermeidung von Kavitation in Kreiselpumpen muss darauf
geachtet werden, dass ein ausreichend hoher Vordruck auf der
Saugseite besteht (NPSH – Net Positive Suction Head).
Teillast-Rezirkulation.
Teillast-Rezirkulation tritt insbesondere bei Kreiselpumpen mit
radialen und halbaxialen Laufrädern auf, wenn diese in Teillast
betrieben werden. Es kommt zu einer partiellen Rückströmung
entgegen der Hauptströmung. Diese führt zu einem deutlichen
Anstieg der Geräusche und der Schwingungen sowie zu Druckpulsationen.
Bei Kreiselpumpen großer Leistung können die erhöhten
Schwingungen und Druckpulsationen die Betriebssicherheit und
Lebensdauer von Pumpe und Anlage deutlich beeinträchtigen.
Förderhöhe H
kritische Betriebspunkte
stabiler Betriebspunkt
Neben den erwähnten mechanischen Schäden führen diese
Betriebszustände zu einem erhöhten Energieverbrauch. Die
zulässigen und unzulässigen Betriebsbedingungen hängen
sehr stark vom jeweiligen Pumpentyp ab. Beispielsweise dürfen
einige Pumpen nicht gegen geschlossene Armaturen gefahren
werden. Andere wiederum – z. B. Kreiselpumpen – sollten nicht
ohne Gegendruck arbeiten, da dies zu Kavitation und zu einer
besonders hohen Leistungsaufnahme des Motors führt. Daher
müssen Kreiselpumpen zum Teil gegen ein geschlossenes Ventil
angefahren werden. Hochdruckkreiselpumpen wiederum
brauchen einen Mindestdurchlauf, da sich die Flüssigkeit sonst
binnen weniger Sekunden um mehrere Grad erhitzt.
Abb. 15: Stabiler und instabiler Betrieb.
Förderstrom Q
Betrieb bei Eigenfrequenz.
Insbesondere bei einem drehzahlvariablen Betrieb kann es an
einigen Betriebspunkten zu einer Überlagerung von Drehfrequenz
und der Eigenfrequenz von Pumpenkomponenten
kommen. Dies führt zu starken Schwingungen und mechanischer
Belastung. Wenn solche Zustände auftreten, muss bei
der Regelung der Pumpe darauf geachtet werden, dass diese
Frequenzen schnell durchfahren werden.
Kavitation.
Unter Kavitation versteht man die Bildung und Auflösung von
Dampfblasen in Flüssigkeiten, die zu Geräuschentwicklung und
starkem Materialabtrag (Kavitationserosion) – bis hin zum Materialversagen
– führen. Die Ausbildung von Dampfblasen erfolgt in
Zonen, in denen der statische Druck unter den Dampfdruck 2 der
Flüssigkeit fällt. Dies geschieht insbesondere dort, wo sehr hohe
Erlaubter Betriebsbereich.
Die Grenzen zwischen schädlichen und unschädlichen Betriebszuständen
werden von den Herstellern als Betriebsgrenzen in der
Bedienungsanleitung angegeben, da sich der Betrieb in kritischen
Zuständen nicht vollständig vermeiden lässt. Treten solche Fälle auf,
etwa beim Anfahren der Pumpe, sollten diese kritischen Zustände
möglichst schnell durchfahren werden. Es ist daher sinnvoll, einen
Kurzzeit- und einen Dauerbetrieb zu spezifizieren und die Eignung
der Pumpe für beide Betriebsbereiche mit dem Hersteller abzuklären.
Unter Dauerbetrieb versteht man Zustände, in denen die Pumpe
für lange Zeit laufen kann, ohne Schaden zu nehmen bzw. sich
übermäßig abzunutzen. Nach Möglichkeit sollte man die Pumpe
hauptsächlich im Bereich des Bestpunkts fahren. In den meisten
Fällen erfolgt aber auch im Normalbetrieb eine Variation der Betriebszustände.
In diesen Fällen sollte der Wirkungsgrad maximal
um 20 Prozent vom Bestpunktwirkungsgrad abweichen. Dabei ist
zu beachten, dass die Abweichung vom Bestpunktwirkungsgrad
mit steigender Förderhöhe und Leistung umso geringer sein sollte.
Unter Kurzzeitbetrieb versteht man atypische Betriebszustände
2
Der Dampfdruck ist der Druck, bei dem sich Dampf und flüssige Phase im thermodynamischen Gleichgewicht befinden. In einer Flüssigkeit haben die Teilchen das Bestreben, ab
einer bestimmten Temperatur in die gasförmige Phase überzugehen. Dem wirkt der atmosphärische Druck entgegen. Mit sinkendem Umgebungsdruck (z. B. in einem geschlossenen
System) sinkt auch die Mindesttemperatur für den Phasenwechsel.
18
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

oder Störungen, deren kumulierte Dauer pro Jahr etwa 100
Stunden nicht überschreiten sollten. Dazu gehören Überlastbetrieb
mit verstärkter Kavitation oder tiefe Teillast mit starker
Rezirkulation. Falls die eingesetzte Pumpe diese extremen
Teillast-Zustände nicht zulässt, ist möglicherweise ein Bypass
von der Druckseite zurück zum Zulaufreservoir nötig, um immer
die erforderliche Mindestfördermenge zu gewährleisten.
4.2 Steuerung und Regelung von Pumpen.
An-/Ausregelung.
Die einfachste, aber auch effizienteste Art der Regelung ist das Anund
Ausschalten der Pumpe. Steht nur eine Pumpe zur Verfügung,
dann handelt es sich um eine einfache Zweipunktregelung. In
diesem Fall gibt es nur Betrieb oder Nichtbetrieb. Dies geht immer
dann, wenn eine regelmäßige Unterbrechung des Förderstroms
erlaubt ist, beispielsweise wenn der Flüssigkeitsspiegel in einem
hinter der Pumpe gelegenen Behälter oder im Pumpensumpf
bzw. Vorlaufbehälter in gewissen Grenzen schwanken darf. Vorteil
dieser Regelung sind geringe zusätzliche Investitionskosten, um die
Pumpe immer in ihrem optimalen Auslegungspunkt zu betreiben.
Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass Pumpe, Motor und Stromnetz
durch die Schaltvorgänge stark belastet werden.
Eine Variante dieser einfachen Regelungsart, die zudem auch
mehrere Betriebspunkte erlaubt, ist ein System mit verschiedenen
parallel angeordneten Pumpen, die je nach Leistungsbedarf
einzeln oder gemeinsam geschalten werden – ähnlich einer Kaskadensteuerung
von Druckluftkompressoren. Diese Anordnung
hat gegenüber der Variante mit einer Pumpe den Vorteil, dass
ein kontinuierlicher, allerdings stufenweise einstellbarer Teillast-
Förderstrom möglich ist. Damit ist der gänzliche Verzicht oder
die Verwendung eines nur kleineren Pufferbehälters möglich.
Darüber hinaus wird zusätzlich die Systemverfügbarkeit erhöht.
Drehzahlregelung.
Die Drehzahlregelung beeinflusst die hydraulische Leistung der
Pumpe und damit die Pumpenkennlinie. Bei einer Verdrängerpumpe
ist der Volumenstrom direkt proportional zur Drehzahl
(Hubfrequenz). Bei einer Kreiselpumpe hängt die abgegebene
hydraulische Leistung von der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads
ab. In Abhängigkeit vom Rohrleitungswiderstand stellt sich
dann ein Förderstrom ein. So lassen sich bei Kreiselpumpen durch
Drehzahlvariation der Druck und der Volumenstrom regeln, bei
Verdrängerpumpen hingegen lediglich der Volumenstrom.
Der Effekt einer reduzierten Drehzahl bei einer Kreiselpumpe ähnelt
dem Effekt eines reduzierten Laufraddurchmessers. Die Pumpenkennlinie
verschiebt sich im Q/H-Diagramm parallel nach links
unten. Bei Pumpensystemen, die nur Reibungsverluste haben und
keine statische Druckdifferenz überwinden müssen, bewegt sich
der Schnittpunkt der Kennlinien und damit der Betriebspunkt bei
Variation der Drehzahl entlang einer Linie konstanten Wirkungsgrades
(siehe Abbildung 16, Anlagenkennlinie 1). Ist die Pumpe
so ausgelegt, dass sie bei Volllast im Bestpunkt arbeitet, kann sie
durch Drehzahlregelung auch bei Teillast mit nahezu optimalem
Wirkungsgrad (η opt. ) gefahren werden. Solche Systeme sind zum
Beispiel Umwälzpumpen in geschlossenen Kreisläufen, wie z. B.
Heizsystemen. In diesen Fällen kann eine Drehzahlregelung im
Teillastbetrieb einen erheblichen Teil der Energiekosten einsparen.
Weniger stark ausgeprägt ist dieser Vorteil bei einem hohen statischen
Druckanteil (H stat. ) . Hier verschiebt sich der Betriebspunkt bei
Drehzahlreduzierung in einen schlechteren Wirkungsgradbereich
(siehe Abbildung 16, Anlagenkennlinie 2). Ein solches System ist z. B.
ein von einer Kreiselpumpe gespeister Dampfkessel. Die Form der
Pumpenkennlinie hat ebenfalls einen Einfluss auf die Energieeffizienz.
Bei steilen Kennlinien (z. B. axialen und halbaxialen Pumpen)
sind die Einsparungen größer als bei flachen (z. B. Radialpumpen).
n = 100 %
n = 90 %
opt
B
Förderhöhe H (%)
n = 80 %
n = 70 %
n = 60 %
Anlagenkennlinie 2
Anlagenkennlinie 1
n = 50 %
H stat.
n = 40 %
Förderstrom Q (%)
Abb. 16: Drehzahlregelung im Pumpensystem.
EnergieEffizienz lohnt sich.
19

120
Energieverbrauch in %
100
80
60
40
20
Bypass Drossel Zweipunkt Laufrad Drehzahl
Abb. 17: Vergleich des Energieverbrauchs bei verschiedenen Pumpenregelungsarten im Teillastbetrieb für ein ausgewähltes Anwendungsbeispiel.
Zusätzliche Vorteile der Drehzahlregelung sind die Verringerung
von Kavitationsgefahr, schwingungsanregenden Kräften
und hydraulischer Belastung der Pumpenlager. Die hydraulischen
Kräfte nehmen in etwa quadratisch mit der Reduktion
der Strömungsgeschwindigkeit an den Laufrädern ab. Somit
kann sich eine reduzierte Strömungsgeschwindigkeit verlängernd
auf die Lebensdauer der Lager auswirken.
Verallgemeinernd lässt sich feststellen, dass sich ein drehzahlvariabler
Antrieb fast immer rentiert, wenn das Lastprofil über
die Betriebszeit starke Unterschiede ausweist, der Anteil der
Reibungsverluste im Pumpensystem hoch ist und eine stufenweise
Regelung mit parallelen Pumpen nicht machbar oder
nicht wirtschaftlich ist.
Bei Elektromotoren kann die Drehzahlregelung durch Spannungs-
oder Frequenzumrichter bzw. über eine Polumschaltung
stufenweise erfolgen. Auch variable Kraftübertragungsmechanismen
wie stufenlose Getriebe kommen zum Einsatz.
Diese haben aber häufig hohe eigene Energieverluste. Weitere
Hinweise dazu finden sich im „Ratgeber Motoren und Antriebssysteme“.
4.3 Steuerung und Regelung von Pumpensystemen.
Neben der Steuerung der Pumpe direkt ergeben sich durch
Steuerung und Regelung auch diverse Einflussmöglichkeiten
auf das gesamte Pumpensystem. Beispielsweise kann durch entsprechende
Regelung der Ventile und Pumpen, abhängig
vom Betriebszustand oder vom aktuell zu bedienenden Prozess,
der optimale Förderstrom erreicht werden. Die Steuer- und
Regelungseinheit erfüllt also im Pumpensystem die Aufgabe,
jederzeit alle Systemkomponenten so aufeinander einzuregeln,
dass der bestmögliche Systemwirkungsgrad erreicht wird.
Durchflussregelung.
Bei der Drosselregelung wird der Förderstrom durch ein Regelventil
in der Rohrleitung reduziert. Diese Art der Regelung ist bei
Kreiselpumpen kleiner und mittlerer Leistungsgröße weit verbreitet.
Sie ist apparativ sehr einfach umzusetzen. Da sich beim
Drosseln des Ventils der Rohrleitungswiderstand erhöht, steigt
der Gegendruck an der Pumpe, wie in Abbildung 18 zu erkennen
ist. Es stellt sich entsprechend der Pumpenkennlinie ein geringerer
Förderstrom ein. Im Kennliniendiagramm ist abzulesen,
dass die Rohrleitungskennlinie mit zunehmender Drosselung
immer steiler wird und der Schnittpunkt der Kennlinien sich
nach links in Richtung kleinerer Förderströme verschiebt.
20
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

Die Drosselregelung verursacht aus zwei Gründen zusätzliche
Energieverluste: Zum einen wird am Regelventil hydraulische
Energie in Wärme umgewandelt. Zum anderen entfernt sich
der Betriebspunkt bei der Drosselung vom Auslegungspunkt
der Pumpe sowie des Motors und führt so in der Regel zu einer
Verschlechterung der Wirkungsgrade.
Eine Bypassregelung kann auch eingesetzt werden, wenn ein
immer wieder unterbrochener Förderstrom benötigt wird, aber
der Motor zum Schutz vor Überhitzung nicht so häufig geschaltet
werden darf. In diesem Fall werden höhere Energiekosten in
Kauf genommen, um die Instandhaltungskosten zu begrenzen.
Diese Art der Regelung ist aber nur zu empfehlen, wenn die
Förderunterbrechungen sehr kurz gegenüber den Zeiten unter
Volllast-Förderung sind.
Förderhöhe (Druck) H
Pumpenkennlinie
Anlagenkennlinie
Förderstrom Q
Drosselung
Abb. 18: Verschiebung des Betriebspunkts bei der Drosselung eines Regelventils.
Bei Verdrängerpumpen hingegen lässt sich der Förderstrom
nicht ohne weiteres durch Drosselventile in der Rohrleitung regeln,
da diese Pumpen konstruktiv bedingt bei einer konstanten
Drehzahl immer den gleichen Förderstrom liefern. Ein Regelventil
in der Rohrleitung kann jedoch zur Regelung des Druckes
verwendet werden, wobei dann Vorrichtungen dafür getroffen
werden müssen, dass die Pumpe nicht durch Fahren gegen ein
geschlossenes Ventil beschädigt wird. Eine Möglichkeit dafür ist
ein Bypass mit einem Sicherheitsventil. Verwendet man im Bypass
an Stelle des Sicherheitsventils ein Überströmventil, welches
einen konstanten Druck hält, kann das Regelventil in der Rohrleitung
auch zum Regeln des Volumenstroms verwendet werden.
Diese Variante wäre eine Mischform aus der Drosselregelung und
der nachfolgend beschriebenen Bypassregelung.
Regelung überprüfen und anpassen.
Bypass- und Drosselregelung können also zu hohen Energiekosten,
aber auch zu erhöhten Qualitäts-, Instandhaltungsund
Produktionsausfallkosten führen, wenn die Anlage oft in
Teillast betrieben wird. Im Volllastbetrieb sollte das Ventil fast
komplett geöffnet sein, wodurch nur minimale Druckverluste
auftreten. Ist dies nicht der Fall, sind ein Austausch des Regelventils
und die Anpassung der Pumpenleistung erforderlich.
Durch Alterung und Umbauten in der Anlage können sich die
Anlagenparameter so geändert haben, dass die Regelung nicht
mehr optimal auf die Prozessanforderungen angepasst ist. Aus
diesem Grund kann eine Neujustierung erforderlich sein. Eine
kontinuierliche Überwachung des Pumpensystems kann dabei
helfen, eine nicht effizient laufende Anlagenkomponente zu
identifizieren und entsprechende Optimierungsmaßnahmen zu
entwickeln.
4.4 Überwachung.
Der Ausfall einer Prozesspumpe führt unmittelbar zum Produktionsausfall
und verursacht damit Kosten, die den eigentlichen
Schaden an der Pumpe um ein Vielfaches übersteigen. Viele
Betriebsverantwortliche sind daher bemüht, sich anbahnende
Schäden im Vorfeld zu erkennen und die Verschleißteile im
Rahmen einer geplanten Instandsetzung auszutauschen. Diese
kann auf einen Zeitpunkt außerhalb der Hauptproduktionszeit
terminiert werden. Dadurch kann der Produktionsausfall minimiert
werden.
Bypassregelung.
Bei einer Bypassregelung wird ein Teil des Förderguts von der
Druckseite auf die Saugseite der Pumpe, z. B. in den Vorlaufbehälter,
zurückgeführt. Die Menge des zurückgeführten
Förderguts kann durch ein Regelventil oder bei Konstantdruckregelung
durch ein Überströmventil bestimmt werden. Die
Bypassregelung wird vor allem bei Verdrängerpumpen eingesetzt,
wo eine Drosselung des Volumenstroms nicht möglich ist.
Als weiteres Einsatzgebiet kommt die Mindestmengenregelung
bei Hochdruckkreiselpumpen zur Anwendung, mit der in
besonderen Betriebssituationen, wie z. B. beim Anfahren gegen
ein geschlossenes Ventil in der Rohrleitung, dafür gesorgt
wird, dass ausreichend Fördergut durch die Pumpe zirkuliert.
Hierdurch soll eine unzulässige Erwärmung des Förderguts
und eine damit einhergehende Belastung von Dichtungen und
Lagern vermieden werden.
Eine solche vorbeugende, zustandsorientierte Instandhaltung
setzt eine systematische Überwachung der Pumpe voraus – entweder
in ausreichend kurzen Zeitabständen oder sogar kontinuierlich.
Mit der ständigen Verbesserung und den sinkenden
Preisen von Sensoren und Messsystemen wachsen die Möglichkeiten,
verschiedene Betriebsgrößen umfassend zu beobachten.
Ein frühzeitiges Erkennen von Verschleiß trägt auch dazu
bei, dass schleichende Wirkungsgradverluste bemerkt werden,
die sonst unerkannt blieben, weil die Pumpenregelung sie sonst
einfach durch eine höhere Drehzahl ausgeglichen hätte. Durch
ein Vorziehen der Instandsetzung können mitunter beträchtliche
Energiekosten eingespart und vor allem eine teure korrektive
Instandhaltung vermieden werden.
EnergieEffizienz lohnt sich.
21

Methodische Ansätze.
Prinzipiell gibt es drei methodische Ansätze, die sich jeweils
aber auch untereinander kombinieren lassen:
1. Die einfachste und kostengünstigste Überwachung (Low-
Cost-Monitoring) erfolgt mit nur einem Sensor für die gesamte
Bandbreite der Schadensfälle. Oft ist dieser Sensor
ein Schwingungssensor, den es als preiswerte Ausführung,
beispielsweise als Klopfsensor im Automobilbau, gibt. Das
Ziel dieser Überwachung ist lediglich die Meldung an den
Betreiber, das Aggregat zeitnah zu prüfen.
2. An der Pumpe sind bereits Anschlussstellen für Messgeräte
oder Sensoren für die mobile Überwachung mit Datenlogger
installiert, sodass die Betriebsdaten in entsprechenden
Inspektionsintervallen diskontinuierlich erfasst werden
können. Eine Diagnose kann direkt vor Ort oder nach Auswertung
der Daten an einem zentralen Computer erfolgen.
Diese Art der Überwachung bedeutet gegenüber einer
netzwerkbasierten Überwachung einen geringeren Automatisierungs-,
aber dafür höheren Personalaufwand.
3. Zur leistungsfähigsten Variante zählt das kontinuierliche,
netzwerkbasierte Monitoring. Dabei erfassen mehrere
Sensoren dauerhaft den Betriebszustand des Systems mit
dem Ziel, neben der Überwachung des Istzustands auch
eine Rekonstruktion und Zuordnung möglicher Schäden
zu ermöglichen.
Die Wahl des Überwachungssystems hat auch Auswirkung auf
die Investitions- und Installationskosten, den Bedienungsaufwand,
die Instandhaltungs- und Produktionsausfallkosten und
mitunter auch auf die Energie-, Umweltschutz- und Qualitätskosten.
Zur Kontrolle des Pumpenzustands bieten sich je nach Bauteil
eine Vielzahl von Messgrößen an. Teilweise sind dies Größen,
die ohnehin für die Prozesssteuerung erfasst werden müssen.
Eine präzisere Diagnose erreicht man aber mit Sensoren, die
gezielt für die Überwachung geeigneter Messgrößen installiert
werden, wie z. B.:
Förderstrom und Förderhöhe/Druck.
Leistungsaufnahme.
Körper- und Flüssigkeitsschall.
Temperaturen.
Druckmessung.
Für den Betreiber bleibt das Manometer das preiswerteste und
auch das wichtigste Instrument, um den Betrieb der Pumpe zu
überwachen. Die Druckmessung zur Feststellung des Betriebspunkts
der Pumpe sollte in der Nähe von Druck- und Saugflansch
der Pumpe angebracht werden. Für die elektronische
Übertragung der Druckmesswerte werden Drucksensoren in
der Rohrleitung installiert. Diese elektronischen Druckgeber
sind insbesondere für die Drehzahlregelung erforderlich.
Durchflussmessung.
Mit der Durchflussmessung werden gleichzeitig mehrere zentrale
Aufgaben übernommen. So werden beispielsweise die
Istwerte für die Drehzahlregelung aufgenommen, die Kurven
zur Pumpen- und Anlagencharakteristik, aus denen sich der
Betriebspunkt der Pumpe ergibt, können erstellt und der
Trockenlauf kann verhindert werden. Es gibt eine Vielfalt von
Messgeräten, die sich in der Messmethode unterscheiden, z. B.
Messblenden, Ultraschall, magnetisch induktive Durchflussmessung
(MID) oder Ovalrad- und Turbinenradzähler. Die
Entscheidung, welches Messgerät verwendet werden kann, ist
abhängig von den Eigenschaften des Messstoffs und von den
Einsatzbedingungen. Ultraschall und magnetisch induktive
Durchflussmessung (MID) be nötigen eine beruhigte Strömung,
das heißt in Abhängigkeit vom Durchmesser müssen vor und
hinter dem Messgerät gerade Rohrstücke verwendet werden.
Bei MID ist zusätzlich eine elektrische Leitfähigkeit des Messstoffs
erforderlich. Bei den mechanischen Messgeräten entsteht
ein zusätzlicher Druckverlust, der mit steigender Zähflüssigkeit
gegenüber Wasser steigt. Bei Messblenden ist der Druckverlust
noch höher. Für die gelegentliche Messung an unterschiedlichen
Orten können auch tragbare Ultraschallgeräte verwendet
werden, die sich besonders für Betriebe eignen, bei denen
eine ständige Überwachung des Durchsatzes für die Produktion
nicht erforderlich ist (z. B. bei Kühlwasser).
Temperaturmessung.
Für die Temperaturmessung bieten die Zulieferer für Industriezubehör
preiswerte Infrarot-Handgeräte an. Für die ständige
Überwachung der Lagertemperatur oder der Temperatur des
Fördermediums sind jedoch elektronische Sensoren an den
entsprechenden Messstellen empfehlenswert.
Schwingungsmessung.
Ein typisches Verfahren zur Zustandsüberwachung von
Maschinen ist die Schwingungsüberwachung. Schwingungen
können als Schallwellen an festen Bauteilen und im Fördergut
gemessen werden. Beispielsweise kann durch die Messung des
Körperschalls bei Kreiselpumpen ein Rückschluss auf den Verschleiß
von Dichtungen und Lagern gezogen werden. Die Auswertungsmöglichkeiten
von Schwingungen sind mannigfaltig.
So können den verschiedenen Bauteilen einzelne Frequenzen
zugeordnet werden, deren Amplituden Hinweise auf den genauen
Ort des Defekts geben. Zur Veranschaulichung werden
hier einige Beispiele für eine Kreiselpumpe genannt:
Stärkere Amplituden bei Drehfrequenz der Pumpe geben
Hinweise auf Auswuchtprobleme.
Die zweifache Drehfrequenz gibt Hinweise auf Kupplungsprobleme.
Die Schaufelfrequenz (Drehfrequenz multipliziert mit
Anzahl der Schaufeln) gibt Hinweise auf den Verschleiß der
Schaufeln.
22
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

5 Instandhaltung und Wartung.
Um Pumpensysteme in einem funktionsfähigen und energieeffizienten
Zustand zu erhalten, bedarf es einiger technischer
und administrativer Maßnahmen. Es lohnt sich, die Instandhaltung
des Anlagenparks systematisch anzugehen und eine vorausschauende
Instandhaltungsstrategie für das Unternehmen
auszuarbeiten. Unter Instandhaltung lässt sich die Kombination
der nachfolgend beschriebenen Maßnahmen Wartung, Inspektion,
Instandsetzung und Verbesserung zusammenfassen.
Wartung.
Mit Wartung sind Maßnahmen zur Verzögerung des Abbaus
des vorhandenen Abnutzungsvorrats gemeint. Der Praktiker
versteht darunter das regelmäßige Reinigen, Schmieren, Nachstellen,
Prüfen von Flüssigkeitsständen und manchmal auch
den Austausch von Verschleißteilen. Außerdem hat ein Hersteller
in der Betriebsanleitung Angaben zu Art und Umfang
von Wartungsarbeiten zu machen. Darüber hinausgehende
Maßnahmen leiten sich aus den Ergebnissen der Inspektion ab.
Inspektion.
Unter Inspektion versteht man Maßnahmen zur Feststellung
und Beurteilung des Istzustands der Pumpe. Wichtig für die
Beurteilung des Istzustands ist die Kenntnis des Sollzustands.
Dazu sollten nach Auslieferung bzw. nach einer erfolgreichen
Generalüberholung Referenzwerte, beispielsweise hydraulische
Leistung, Temperatur und Schwingungen des Systems,
aufgenommen werden. Die Werte für neue oder grundüberholte
Pumpen sollten frühestens nach einer Stunde Betriebszeit
gemessen werden, da sich das Fett in den Lagern am Anfang
noch setzt und sich die Temperaturen erst einstellen müssen.
Instandsetzung und Verbesserung.
Unter Instandsetzung ist die Rückführung der Pumpe in den
funktionsfähigen Zustand, also in die Fähigkeit zur Erfüllung
der durch den Hersteller in der Bedienungsanleitung beschriebenen
bestimmungsgemäßen Verwendung, zu verstehen.
Werden bei diesem Vorgang Schwachstellen beseitigt, um die
EnergieEffizienz lohnt sich.
23

Funktionssicherheit zu erhöhen, ist dies bereits eine Verbesserung.
Wird dadurch jedoch die Funktion der Pumpe verändert,
dann ist dies eine Modifikation, die eine Neubewertung der
sicherheitstechnischen und energiebezogenen Aspekte erforderlich
macht. Bei Eingriffen in Geräte bzw. Maschinen erlischt
die Konformität des Herstellers, sobald die Sicherheit berührt
wird. Hier ist nach Abschluss der Arbeiten unter Umständen ein
erneutes Konformitätsbewertungsverfahren notwendig.
Überwachungs- und Instandhaltungsstrategie.
Die Wahl der richtigen Instandhaltungsstrategie ist die Schlüsselfunktion
zur Minimierung der Produktionsausfallkosten. Durch
ein netzwerkbasiertes Controlling-System kann bspw. jederzeit
eine Zustandsdiagnose vorgenommen und die Verfügbarkeit
weiter erhöht werden. Der Automatisierungsgrad hat aber auch
einen deutlichen Einfluss auf die Investitionskosten. Falls sich ein
solches Controlling-System nicht rentiert, sollte auf jeden Fall eine
alternative Überwachungsstrategie geplant werden .
Korrektive Instandhaltung.
Wird eine Anlage erst repariert, wenn ein Defekt sichtbar
geworden ist, dann handelt es sich um eine schadensbedingte
oder korrektive Instandhaltung bzw. Instandsetzung.
Dem Vorteil, dass die Lebensdauer der Bauteile dabei bis
zum Ende ausgenutzt wird, stehen zum Teil gravierende
Nachteile gegenüber. So kann mitunter der Ausfall eines an
sich preisgünstigen Bauteils erhebliche Folgeschäden an anderen
Anlagenteilen hervorrufen. Oft führen verschlissene
Bauteile, schon lange bevor sie einen Totalausfall hervorrufen,
zu Effizienzverlusten und Produktbeeinträchtigungen.
Hinzu kommt der mögliche Produktionsausfall, der nicht
planbar ist und deutlich höher ausfallen kann, als bei einer
geplanten Instandhaltungsmaßnahme.
Zustandsorientierte Instandhaltung.
Die zustandsorientierte Instandhaltung ist eine präventive
Strategie, bei der die Wartungs- bzw. Instandsetzungsintervalle
nicht starr vorgegeben sind, sondern der Zeitpunkt
für die Instandhaltung aus der Überwachung der Zustandsund
Betriebsgrößen festgelegt wird. Durch das Beobachten
der Maschine kann vorausgesagt werden, wann sich die Lebensdauer
eines Verschleißteils dem Ende zuneigt und es können
Defekte erkannt werden, bevor diese teure Folgeschäden
hervorrufen. Die erforderliche Überwachung der Messgrößen
kann kontinuierlich oder auf Anforderung erfolgen.
Bei der zustandsorientierten Instandhaltung ergänzen
sich die spezifischen Vorteile der beiden zuvor genannten
Strategien, nämlich die volle Ausnutzung der Komponentenlebensdauer,
mit den geringeren Instandsetzungs- und
Folgekosten der geplanten Instandhaltung. Für die Gesamtkostenoptimierung
müssen diese Einsparungen den Kosten
für die Überwachung gegenübergestellt werden.
Strategie der verbessernden Instandsetzung.
Früher war das höchste Ziel einer Instandsetzung, die Pumpe
nach Möglichkeit wieder in den Originalzustand zurückzubringen.
Diese Vorgehensweise übersieht, dass das Versagen
des Bauteils möglicherweise darauf zurückzuführen ist, dass
das Pumpendesign für den spezifischen Anwendungsfall
nicht optimal ist. In solch einem Fall ist die Instandsetzung
eine gute Gelegenheit für eine qualitative Aufwertung der
betroffenen Baugruppe. Einige fortschrittliche Unternehmen
haben es sich daher zur Strategie gemacht, solche Auszeiten
systematisch für eine Erhöhung der Zuverlässigkeit
und Verfügbarkeit zu nutzen.
Vorausbestimmte Instandhaltung.
Die intervallabhängige, vorausbestimmte Instandhaltung
versucht, durch den Austausch der Verschleißteile in vorgegebenen
Zeitabständen dem Verschleiß zuvorzukommen.
Erschwert wird diese Strategie durch die starke Varianz der
Lebensdauer von vielen Bauteilen. Der Planung der Wartungsintervalle
kommt daher eine wesentliche Bedeutung
bei der Gesamtkostenbetrachtung dieser Strategie zu. Zu
kurze Intervalle erhöhen die Kosten durch häufige Reparaturen
und damit einhergehendem geplantem Stillstand.
Zu lange Intervalle erhöhen das Risiko des ungeplanten
Produktionsausfalls mit Folgekosten, die mit einer korrektiven
Instandsetzung einhergehen. Die vorausbestimmte
Instandhaltung ist an den Stellen sinnvoll, wo kein Diagnosesystem
verfügbar oder wirtschaftlich einsetzbar ist und wo
ein redundanter Einbau der Pumpen zu teuer ist oder trotz
Redundanz teure Folgeschäden entstehen könnten.
24
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen.
Energieberatung
in Industrie und Gewerbe.
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was Unternehmen von einer guten Beratung erwarten
können, wie sie in der Regel abläuft, wie Unternehmen
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eines Beraters zu achten ist. Daneben informiert sie
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in Unternehmen. Sie befinden sich unter anderem
auf www.stromeffizienz.de, der zentralen Plattform für
In for mations- und Beratungsangebote der Initiative Energie-
Effizienz. Die Website stellt hier auch ergänzende Inhalte zu
Querschnitts technologien, Beratungsmöglichkeiten und
Förderungen bereit.
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Der Lebenszykluskosten-Rechner (LCC-Tool) für Pumpensysteme
ermöglicht die Gegenüberstellung zweier Pumpen systeme
hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Wirtschaftlichkeit.
Nach Eingabe technischer und wirtschaftlicher Daten
erhält der Nutzer als Ergebnis die jeweiligen LCC-Kostenkomponenten
zu den Pumpensystemen in Form einer Tabelle.
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aus dem Bereich Industrie und Gewerbe. Die vorgestellten
Projekte zeichnen sich durch eine hohe Energieeinsparung,
hervorragende Wirtschaftlichkeit und eine
gute Über tragbarkeit aus.
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Marktplatz Energieeffiziente Produkte.
Die Online-Plattform bringt Anbieter und Nachfrager energie -
effizienter Produkte zusammen und unterstützt somit die
Entwicklung des Marktes für Energieeffizienz. Der Marktplatz
umfasst derzeit für Unternehmen die Produktgruppen
Beleuchtung, Pumpen, Elektromotoren und Ventilatoren.
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Informationsplattform zur europäischen Top-Runner-
Strategie.
Die Plattform bietet Stakeholdern Hintergrundinforma tionen
zur Umsetzung der europäischen Top-Runner-Strategie
(Ökodesign-Richt linie, EU-Energielabel, EU-ENERGY STAR),
d. h. der europäischen Regelung rund um die Energieeffizienz
von Produkten.
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EnergieEffizienz lohnt sich.
25

Die Initiative EnergieEffizienz.
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine bundesweite Informationsund
Motivationskampagne, die private Verbraucher, Unternehmen
und öffentliche Institutionen über Vorteile und Chancen
der effizienten Stromnutzung informiert. Unternehmen aus Industrie
und Gewerbe zeigt die Initiative Möglichkeiten zur Steigerung
der Energieeffizienz auf und motiviert zur Umsetzung
von Maßnahmen. Das Leistungsspektrum der Initiative ist breit
gefächert und hält Angebote in verschiedenen Detaillierungsgraden
für jede Umsetzungsstufe von Energieeffizienzmaßnahmen
im Unternehmen bereit. Zu den Angeboten gehören unter
anderem technische Leitfäden zur Optimierung von Querschnittstechnologien,
Internettools zur Bewertung der Energie effizienzpotenziale
im Unternehmen, Beispiele für Referenzprojekte aus
der Praxis sowie ein Handbuch und ein Webspecial zum Energiemanagement.
Die Deutsche Energie-Agentur.
Die Deutsche Energie-Agentur (dena) ist das Kompetenzzentrum
für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente
Energiesysteme. Das Leitbild der dena ist es, Wirtschaftswachstum
zu schaffen und Wohlstand zu sichern mit immer
geringerem Energieeinsatz. Dafür kooperiert die dena mit
Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Gesellschafter
der dena sind die Bundesrepublik Deutschland, die
KfW Bankengruppe, die Allianz SE, die Deutsche Bank AG und
die DZ BANK AG.
www.dena.de
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine Kampagne der dena und
wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
www.stromeffizienz.de
Impressum.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Energiesysteme und Energiedienstleistungen
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel.: +49 (0)30 72 61 65-600
Fax: +49 (0)30 72 61 65-699
E-Mail: info@dena.de
www.dena.de
Redaktion.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Anton Barckhausen, Carsten Grohne, Ronald Ille
Layout.
BBS Werbeagentur GmbH
Druck.
Druckhaus Rihn GmbH
Stand.
12/2013
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem
Zustimmungsvorbehalt der dena.
26
Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.

EnergieEffizienz lohnt sich.
27

Art.-Nr. 1429
Für alle Fragen zur Energieeffizienz
in Industrie und Gewerbe:
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www.stromeffizienz.de
Eine Initiative von:
Gefördert durch:

ar
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

2
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

Inhalt.
1 Einführung in das Thema. .................................................................................................................................................................................... 5
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe. ....................................................................................................... 5
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete von Druckluft und Druckluftsystemen. ..................................................................... 5
2 Ansätze zur energetischen Optimierung von Druckluftsystemen. ..................................................................................................... 8
2.1 Erfassung des Istzustands. ......................................................................................................................................................................................... 10
2.2 Ermittlung des Bedarfs. .............................................................................................................................................................................................. 10
2.3 Bewertung der Energieeffizienz. ............................................................................................................................................................................ 11
2.4 Erfolgskontrolle. ............................................................................................................................................................................................................. 12
3 Energieeffiziente Drucklufterzeugung und Druckluftsysteme. .......................................................................................................... 13
3.1 Drucklufterzeugungsanlagen. ................................................................................................................................................................................ 13
3.1.1 Verdichterbauarten. .................................................................................................................................................................................................... 14
3.2 Druckluftaufbereitung. .............................................................................................................................................................................................. 17
3.2.1 Flüssigkeitsabscheidung. ............................................................................................................................................................................................ 17
3.2.2 Drucklufttrocknung. .................................................................................................................................................................................................... 18
3.2.3 Filtration. .......................................................................................................................................................................................................................... 19
3.3 Verteilung. ......................................................................................................................................................................................................................... 20
3.3.1 Speicherung. .................................................................................................................................................................................................................... 21
3.3.2 Rohrleitung. ..................................................................................................................................................................................................................... 22
3.4 Wärmeanfall und Wärmerückgewinnung. ....................................................................................................................................................... 23
4 Steuerung, Regelung und Überwachung. ...................................................................................................................................................... 25
4.1 Übergeordnete Steuerungen. ................................................................................................................................................................................... 26
4.2 Diskontinuierliche Regelungen. ................................................................................................................................................................................ 27
4.3 Kontinuierliche Regelungen. .................................................................................................................................................................................... 27
4.4 Überwachung. ................................................................................................................................................................................................................ 29
5 Instandhaltung und Wartung. .......................................................................................................................................................................... 29
6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen. ................................................................................................................................... 30
Impressum. .............................................................................................................................................................................................................. 31
EnergieEffizienz lohnt sich.
3

4
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

1 Einführung in das Thema.
1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienz in
Industrie und Gewerbe.
Etwa ein Drittel des Endenergieverbrauchs in Deutschland
– rund 700 TWh pro Jahr – entfällt auf die Industrie. Die
steigenden Energiepreise werden dabei für immer mehr
Unternehmen zu einem spürbaren Kostenfaktor. Industrielle
Querschnittstechnologien bieten branchenübergreifend große
Energie- und damit Kosteneinsparpotenziale. Wie zahlreiche
Beispiele aus der Praxis zeigen, sind diese Investitionen in die
Energieeffizienz – insbesondere bei Druckluftsystemen – in der
Regel hochrentabel.
Mit jährlich rund 16 TWh kommt Druckluft auf einen Anteil
von ca. 7 Prozent am industriellen Stromverbrauch. Dabei ist
Druckluft ein relativ kostenintensiver Energieträger. Die Kosten
entstehen hauptsächlich durch die Energie, die zur Verdichtung
der Luft benötigt wird. Mit zunehmendem Druck und
größerer Menge an benötigter Druckluft steigen die Bereitstellungskosten.
Der vorliegende Ratgeber zeigt, wie Druckluftsysteme energetisch
optimiert und damit Energieverbrauch und -kosten deutlich
gesenkt werden können. Dabei gilt: Der (Druckluft-)Verbraucher
bestimmt die Kosten. Daher empfiehlt es sich, in einem
ersten Schritt zunächst die druckluftnutzenden Verbraucher
zu identifizieren und im Hinblick auf die Parameter Druck,
Druckluftmenge und Qualität zu bewerten. Danach können die
weiteren Systemkomponenten – Verteilung (Rohrnetz), Aufbereitung
(Trocknen und Filtern) sowie Erzeugung (Kompressoren)
– optimal auf die Verbraucher eingestellt und das System
als Ganzes optimiert werden.
1.2 Technische Grundlagen und Einsatzgebiete
von Druckluft und Druckluftsystemen.
Druckluft ist ein vielseitig verwendbarer Energieträger. Die
Vorteile von Druckluftanwendungen liegen in der Gefahrlosigkeit
dieses Energieträgers, der Schnelligkeit und Präzision
von Druckluftantrieben und der hohen Kraft bei gleichzeitig
geringem Gewicht von Druckluftwerkzeugen. Eine weitere
besondere Eigenschaft von Druckluftgeräten ist die Einsatzmöglichkeit
in Explosionsschutzbereichen. So sorgen beispielsweise
Druckluft-Hebezeuge in Lackieranlagen dafür, dass keine
Funken entstehen können.
Die Erzeugung von Druckluft erfolgt mittels Kompressoren.
In der Praxis haben sich Schrauben- oder Kolbenverdichter
verbreitet. Beide Systeme speisen einen Druckluftspeicher, der
die Druckluft stetig und zeitlich unabhängig von den Erzeugeraggregaten
im System bereitstellt (siehe dazu Abschnitt 2).
Die Häufigkeit, in der Druckluft nachgeliefert werden muss, ist
abhängig von der verwendeten Druckluftmenge und dem Zustand
des Druckluftsystems. Leckagen führen zu permanentem
Druckverlust, der durch unplanmäßig häufigen Einsatz des
Kompressors ausgeglichen werden muss und somit zusätzlich
Energie verbraucht.
Arbeits- bzw. Energieluft.
Arbeitsluft ist neben Strom das wichtigste Energieübertragungsmedium
der Industrie. Seit Jahren weist die Pneumatik
als wichtiges Anwendungsfeld für Druckluft zweistellige
Wachstumsraten auf. Ohne Pneumatik ist ein automatisierter
industrieller Fertigungsprozess heute kaum noch vorstellbar.
Schnelligkeit, Präzision, Flexibilität und Miniaturisierung der
Komponenten spielen dabei eine wichtige Rolle. Arbeits- bzw.
Energieluft findet insbesondere auch bei Arbeitswerkzeugen,
wie z. B. Schlagschraubern, eine weit verbreitete Anwendung.
Aktivluft.
Von Aktivluft ist die Rede, wenn Druckluft als Transportmedium
genutzt wird. Aktuelle Anwendungsbeispiele sind der Schüttguttransport,
das Bewegen der Schiffchen bei Webmaschinen
oder der Einsatz bei der Luftlagerung. Am Beispiel der Luftlagerung
lassen sich einige Vorteile der Druckluft gut aufzeigen.
Laser zum Anvisieren von Geosatelliten z. B. müssen exakt ausgerichtet
und automatisch nachgeführt werden. Um die nötige
Präzision zu erreichen, ist das optische System luftgelagert. Die
Luftlager lassen völlig ruckfreie und stufenlose Teleskopbewegungen
zu, sorgen für hohe Messgenauigkeit und schützen vor
Vibrationen. Ohne Druckluft wären solche modernen Verfahren
zur Erdvermessung kaum realisierbar.
Prozessluft.
Ist Druckluft direkt als Prozessmedium in bestimmte Verfahren
eingebunden, spricht man von Prozessluft. Gängige Anwendungsbereiche
sind Trocknungsprozesse, die Belüftung von
Klärbecken oder Gärluft für Fermentationsprozesse.
Industrielles Vakuum.
Eng verwandt mit der Druckluft ist die industrielle Vakuumtechnik,
mit der verschiedene Anwendungsfälle abgedeckt
werden können. Dazu zählen Verpacken, Trocknen, Spannen,
Saugen, Anheben, Positionieren und vieles mehr. Diese Art
der Vakuumapplikation kommt in immer mehr Branchen zur
Anwendung. Beispielhaft sei die Elektronikindustrie genannt,
in der es in der Produktion auf höchste Präzision bei größtem
Output ankommt. Im Sinne einer „clean production“ sorgen
äußerst präzise, sehr kleine Vakuumpumpen unter Reinstraumbedingungen
für das exakte Handling von Platinen und ihre
Bestückung mit Mikrochips. Die gleichmäßige, geregelte Saugluft
„greift“ den Chip und platziert ihn genau an der richtigen
Stelle auf der Leiterplatte.
EnergieEffizienz lohnt sich.
5

Druckangaben und Druckniveaus
Wie in der Praxis üblich, beziehen sich alle hier genannten
Druckangaben auf den Überdruck gegenüber dem atmosphärischen
Druck. Dieser resultiert aus der Luftsäule und beträgt
nach ISO-Norm 1.013,25 hPa, das entspricht 1,01325 bar. Eine
Druckangabe von 1 bar bedeutet demnach einen Absolutdruck
von 1 bar + 1,01325 bar = 2,01325 bar.
Unterschiedliche Anwendungen erfordern verschiedene Druckniveaus.
In den seltensten Fällen ist es wirtschaftlich vertretbar,
die gesamte Bedarfsmenge auf den höchsten benötigten Druck
zu verdichten und anschließend den Druck für Anwendungen
mit geringem Druckbedarf wieder zu reduzieren. Deshalb ist
es nötig, die Druckbereiche zu kategorisieren und geeignete
Druckluftsysteme einzusetzen.
Standarddruckanwendungen.
Der Standarddruck pneumatischer Komponenten beträgt in
fast allen Fällen 6,3 bar. Das bedeutet, dass z. B. die Kraft eines
Haltezylinders mit 6,3 bar angegeben ist. Die Kraft errechnet
sich durch das Produkt aus Druck und Kolbenfläche. Wird eine
größere Kraft benötigt, sollte nicht der Druck im Druckluftsystem
erhöht, sondern ein größerer Zylinder gewählt werden, da
der Durchmesser der Kolbenfläche in diese Formel quadratisch
eingeht. So wird sichergestellt, dass der Druck im Gesamtsystem
nur wenig oberhalb der benötigten 6 bar liegt.
Da das 6-bar-Arbeitsluftsystem am weitesten verbreitet ist, gibt
es für diese Leistungsstufe eine Vielzahl von Anwendungen
sowie Aufbereitungs- und Erzeugungskomponenten.
Niederdruckanwendungen.
In Bereichen von 2 bis 2,5 bar Überdruck spricht man von
Niederdruckanwendungen. Meistens werden hier rotierende
Verdrängerkompressoren zur Erzeugung eingesetzt, für große
Mengen auch Turbokompressoren.
Ist eine Vielzahl von Niederdruckverbrauchern vorhanden, so
ist die Installation einer eigenen Niederdruckversorgung energetisch
und wirtschaftlich sinnvoll. Der Einsatz von Druckminderern,
die ihre Luft aus einem Arbeitsdrucknetz mit z. B. 7 bar
erhalten, wird so vermieden.
Hochdruckanwendungen.
Für den Druckbereich oberhalb von 10 bar kommen für die
Drucklufterzeugung oszillierende Verdrängerkompressoren,
wie Kolben- oder Membrankompressoren, zum Einsatz.
Bei großen Luftmengen können auch Radial-Turbokompressoren
wirtschaftlich sein, wenn Druckerhöhungskompressoren,
sogenannte Booster, eingesetzt werden. Sie versorgen einzelne
Hochdruckverbraucher aus dem Standardnetz heraus und
rentieren sich, wenn dadurch ein zusätzliches eigenständiges
Hochdrucknetz vermieden werden kann. Sowohl die Verbraucher
als auch die Netze und Aufbereitungskomponenten in
Hochdrucksystemen weisen in Abhängigkeit des Betriebsdrucks
deutlich höhere Wandstärken zur Verhinderung eines
möglichen Zerberstens auf.
Vakuum- und Gebläseanwendungen.
Dieser Bereich reicht vom Grobvakuum bis in den Überdruckbereich
von etwa 1 bar. Mit Drehschieber- und Vakuumpumpen
sowie Wälzkolben- und Seitenkanalgebläsen können diese
Druckniveaus sehr wirtschaftlich erzeugt werden.
Im Bereich des industriellen Vakuums kann dieses mittels
Druckluft erzeugt werden. Aufgrund des hohen Energieeinsatzes
zur Drucklufterzeugung sollte dies aber nur dann
genutzt werden, wenn keine speziellen Vakuumpumpen
eingesetzt werden können – die für diesen Einsatzbereich
energie effizienteste Lösung.
6
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

EnergieEffizienz lohnt sich.
7

2 Ansätze zur energetischen Optimierung von
Druckluftsystemen.
Bei der energetischen Optimierung von Druckluftsystemen sollte
in einem ersten Schritt das Gesamtsystem vom Verbraucher bis
hin zum Erzeuger betrachtet werden, da der Verbraucher das
Druckniveau, die Menge und die Qualität der erforderlichen
Druckluft bestimmt. Alle davorliegenden Systemkomponenten
(Erzeugung, Aufbereitung, Regelung, Speicher, Verteilung und
ggf. Wärmerückgewinnung) sollen dabei ohne Beeinträchtigung
dieser Parameter arbeiten. Folgende Darstellung gibt einen
ers ten Überblick über den Aufbau eines Druckluftsystems (hier
sortiert von 1 Erzeugung bis 4 Verbraucher), ergänzt durch Informationen
zu den notwendigen Schritten zur energetischen
Optimierung. Details finden sich in den folgenden Abschnitten.
8
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

Erzeugung.
Bei der Investition in Drucklufterzeuger empfiehlt es
sich, den tatsächlichen Bedarf im Auge zu behalten.
Vor der Auswahl gilt es daher, alle Möglichkeiten zur
Senkung des Druckluftbedarfs – beispielsweise Anpassen
des Systemdrucks an den Verbrauch, Minimierung
von Druckverlusten im System – in der Planung zu
berücksichtigen.
Bei der Auswahl der Kompressoren sollte auf einen
möglichst hohen Wirkungsgrad geachtet werden.
Eine optimale Abdeckung des tatsächlichen Bedarfs
lässt sich entweder durch einzelne Kompressoren mit
drehzahlgeregeltem Antrieb oder durch mehrere
kleinere Kompressoren zur Abdeckung des Grund-,
Mittel- und Spitzenlastverbrauchs erzielen.
2 Speicherung und Regelung.
Der Verbrauch an Druckluft ist in der Regel nicht
konstant, sondern schwankt zyklisch mit dem
Produktionsablauf. Mehrere kleine Kompressoren
können mithilfe einer Druckbandregelung im
Gegensatz zu wenigen großen Erzeugern flexibel
kombiniert werden, um den schwankenden Bedarf
optimal abzudecken.
Um zu häufige Laständerungen an den Kompressoren
zu vermeiden, bietet sich der Einsatz eines
ausreichend großen Pufferspeichers an. Die Spitzenleistung
der Druckluftanlage kann in diesem Fall
geringer ausgelegt und die gesamte Anlage kleiner
und kostengünstiger betrieben werden.
Verteilung
4
Zentraler Verbraucher
4
Zweiter
Verbraucher
Luftansaugung
Speicherung
und Regelung
Kompressor
Erzeugung
Aufbereitung
Druckluftspeicher
3
Verteilung.
4
Verbraucher.
Bei der Verteilung der Druckluft von der Erzeugung
zum Verbraucher entstehen oft erhebliche Verluste.
Zu geringe Leitungsquerschnitte oder Rohrarmaturen
wie 90°-Krümmer verursachen hohe Druckverluste.
Werden Druckverluste für das gesamte
System dokumentiert, kann bei Abweichungen
un mittelbar reagiert werden. In jedem Fall empfiehlt
es sich, das System regelmäßig systematisch auf
Leckagen hin zu untersuchen.
Die Ausgestaltung eines Druckluftsystems wird maßgeblich
durch die integrierten Verbraucher (z. B.
Druckluftwerkzeuge) bestimmt. Da verschiedene
Verbraucher unterschiedliche Anforderungen an
das Druckluftniveau stellen, sollte für eine energieeffiziente
Ausgestaltung eine Zusammenfassung
von Verbrauchergruppen und darauf angepasst die
Auslegung des Gesamtsystems erfolgen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
9

2.1 Erfassung des Istzustands.
Die Bereitstellung von Druckluft verursacht Kosten von ca. 1,75
bis 3 Cent pro Kubikmeter Luft. Bei Druckluftanlagen mit wenigen
Betriebsstunden machen die Stromkosten nur etwa 20 Prozent
der Betriebskosten aus, bei rund um die Uhr laufenden Einheiten
können es bis zu 80 Prozent sein. Bei Druckluftsystemen
werden durchschnittlich etwa 25 Prozent der zugeführten elektrischen
Energie in Nutzenergie umgewandelt. Der größte Teil fällt
als Wärmeenergie an. Dies verdeutlicht die Kosten, die mit der
Nutzung von Druckluft verbunden sind und macht die hohen
Einsparpotenziale bei den Betriebskosten deutlich, die durch die
Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen zu erreichen sind.
Ein Kernproblem ist die oftmals fehlende Kostentransparenz.
Denn sind die tatsächlichen Gesamtkosten der Druckluftnutzung
nicht bekannt, ist der finanzielle Anreiz für Optimierungsmaßnahmen
gering. Daher sind organisatorische Maßnahmen mit
der Zielsetzung, ein Kostenbewusstsein zu schaffen, sowie ein
kontinuierliches Druckluft-Management mindestens ebenso
wichtig wie die Optimierungsmaßnahmen an den Anlagen selbst.
Für die Bewertung des Istzustands sind die Energiekosten, die
Instandhaltungskosten sowie die Bedienungskosten von hoher
Bedeutung. Die Energiekosten werden anhand des Strombedarfs
für Erzeugung und Aufbereitung ermittelt. Wird ein System zur
Wärmerückgewinnung genutzt, so ist der Wert der genutzten
Abwärme von den Energiekosten abzuziehen.
Instandhaltungskosten lassen sich aus Werkstattberichten und
Daten des Einkaufs ermitteln. Hierbei gilt es, realistisch abzuschätzen,
wie hoch der nicht dokumentierte Anteil ist. Falls keine
internen Verrechnungssätze existieren, werden die Arbeitszeiten
mit einem realistischen Stundensatz verrechnet, der sich an
marktüblichen Stundensätzen orientiert.
Die Bedienungskosten müssen meist abgeschätzt werden, da das
Personal in der Regel nicht nur für die Druckluftversorgung zuständig
ist. Ist eine Abgrenzung zu den Instandhaltungskosten
schwierig, so können diese Kostengruppen auch zusammengefasst
werden.
Neben den Kosten sind die technischen Komponenten des Druckluftsystems
zu erfassen. Dies beginnt im ersten Schritt mit der Aufnahme
von Anlagen-, Raum- und Rohrschemata. Hierdurch ist es
möglich, einen Überblick über das Gesamtsystem zu gewinnen.
Durch den Einsatz von Messtechnik werden relevante Parameter
wie Druckniveau, Menge und Qualität ermittelt (siehe Abbildung 1).
Die Aufzeichnung der Leistungsaufnahme der Verdichter (Last-/
Leerlaufmessungen) ermöglicht die Darstellung des Lastprofils,
das in Abhängigkeit der Produktionsintensität oft bereits erste
Möglichkeiten der Effizienzsteigerung sichtbar werden lässt.
Abb. 1: Messtechnik.
Leckagen lassen sich durch Messungen bei Betriebsruhe näherungsweise
erfassen oder produktionsunabhängig durch eine
Auswertung der Druckverläufe ermitteln. Druckmessungen
können an verschiedenen Stellen des Netzes mittels synchronisierter
Druckaufnehmer durchgeführt werden. Durch Eintragen
der Druckwerte auf einer Zeitachse werden so die Druckabfälle
sichtbar.
Die Luftqualität ist schwieriger zu ermitteln. Während der
Feuchtegehalt der Druckluft einfach an verschiedenen Abnahmestellen,
z. B. an Kupplungen, ermittelt werden kann, sind
Staub- und Ölmessungen komplexer und meist nicht einfach
durchführbar. Entsprechend sollte bei der Analyse des Istzustands
die Notwendigkeit dieser Messungen genau abgewogen
werden. Hier hilft die Einschätzung eines Energieberaters.
Die Kontrolle von Schaugläsern in Wartungseinheiten zählt
ebenfalls zur Beurteilung des Istzustands des Druckluftsystems.
Sind z. B. Korrosionsrückstände zu beobachten, ist dies ein Indiz
für Verschleiß, der zu Beeinträchtigungen am Druckluftsystem
führen kann.
2.2 Ermittlung des Bedarfs.
Im Anschluss an die Bestandsaufnahme des vorhandenen Druckluftsystems
sind der tatsächliche Bedarf der Verbraucher und der
hierfür notwendige Arbeitsdruck zu ermitteln. In diesem Stadium
bietet es sich an, auch die Notwendigkeit zur Verwendung von
Druckluft oder das bereitgestellte Druckluftniveau für bestimmte
Arbeitsschritte neu einzuschätzen. Ggf. bestehen einfache Lösungen,
hier auf andere Weise und damit energieeffizienter zu verfahren.
Ein weiterer, die Effizienz der Drucklufterzeugung wesentlich
beeinflussender Faktor sind die räumlichen Bedingungen des
Aufstellortes der Erzeuger- und Speichereinheiten. So verursachen
z. B. direkte Sonneneinstrahlung oder andere Wärme emittierende
Aggregate im Kompressorraum zusätzliche Wärmelasten, was
zu erhöhter Verdichterleistung und damit steigendem Energieverbrauch
führt.
10
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

Ebenfalls sollten eine Bewertung der Leitungsarten und -längen
sowie die Ausführung der Leitungen (z. B. Starr- oder Spiralleitung)
bei der Bedarfsermittlung erfolgen. Wie sich z. B. die
Druckverluste abhängig von der Leitungsart darstellen, kann im
Abschnitt 3.3.2 nachgelesen werden.
Bei der Beurteilung der Verwendung von Druckluft sollte beachtet
werden, dass beispielsweise Druckluftwerkzeuge für einen
bestimmten Arbeitsdruck ausgelegt sind (üblicherweise 6,3 bar).
Es handelt sich dabei um den sogenannten Fließdruck, der sich
einstellt, wenn die Ventile geöffnet sind, d. h. das Medium fließt.
Die Messung des Fließdrucks kann z. B. durch ein beim Arbeiten
vor das Werkzeug geschaltetes Manometer oder durch einen
Werkzeugsimulator erfolgen. Der Fließdruck ist in der Regel
niedriger als der sogenannte statische Betriebsdruck, der sich
am Manometer vor einem geschlossenen Ventil ablesen lässt.
Tabelle 2 zeigt, dass sich die reine Bohrzeit durch den um weniger
als 10 Prozent geringeren Druck um 60 Prozent erhöht. Dabei
ist ein um 0,5 bar zu geringer Arbeitsdruck keineswegs die Ausnahme,
sondern in vielen Fällen die Regel. Für das Beispiel der
Bohrmaschine würden sich die Arbeitskosten um über 3.000 Euro
erhöhen:
bei
verlängerter Bohrzeit
Arbeitskosten
36 Minuten/Tag
30 €/h
folgen pro Jahr Mehrkosten für
Arbeit 3.600 €
Tab. 3: Beispielhafte Arbeitsmehrkosten durch verlängerte Bohrzeit.
Ist das Druckniveau dauerhaft zu hoch, verursacht die Drucklufterzeugung
unnötig hohe Energiekosten. Das Unterschreiten
des optimalen Arbeitsdrucks führt zu einer verminderten Leistung
des Werkzeugs. Tabelle 1 zeigt am Beispiel einer druckluftbetriebenen
Winkelschleifmaschine den Materialabtrag
in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck:
Arbeitsdruck
Materialabtrag
in % in bar in % in kg/h
100 6,3 100 5,5
92 5,8 82 4,5
84 5,3 72 4
Tab. 1: Reduzierung der Produktivität einer Winkelschleifmaschine mit
abnehmendem Druck.
Das Beispiel zeigt, dass bereits ein um 0,5 bar zu niedriger
Arbeitsdruck zu einer deutlichen, überproportionalen Senkung
der Produktivität führt. Damit steigen nicht nur die Produktions-,
sondern auch die Energiekosten. Zwar sinkt der Luftverbrauch
pro Zeiteinheit, aber durch die längere Arbeitszeit erhöht sich
der absolute Luftverbrauch pro Werkstück.
Am Beispiel einer Bohrmaschine (siehe Tabelle 2) wird der Einfluss
eines zu geringen Fließdrucks an der Abnahmestelle auf die
Gesamtkosten deutlich. Die Reduktion des Fließdrucks resultiert
dabei häufig aus einer Einengung im Rohrnetz und/oder der
Zuleitung zum Werkzeug.
Arbeitsdruck in bar
Bohrzeit (Bsp.) in s
6,3 2,0
5,8 3,2
Tab. 2: Bohrzeit einer druckluftbetriebenen Bohrmaschine in Abhängigkeit vom
Druckniveau.
2.3 Bewertung der Energieeffizienz.
Die Energieeffizienz eines Systems wirkt sich einerseits auf die
Betriebskosten aus, andererseits ist sie aber auch ein Indiz für
den Zustand, in dem sich der Komplex oder Einzelkomponenten
in einem Gefüge befinden. Um zu ermitteln, an welchen Stellen
Energieeffizienzpotenziale vorhanden sind, ist es wichtig,
die Situation von Verbraucher- bzw. Anwendungsseite her zu
betrachten. Oft genügen bereits kleine Neujustierungen oder
geringe Investitionen, um den Gesamtzustand des Systems wieder
in ein Optimum zu versetzen, etwa wenn Leckagen an verschlissenen
Anschlussstellen auftreten oder ein Filter zugesetzt ist.
Die Betrachtungsreihenfolge stellt sich dann wie folgt dar:
Druckluftanwendungen und -verbraucher
Druckluftverteilung (inkl. Anschlussschläuchen und
Kupplungen)
Druckluftaufbereitung
Drucklufterzeugung (Kompressor)
Für eine Einordnung der Ergebnisse der Energieeffizienzbewertung
empfiehlt sich auch der Vergleich von Kennzahlen
(Benchmarking). Unternehmen, die über mehrere Standorte
mit ähnlicher Produktion verfügen, sollten die Chance zu einem
internen Benchmarking nutzen.
Selbst ein sehr gut optimiertes System wird ineffizient, wenn es
nicht den sich ändernden Anforderungen angepasst wird. Umbaumaßnahmen
müssen koordiniert und die Energieeffizienz
überwacht werden. Dafür sind Kontrollmechanismen nötig.
Das effiziente Nutzerverhalten kann durch entsprechende Aufklärung
und eine verbrauchsnahe Volumenstromerfassung
gefördert werden.
Im Folgenden werden einige Beispiele für Bereiche vorgestellt,
in denen Druckverluste auftreten können. Dabei wird an dieser
Stelle – wie oben dargelegt – in umgekehrter Richtung des
EnergieEffizienz lohnt sich.
11

Druckluftstroms vorgegangen – von den Druckluftverbrauchern
bzw. den Anschlüssen über die Druckluftverteilung bis hin zur
Drucklufterzeugung. Wenn z. B. bei den Verbrauchern festgestellt
wird, dass diese auf dem falschen Druckniveau betrieben
werden oder sich bei der Verteilung deutliche Einsparpotenziale
ergeben, können bei der Untersuchung der Erzeugung und Aufbereitung
andere Optionen und Leistungsparameter berücksichtigt
werden.
Auf den letzten Metern zum Verbraucher, unabhängig ob Druckluftwerkzeug
oder pneumatischer Aktor, entstehen oft die größten
Verluste. Eine Ursache für die häufig ineffiziente Gestaltung
der Anschlussstellen am Verbraucher ist, dass diese nicht als
Teil des Gesamtsystems konzipiert und optimiert, sondern bei
der Inbetriebnahme neuer Werkzeuge in kurzfristigen Aktionen
dem Bedarf angepasst wurden. Eine Vielzahl unnötiger Kupplungen
sowie ggf. auch falsche Schlauchdurchmesser können
den Energieverbrauch in der Summe deutlich ansteigen lassen.
Zur Verringerung von Druckverlusten sollte insbesondere bei
Anschlussschläuchen mit ihren Strömungsumlenkungen und
geringeren Durchmessern darauf geachtet werden, diese möglichst
kurz zu halten. Dies gilt insbesondere für Spiralschläuche,
die aufgrund ihrer Bauart bereits eine gewisse Länge einnehmen.
Auch ein passender Schlauchdurchmesser verringert Druckverluste,
die ansonsten bei Übergängen von einem Durchmesser
auf den anderen entstehen können.
Vor allem selbstentlüftende Schnellkupplungen – insbesondere
jene aus Messing – verursachen zusätzliche Druckverluste (0,6 bis
1,3 bar Fließdruck). Grund ist eine im Luftstrom liegende Absperrung.
Moderne Schnellkupplungen reduzieren die Verluste auf
ca. 0,2 bar und machen sich innerhalb kürzester Zeit bezahlt.
Sie sind häufig nach dem Prinzip eines Kugelhahns gebaut oder
besitzen, bei Standardkupplungen mit Verschlusskörper, eine
strömungsoptimierte Form.
Im Betrieb eines Druckluftsystems entstehen durch das Durchströmen
von Aufbereitungskomponenten (z. B. Filter) zum Teil
hohe Druckverluste. Um diese gering zu halten, sollte die Druckluftaufbereitung
auf ein notwendiges Minimum reduziert werden.
Druckverluste an den Anschlussstellen bedeuten nicht nur
zusätzliche Energiekosten. Wird der Druckverlust durch eine
höhere Druckeinstellung am Kompressor ausgeglichen, steigen
automatisch alle anderen Kostenarten, insbesondere auch die
Instandhaltungskosten. Durch die höhere Belastung der Druckerzeugung
und aller nachgeschalteten Stufen verringert sich
die Lebensdauer, was langfristig zusätzliche Anschaffungs- und
Installationskosten nach sich zieht. Werden vor einer Erneuerung
der Drucklufterzeugung die Schwachstellen an den Arbeitsplätzen
nicht behoben, muss der Kompressor größer als nötig
dimensioniert werden.
Weitere Hinweise zu Schwachstellen und Möglichkeiten zur
Hebung von Energieeffizienzpotenzialen finden sich in den
folgenden Kapiteln.
2.4 Erfolgskontrolle.
Durch eine Erfolgskontrolle werden die gesetzten Ziele mit den
tatsächlichen Ergebnissen verglichen. Anhand dieses Soll-Ist-
Ver gleichs wird bewertet, ob die Einstellparameter eingehalten
werden und ob die erwartete Energieeffizienzsteigerung erreicht
wurde. Bei Nichterreichen ist eine Ursachenanalyse und ggf. eine
erneute Optimierung zu planen.
Die Durchführung der Erfolgskontrolle sollte von zentraler Stelle
erfolgen, etwa in der Person eines Druckluftbeauftragten, der in
einer techniknahen Abteilung angesiedelt ist. Bei Unternehmen
mit einem betrieblichen Energiemanagement kann diese Aufgabe
auch durch den Energiemanager ausgeführt werden. Gerade
bei Unternehmen mit verschiedenen Standorten ist es sinnvoll,
eine übergeordnete Instanz zu schaffen, die Wissen ansammeln
und Vergleiche (Benchmarking) durchführen kann.
12
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

3 Energieeffiziente Drucklufterzeugung und
Druckluftsysteme.
Druckluftsysteme bestehen neben der Erzeugereinheit und
dem Kompressor mit der Aufbereitungseinheit zusätzlich aus
dem Verteilungssystem und der Steuer- und Regelungseinheit.
Das Verteilungssystem beginnt an der Erzeugereinheit und
beinhaltet die Speicherung und das Rohrleitungssystem mit
seinen diversen Ventilen, Drosseln und weiteren, den Druck beeinflussenden
Komponenten. Es mündet in der Anwendung, sei
es ein Druckluftwerkzeug (z. B. Schlagschrauber) oder verschiedenste
Arbeitsmaschinen oder Transportsysteme. Hinweise zur
Energieeffizienz in der Verteilung finden sich in Abschnitt 3.3.
Die Aufrechterhaltung des Drucks wird durch die Steuer- und
Regelungseinheit mithilfe diverser Messgeräte und Sensorik
überwacht. Kapitel 4 geht hierauf genauer ein.
Da der weit überwiegende Anteil der Kosten eines Druckluftsystems
im Betrieb anfällt, gilt ein besonderes Augenmerk den
Energiekosten, den Instandhaltungskosten sowie der Verfügbarkeit
und damit den möglichen Produktionsausfallkosten.
Die Anschaffungs- sowie die Installationskosten treten bei der
Betrachtung der Lebenszykluskosten des Gesamtsystems dahinter
zurück.
und Antriebssysteme.“). Hinzu kommen Kühl- und Schmiervorrichtungen,
Öl- und Wasserabscheider, Ansaugluftfilter sowie
Mess- und Regelvorrichtungen (siehe Abbildung 2). Kompressoren
werden oft als Gesamtsystem auf einem Rahmen vormontiert
und sind lärm- und schwingungsgedämpft.
An die Erzeugung schließen sich die Anlagen an, welche die
Druckluft auf die definierte Qualität hinsichtlich der Kriterien
Feuchte, Staub- und Ölgehalt behandeln. Drucklufterzeugung
und Aufbereitung sind oft in einem speziellen Kompressorraum
untergebracht, der auch Vorkehrungen zur Luftzufuhr und zum
Wärmeabtransport enthält. Druckluftspeicher finden sich häufig
in räumlicher Nähe des Kompressorraums. Hinweise zur Dimensionierung
der Druckluftspeicher finden sich im Abschnitt 3.3.1.
3.1 Drucklufterzeugungsanlagen.
Die wesentlichen Komponenten einer Drucklufterzeugungsanlage
sind der Verdichter (Kompressor) und sein Antrieb (weitere
Details zu energieeffizienten Antrieben siehe „Ratgeber Motoren
Abb. 2: Komponenten einer Drucklufterzeugungsanlage.
EnergieEffizienz lohnt sich.
13

Der theoretische Energiebedarf für die Verdichtung ist abhängig
vom Ansaug- und Enddruck (Verdichtungsverhältnis) sowie der
Art der Zustandsänderung. Die theoretisch ideale, isotherme
Verdichtung erfordert den geringsten Arbeitsaufwand. Isotherm
bedeutet, dass sich die Temperatur des Gases bei der Verdichtung
nicht verändert. In realen Anlagen ist dies allerdings nicht
möglich und es ist in jedem Fall ein Temperaturanstieg zu
ver zeich nen. Bei guter Kühlung des Verdichters kann diese
Temperaturänderung jedoch minimiert werden.
In der Praxis sind die theoretischen Werte deshalb nicht erreichbar,
weil der Verdichtungsvorgang mit Energieverlusten behaftet ist.
Gute Druckluftverdichter zeichnen sich durch einen Leistungsbedarf
aus, der 45 Prozent über dem theoretischen Optimum bei
der adiabaten (real, mit Temperaturänderung) Verdichtung liegt.
Die Verdichtungsleistung wird z. B. als spezifische Leistung in
Kilowatt pro Kubikmeter Luft und Minute angegeben. Für den
Standarddruckbereich (7 bis 8 bar Überdruck) sind 7,5 kW
installierte Elektromotorenleistung pro Kubikmeter Druckluft
pro Minute ein guter Wert. Mit zunehmender Motorengröße
nimmt der spezifische Leistungsbedarf in der Regel ab.
Umgekehrt können die spezifischen Angaben auch in kWh pro
Kubikmeter umgerechnet werden. Bei einem Standarddruck
von 7 bis 8 bar Überdruck werden ca. 7,5 kW elektrische Motorleistung
benötigt, um 1 Normkubikmeter Druckluft pro Minute
zu erzeugen. In einer Stunde sind dies 60 Kubikmeter bei einer
Leistungsaufnahme von 7,5 kWh, d. h. für einen Normkubikmeter
werden 0,125 kWh elektrische Energie eingesetzt.
3.1.1 Verdichterbauarten.
Für die Komprimierung der Luft steht eine Vielzahl verschiedener
Verdichter (Kompressoren) zur Verfügung, die je nach
Bauart für bestimmte Anwendungsfälle geeignet sind. Anhand
der Parameter Druck, Luftmenge und Luftqualität kann in einer
ersten Betrachtung die Vielzahl der möglichen Entscheidungskombinationen
eingegrenzt werden.
Grundsätzlich lassen sich die Kompressoren nach ihrem Verdichtungsprinzip
in Strömungs- und Verdrängermaschinen (siehe
Abbildung 4) unterteilen.
Abb. 3: Spezifischer Leistungsbedarf bei der Drucklufterzeugung.
Abbildung 3 zeigt, wie die Energieeffizienz der Drucklufterzeugung
anhand der Einordnung des jeweiligen Arbeitspunkts der
Anlage beurteilt werden kann.
Abb. 4: Verdichterbauarten.
14
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

Kompressoren einer Bauart können sich zusätzlich durch
folgende Parameter unterscheiden:
ein- oder mehrstufige Ausführung
Betrieb mit oder ohne Zwischenkühlung
Einsatz von Schmier- und Kühlmitteln (z. B. Wasser oder Öl)
oder kühlmittelarmer/-freier Betrieb
Strömungsmaschinen übertragen ihre Energie durch rotierende
Laufräder auf das Gas. Sie zeichnen sich durch einen kontinuierlichen
Luftstrom aus, der bei steigendem Gegendruck abnimmt.
Typische Beispiele sind Turbokompressoren wie Axial- und
Radialkompressoren.
Verdrängermaschinen sind z. B. Hubkolben- oder Schraubenkompressoren.
Sie arbeiten ähnlich wie Verdrängerpumpen,
in denen das eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen mechanisch
verdrängt und in eine Umgebung mit höherem Druckniveau
ausgeschoben wird. Im Gegensatz zu inkompressiblen Flüssigkeiten
wird jedoch das Gas dabei komprimiert. Kompressoren
nach dem Verdrängerprinzip zeichnen sich dadurch aus, dass
der Luftstrom weitgehend unabhängig vom Gegendruck ist und
nur durch die Frequenz des Antriebs beeinflusst wird. Sie lassen
sich noch einmal unterteilen in oszillierende Kompressoren, wie
z. B. Hubkolben- oder Membranverdichter, und rotierende, wie
Schrauben- oder Drehkolbenkompressoren.
In Abbildung 5 sind die verschiedenen Verdichterbauarten in
ihren üblichen Anwendungsfeldern in Bezug auf Druckniveau
und Menge der erzeugten Druckluft dargestellt. Die Energieeffizienz
einer Verdichtereinheit hängt damit unmittelbar von
ihrem Einsatzgebiet und der zu erzeugenden Druckluftqualität
ab. Bei der Bedarfsermittlung und der anschließenden Auswahl
eines Druckluftkompressors sollte darauf geachtet werden. Exemplarisch
werden hierzu im Folgenden drei Kompressorarten
vorgestellt, die in der Praxis häufig eingesetzt werden.
bar
Abb. 5: Anwendungsfelder der verschiedenen Verdichtungsbauarten.
EnergieEffizienz lohnt sich.
15

Turbokompressoren.
Turbokompressoren verdichten die Luft, indem sie zunächst über
schnell drehende Laufräder kinetische Energie übertragen, die
dann in den Statoren durch Strömungsumlenkung in statischen
Druck umgewandelt wird. Dabei kommen unterschiedliche Laufradformen,
wie z. B. Radial- oder Axialläufer, zum Einsatz.
Die Laufradbauform entscheidet über das Verhältnis von
Volumenstrom zum Gegendruck. Radialkompressoren passen
sich steigendem Gegendruck sehr stark durch eine Reduzierung
des Volumenstroms an. Sie sind eine weit verbreitete Form der
Turbokompressoren. Üblich sind 2- bis 4-stufige Kompressoren
mit einer Wasserkühlung zwischen jeder Stufe sowie einem Nachkühler
und Kondenswasserabscheider. Radialkompressoren
können eine große Bandbreite von Drücken und Volumenströmen
abdecken. Sie werden tendenziell eher bei Bedarf an größeren
Förderströmen eingesetzt. Axiale Verdichter kommen nur bei
sehr großen Luftströmen zum Einsatz, wo sie besonders effizient
arbeiten. Turbokompressoren arbeiten schmiermittelfrei. Da es
sich um sehr schnell drehende Maschinen handelt, ist eine sorgfältige
Überwachung und fachgerechte Instandhaltung wichtig.
Eine Vibrationsüberwachung auf den Wellen ist empfehlenswert.
Kolbenkompressoren.
Kolbenkompressoren arbeiten nach demselben Prinzip wie Fahrradpumpen.
Der Kolben saugt während des Abwärtshubs Luft aus
der Atmosphäre und schiebt diese beim Aufwärtshub auf die
Druckseite des Kompressors. Ein Saug- und ein Druckventil regeln
dabei die Flussrichtung. Für hohe Volumenströme werden Kolbenkompressoren
mehrzylindrisch, für hohe Drücke mehrstufig
ausgeführt. Typische Einsatzfelder sind Anlagen, bei denen nur
kleine Volumenströme bei hohen Drücken gebraucht werden.
Doppelt wirkende Kolbenkompressoren haben zwei Kammern.
Sie saugen und komprimieren parallel bei jeder Hubrichtung.
Mehrstufig und wassergekühlt werden sie in großen Anlagen
eingesetzt und gehören zu den sehr effizienten Verdichtern.
Sie können allerdings bei ungenügender Kapselung Lärm und
Schwingungen übertragen.
Schraubenkompressoren.
Schraubenkompressoren schieben die Luft zwischen zwei
parallelen Drehkolben entlang ihres Gewindes, wobei der zur
Verfügung stehende Raum nach und nach verringert wird. Zur
Schmierung und vor allem zum Wärmeabtransport wird häufig
Öl oder Wasser als Kühlschmiermittel in die Luft eingespritzt.
Solche einspritzgekühlten Schraubenkompressoren verdichten
einstufig bis auf 15 bar und zweistufig bis auf 20 bar Höchstdruck.
Bei ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren sind die beiden
Läufer spielfrei gelagert und werden durch ein außerhalb des
Kompressionsraums angebrachtes Synchrongetriebe angetrieben,
damit sie sich nicht berühren. Sie arbeiten einstufig bis 3 bar und
zweistufig mit Zwischenkühlung bis zu einem Druckbereich von
10,5 bar.
Schraubenkompressoren sind sehr weit verbreitet und für eine
Vielzahl unterschiedlicher Druck- und Volumenstromstufen
erhältlich. Sie zeichnen sich im Vergleich zu Turbokompressoren
durch geringere Anschaffungs- und Wartungskosten aus.
Aufgrund ihrer geringen Größe und des niedrigen Gewichts
fallen bei der Installation auch verhältnismäßig geringe Kosten
an. Darüber hinaus entstehen gegenüber Kolbenkompressoren
geringere Lärmemissionen.
16
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

3.2 Druckluftaufbereitung.
Die Aufbereitung der komprimierten Luft dient der Sicherung
der Produktqualität, der Schonung von Werkzeugen und Anlagen
sowie der Gewährleistung von Umwelt- und Arbeitsplatzsicherheit.
Luft kann eine Vielzahl von Stoffen enthalten, die ab
einer gewissen Konzentration Schäden verursachen können.
Typische Schadstoffe in diesem Sinne sind:
Feuchtigkeit (Wasser)
Öl, Staub, Keime
Salzkristalle
sonstige Luftschadstoffe
Feuchtigkeit ist bereits in der Umgebungsluft enthalten. Da
komprimierte Luft aber weniger Wasser aufnehmen kann als
entspannte Luft, fällt das Wasser in Druckluftanlagen als Kondenswasser
aus. Dabei kann es weitere Stäube und Schadstoffe
an sich binden und eine aggressive Wirkung entfalten.
Öl wird durch öleinspritzgekühlte Kompressoren in die Luft abgegeben,
kann aber auch schon in der angesaugten Umgebungsluft
enthalten sein.
Stäube und Schadstoffe entstammen der Atmosphäre. Durch die
Kompression erhöht sich ihre volumenbezogene Konzentration.
Ob die Konzentration als schädlich für das System angesehen werden
muss, hängt stark vom Anwendungsfall ab und sollte in jedem
Fall bei der Planung einer Aufbereitungsanlage geklärt werden.
Die Kosten der Druckluftaufbereitung resultieren sowohl aus
dem Energieeinsatz zum Betrieb als auch aus dem Druckverlust,
der beim Durchströmen der Aufbereitungskomponenten entsteht.
Dieser Druckverlust muss in Form eines höheren Ausgangsdrucks
an den Kompressoren ausgeglichen werden und erhöht
dadurch auch die Energiekosten des gesamten Systems.
Aus diesem Grunde sollte immer genau so viel Druckluftaufbereitung
wie nötig und so wenig wie möglich eingesetzt werden.
Benötigen einzelne Verbraucher eine bessere Druckluftqualität
als die Mehrzahl, so kann es sinnvoll und kostengünstig sein, für
diese erhöhten Qualitätsanforderungen eine sogenannte Endstellenaufbereitung
am Verbraucher einzusetzen.
3.2.1 Flüssigkeitsabscheidung.
In den meisten Kompressoren wird die erzeugte Druckluft vor
dem Austritt aus dem Kompressor auf eine Temperatur knapp
oberhalb der Raumtemperatur abgekühlt. Durch diese Abkühlung
im Nachkühler entsteht Kondensat, das neben dem bereits
vorhandenen Kondensat abgeschieden wird. Der folgende
Aufbereitungsschritt in einem Druckluftsystem ist die weitere
Abscheidung von Kondensat in der Druckluft. Hierzu wird am
Kompressoraustritt ein Zyklonabscheider oder ein Druckbehälter
installiert. Der Zyklonabscheider nutzt die Massenträgheit
zur Abscheidung, indem er die Luft in eine wirbelartige Drehbewegung
versetzt. Bei einem Druckluftbehälter haben die
Wasser tröpfchen Zeit, um zum Boden zu schweben. Beide
Systeme verbessern die Leistungsfähigkeit der Druckluftaufbereitung,
da erhebliche Mengen an Flüssigkeit bereits hier abgeschieden
werden. Sie ersetzen aber nicht die Drucklufttrocknung,
da nach diesen Abscheidern die Druckluft zu 100 Prozent
mit Wasserdampf gesättigt ist und durch jede weitere Abkühlung
Wasser in flüssiger Form anfallen kann.
Kondensat ist umweltgefährdender Abfall, für dessen Aufbereitung
der Gesetzgeber entweder die sachgerechte Entsorgung
durch Fachfirmen oder die Aufbereitung vor Ort mit geeigneter
Technik vorsieht.
Kondensationsableiter.
Das bei Verdichtung, Vorabscheidung sowie Trocknung anfallende
Kondensat muss kontinuierlich aus dem Druckluftsystem
entfernt werden. Bei fehlender Abführung kann das
Kondensat zu starken Korrosionsschäden im Leitungsnetz
sowie bei den nachgeschalteten Prozessen führen. Aus ölfreien
Kompressoren stammendes Kondensat ist aufgrund der höheren
Temperaturen der Verdichter geringfügig sauer, d. h. es
wirkt wie eine schwache Säure. Kondensat aus öleingespritzten
Kompressoren ist eher basisch.
Die Aufgabe der Kondensatableitung übernehmen automatische
Kondensatabscheider. Dabei gibt es verschiedene Bauarten, die
sich durch die Funktionsweise und die entstehenden Betriebskosten
unterscheiden:
Schwimmerkondensatableiter funktionieren mechanisch.
Das Kondensat sammelt sich in einem kleinen Druckbehälter.
Abhängig vom Füllstand wird durch einen Schwimmer ein Ventil
geöffnet und das Kondensat abgeführt. Schwimmerkondensatableiter
sind kostengünstig, aber schmutzempfindlich. Ein nicht
gereinigter Schwimmerableiter kann dauerhaft undicht werden
und somit wie eine Leckage wirken.
Zeitgesteuerte Ventile öffnen in einem einstellbaren Zeitintervall.
Sie sind je nach Ausführung auch in Systemen mit hohen
Drücken einsetzbar. Da das Ventil aber unabhängig vom wirklichen
Kondensatanfall regelmäßig geöffnet wird, kann neben
dem Kondensat auch Druckluft entweichen und ggf. hohe
Druckluftverluste verursachen.
Bei niveaugeregelten Ableitern (Abbildung 6) misst ein Füllstandsgrenzwert-Geber
die im Kondensatableiter vorhandene
Kondensatmenge. Beim Erreichen des oberen Füllstandswertes
(Ni2) öffnet sich ein Ventil. Das Kondensat entweicht so lange, bis
der untere Füllstand (Ni1) erreicht ist und das Ventil wieder schließt.
Diese Systeme haben zwar höhere Anschaffungskosten, durch
geringere Druckluftverluste reduzieren sich aber im Vergleich
zu anderen Kondensatableitern die entstehenden Energiekosten.
EnergieEffizienz lohnt sich.
17

Abb. 6: Niveaugeregelter Ableiter.
3.2.2 Drucklufttrocknung.
Verlässt die komprimierte Luft den Kompressor, ist sie trotz Flüssigkeitsabscheidung
zu 100 Prozent mit Wasserdampf gesättigt. Zur
Vermeidung von Kondensatbildung im Rohrleitungssystem und
an den Verbrauchern muss die Luft noch weiter getrocknet werden.
In welchem Maße eine Trocknung erfolgen muss, hängt von
der Druckluftanwendung ab. Luft kann in Abhängigkeit von der
jeweiligen Temperatur nur einen begrenzten Anteil an Wasserdampf
auf nehmen. Wird bei 100 Prozent Luftfeuchte die Temperatur
re duziert, bildet sich Kondensat. Die Temperatur, bei der aus
der Luft Kondensat ausfällt, wird auch Taupunkttemperatur genannt.
Der Taupunkt ist die Temperatur, bei der das Luft-/Dampfgemisch
mit dem jeweiligen Mischungsverhältnis gerade zu 100 Prozent
gesättigt ist. In der Drucklufttechnik wird der Trocknungsgrad
der Druckluft durch die Taupunkttemperaturen definiert.
Abb. 7: Funktionsweise der Kältetrockner.
Integrierte Wärmeübertragersysteme, die Luft-/Luft-Wärmeübertrager,
Kältemittel-/Luft-Wärmeübertrager und Kondensatabscheider
in einer Baukomponente vereinen, sind aufgrund
niedrigerer Differenzdrücke gegenüber einer Einzelanlage
energieeffizienter (siehe Abbildung 8).
Im Folgenden werden die wichtigsten Trocknungsverfahren
vorgestellt, die die Druckluftfeuchte auf die Anforderungen der
Verbraucher einstellen.
Kältetrocknung.
Im Kälte-Drucklufttrockner wird die Druckluft in einem Wärmeübertragersystem
gekühlt. Wasser- und Öldampf werden durch
Kondensation, Öltröpfchen durch Koagulation und Koalition
entzogen. Dies bedeutet, dass sich die feinen Tröpfchen und
Aerosole zu größeren Tröpfchen zusammenschließen und dann
zusammen mit dem Wasser aus dem System abgeleitet werden.
Da die Kondensation an sogenannten Keimen beginnt, werden
auch Stäube durch die Drucklufttrocknung abgeführt.
Um eine hohe Energieausnutzung zu erreichen, ist die Kälte-
Drucklufttrocknung in zwei Phasen unterteilt. In der ersten Phase
wird die warme, einströmende Druckluft im Luft-/Luft-Wärmeübertrager
durch die bereits gekühlte, austretende Druckluft
gekühlt. Schon hier fallen ca. 70 Prozent des entzogenen Wasserdampfs
aus. In der zweiten Phase durchströmt die Druckluft einen
Kältemittel-/Luft-Wärmeübertrager. Hier wird das Kondensat
weiter bis auf den geforderten Drucktaupunkt abgekühlt.
Ein Kondensatabscheider ist dem Wärmeübertragersystem
nachgeschaltet und trennt das Kondensat von der Druckluft
(siehe Abbildung 7).
Abb. 8: Wärmeübertrager mit integriertem Kondensat abscheider (Demister).
Kälte-Drucklufttrockner sind in Druckluftnetzen Stand der
Technik und für viele Anwendungsfälle das wirtschaftlichste
Verfahren zur Trocknung der Druckluft. Mit Kältetrocknern
werden Drucktaupunkte von +2 bis +3°C erreicht. Kühlt die
Druckluft unter den Drucktaupunkt ab, z. B. in kalten Wintern
bei außenliegenden, nicht geheizten Rohrleitungen, kann
auch dann noch Kondensat bzw. sogar Eis im Netz entstehen.
Adsorptionstrocknung.
Adsorptionstrockner entziehen der Druckluft die mitgeführte
Feuchtigkeit durch ein Trockenmittel (Adsorbens). Der Dampf
lagert sich an der Oberfläche des Adsorbens an. Durch die Aufkonzentrierung
geht das Wasser in den flüssigen Zustand über.
Während in einem ersten Behälter die Adsorption stattfindet,
erfolgt zeitgleich in einem zweiten Behälter die Regeneration,
also die Trocknung des Adsorptionsmittels zur Wiederverwertung.
Mit Adsorptionstrocknern werden Drucktaupunkte zwischen
–20 °C und –70 °C erreicht. Für die Regeneration stehen unterschiedliche
Verfahren zur Verfügung. Abhängig von der Art,
wie Adsorbens und Adsorbat (die adsorbierte Flüssigkeit) wieder
getrennt werden, spricht man von kalt- oder warmregenerierenden
Adsorptionstrocknern.
18
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

Bei der Kaltregeneration (siehe Abbildung 9) wird ein Teil der
bereits getrockneten Druckluft durch das zu regenerierende
Adsorbens geleitet und aus dem System abgeblasen. Dabei wird
die Flüssigkeit mitgerissen. Den wegen der einfachen Technik
geringen Investitionskosten für diese Aufbereitungsanlage steht
ein hoher Druckluftverbrauch gegenüber. Dies hat aufgrund des
höheren Leistungsbedarfs bei der Drucklufterzeugung auch
höhere Investitions-, Wartungs- und Energiekosten zur Folge.
Abb. 9: Kaltregeneration.
Bei der Warmregeneration (siehe Abbildung 10) wird erwärmte
Umgebungsluft oder erwärmte Luft aus dem Druckluftsystem
durch das Adsorbens geleitet. Wird zur Erwärmung eine
elektrische Heizung benutzt, können hohe Energiekosten
anfallen. Eine wirtschaftlichere Alternative stellt in diesem Fall
eine Wärmerückgewinnungsanlage dar, die große ohnehin
anfallende Wärmemengen nutzt. Bei ölfreien Kompressoren
kann auch die sehr heiße Druckluft zur Regeneration genutzt
werden. Dieses Heat-of-Compression-Prinzip bietet wirtschaftliche
Vorteile, wenn die Ansprüche an die Ölfreiheit und den
Taupunkt hoch sind.
Eine weitere Variante der Warmregeneration ist die Gebläseoder
Vakuumpumpenregeneration. Hier fördert ein Gebläse
Umgebungsluft durch die Heizung und das Trockenmittelbett
bzw. eine hochtemperaturtaugliche Vakuumpumpe saugt die
über ein Heizregister erwärmte Außenluft über dem Adsorptionsmittel
ab. Nach der Heizphase wird mit Umgebungsluft und
Druckluft gekühlt. Die Nutzung von Umgebungsluft zur Kühlung
reduziert den Druckluftverbrauch, ist aber nur bei geringer Luftfeuchtigkeit
möglich.
Alle kalt oder warm regenerierten Adsorptionstrockner sind mit
einer zeitabhängigen Steuerung ausgerüstet. Eine gute Ergänzung
hierzu ist die beladungsabhängige Steuerung. Dabei registriert ein
Sensor beim Trockneraustritt die Änderung des Drucktaupunkts
und passt den Zyklus des Trockners automatisch an die Lastsituation
an. Die beladungsabhängige Steuerung kompensiert mögliche
Teillastsituationen und reduziert somit die Betriebskosten.
Membrantrockner.
Der Membrantrockner ist eine Ergänzung und Alternative zu den
üblichen Kälte- und Adsorptionstrocknern und vor allem für
geringere Volumenströme geeignet. Als Endstellentrockner bei
kleinen Druckluftmengen, bei nicht kontinuierlichem Betrieb
oder bei Anwendungen ohne elektrische Energie hat sich der
Membrantrockner bewährt. Zentrales Element dieser Membrantrockner
sind Polymer-Hohlfasermembranen, die Wasserdampf
leicht hindurchdiffundieren lassen.
Bei der Drucklufttrocknung ist immer auch ein Blick auf den mit
der verwendeten Technik verbundenen Energieverbrauch nützlich.
Zwar ist für die Auswahl der Trocknungstechnik zunächst
der zugrundeliegende Anwendungsfall maßgeblich, es lassen
sich aber z. B. durch Wärmerückgewinnungssysteme dennoch
Energieeffizienzpotenziale, etwa bei der Warmregeneration,
erschließen und nutzen.
3.2.3 Filtration.
Im Gegensatz zur Membrantrocknung, die zur Abtrennung des
Wasserdampfs dient, werden bei der Filtration echte Filterstufen
eingesetzt, um Verunreinigungen zu entfernen. Die Luft wird
durch den Filter geleitet und die Verunreinigungen werden
somit zurückgehalten. Zu den Verunreinigungen zählen hauptsächlich
der Ölnebel von ölgeschmierten bzw. öleinspritzgekühlten
Kompressoren sowie Stäube und Kohlenwasserstoffe
aus der Umgebungsluft, die in der Druckluft in konzentrierter
Form enthalten sind. Im Filter entsteht durch die Durchströmung
ein Druckverlust. Zudem wird Bewegungsenergie durch Reibung
in Wärmeenergie umgesetzt. Dieser Druckverlust am Filter ist
vom Kompressor auszugleichen. Dabei gilt folgende Regel: Je
höher der Filtrationsgrad und somit der Reinheitsgrad der Luft,
desto höher der Differenzdruck. Dies führt dazu, dass im vorgeschalteten
Kompressor mehr Energie aufgewendet werden muss.
11 kW
22 kW
30 kW
45 kW
75 kW
110 kW
Abb. 10: Warmregeneration.
Abb. 11: Energiekosten durch Druckabfall. Annahme: 6.000 Betriebsstunden pro Jahr,
Strompreis 14 Cent/kWh.
EnergieEffizienz lohnt sich.
19

Abbildung 11 zeigt, welche Energiekosten durch den Kompressor
verursacht werden, um den durch einen Filter verursachten
Druckabfall auszugleichen. Für jedes bar Druckabfall wurde
ein zusätzlicher Energiebedarf von 8 Prozent angesetzt. Die
zusätzlichen Energiekosten können mehrere Tausend Euro pro
Jahr betragen und die ursprünglichen Anschaffungs- bzw. Austauschkosten
bei weitem überschreiten. Durch die Wahl eines
geeigneten Filters können folglich erhebliche Energieeffizienzpotenziale
gehoben werden.
Dabei ist zu beachten, dass die meisten Hersteller den Differenzdruck
des Filters im sogenannten unbeladenen Zustand angeben.
Da das Filterelement allerdings beim Einsatz sofort benetzt,
d. h. beladen wird, sollte für den Vergleich von Filtern gleicher
Filtrationsklasse der benetzte Zustand herangezogen werden.
Filterelemente sollten regelmäßig, das heißt mindestens ein Mal
pro Jahr oder spätestens bei einem Differenzdruck von 0,35 bar,
gewechselt werden. Davon ausgenommen sind Aktivkohlefilterelemente.
Hier sollte eine Standzeit von 1.500 Betriebsstunden
bzw. drei Monaten nicht überschritten werden. Abhängig von
der Eintrittstemperatur und dem Ölgehalt der Druckluft kann die
Standzeit mitunter aber auch deutlich geringer ausfallen.
Zusätzlich sollte der Punkt der Betriebssicherheit eines Filters
besondere Beachtung finden. Diese hängt primär von der Qualität
der eingesetzten Werkstoffe, der Qualität der Herstellung
und den konstruktiven Eigenschaften des Filters ab. Hier ist der
individuelle Aufbau der Filter zu bewerten. Abstriche bei der
Betriebssicherheit bedeuten zusätzliche Qualitäts-, Wartungssowie
gegebenenfalls auch Stillstands- und Produktivitätskosten.
Abb. 12: Anstieg des Druckverlusts über einen Filter während der Nutzungsdauer.
Ebenfalls bedeutend ist der rechtzeitige Austausch von mit
Schmutz beladenen und somit im Differenzdruck gestiegenen
Filterelementen. Wie in Abbildung 12 dargestellt, steigt der Differenzdruck
eines neuen Filterelements zunächst sehr langsam
an. Je länger das Element in Betrieb ist, desto schneller steigt der
Differenzdruck. Erfolgt kein Austausch, so können die Kosten zur
Deckung des zusätzlich entstehenden Druckverlustes den Preis
eines Austauschelements mitunter um ein Vielfaches übersteigen.
3.3 Verteilung.
Die Aufgabe der Druckluftverteilung ist es, die Druckluft ohne
Beeinträchtigung von Druckniveau, Menge und Qualität zu den
Verbrauchern zu leiten. Druckluftleitungen müssen demnach
ausreichend dimensioniert sowie möglichst leckagefrei sein
und dürfen die Qualität der Druckluft nicht verschlechtern. Da
Druckluftleitungen sehr langlebig sind, lohnt sich die Investition
in qualitativ hochwertige Leitungen, z. B. indem rostfreie Werkstoffe
eingesetzt werden.
Dokumentation des Leitungsnetzes.
Druckluftnetze können, insbesondere wenn sie längere Zeit
nicht energetisch optimiert wurden, beachtliche Energieeffizienz-
20
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

potenziale aufweisen. Daher empfiehlt es sich, das Druckluftnetz
zur Durchführung einer systematischen Optimierung zunächst
ausführlich zu dokumentieren. Eine vollständige Dokumentation
beinhaltet die Beschreibung der Streckenabschnitte mit
Durchmesser und Längen, eine Inventarisierung der wesentlichen
Armaturen, Einbauten und Luftverbraucher sowie eine
Erfassung der Messwerte für Druckverluste, Leckagemengen
und Luftqualitäten sowie der Druckwerte an den Arbeitsplatzanschlüssen.
Die notwendigen Werte für Druckverluste und
Leckagen ergeben sich aus entsprechenden Messungen innerhalb
des Systems.
Rohrinnen -
durchmesser
Druckabfall Investi tions -
kosten
90 mm 0,04 bar 10.000 € 175 € p. a.
Energie kosten
zur Kompen sation
des Druck ab falls
70 mm 0,2 bar 7.500 € 700 € p. a.
50 mm 0,86 bar 3.000 € 3.815 € p. a.
Tab. 4: Folgekosten durch zu geringe Durchmesserwahl.
Zur Bewertung der möglichen Investitionskosten sind die
Material- und Montagekosten der verschiedenen Rohrsysteme
zu vergleichen (siehe Tabelle 4). Bei der Wahl des Rohrmaterials
und des Leitungsquerschnitts sollte der individuelle Bedarfsfall
mit seiner jeweiligen technischen Anforderung im Vordergrund
stehen. Eine falsche Dimensionierung kann zu Mehrkosten im
Betrieb führen. Die Gegenüberstellung von Betriebs- und Optimierungskosten
hilft bei der wirtschaftlichen Einschätzung von
geplanten Energieeffizienzmaßnahmen.
Anforderungen an die Luftqualität.
Für die Qualität der Druckluft ist neben der Art der Druckluftaufbereitung
auch die Korrosionsfestigkeit des Leitungssystems
entscheidend. Ölkohleablagerungen, Wasseranfall oder Rost
mindern die Luftqualität gravierend.
3.3.1 Speicherung.
Die Hauptaufgabe von Druckluftspeichern ist die Speicherung
und kurzfristige Bereitstellung von Luftmengen auf einem
bestimmten Druckniveau. Durch Druckluftspeicher lässt sich die
erforderliche Kompressorspitzenleistung verstetigen. Auf diese
Weise kann der Leistungsbezug für die Drucklufterzeugung
verringert und kostengünstiger gestaltet werden. Neben den
zentralen Speichern können bei kurzzeitigen Spitzenlasten auch
dezentrale Speicher direkt am Verbraucher eingesetzt werden.
Druckluftspeicher sollten im Zweifel eher größer als kleiner
ausgewählt werden. Der Einfluss der Speicherbehälter auf die
Wirtschaftlichkeit eines Druckluftsystems ist davon abhängig,
wie groß der Druckverlust zwischen dem Druckmesspunkt (Sollwert
der Steuerung) und dem Ort der Druckluftspeicherung ist.
Im Normalfall sollte er nicht größer als 0,1 bar sein. Zu berücksichtigen
ist auch, dass in Abhängigkeit des Druckinhaltsproduktes
(Druck * Volumen) unterschiedliche Prüfintervalle gemäß
EU-Druckbehälterverordnung zusätzliche Kosten verursachen.
Zentrale Druckluftspeicher.
Der zentrale Druckluftbehälter dient in erster Linie dazu, die
Schalthäufigkeit von Kompressoren zu minimieren. Dies gilt
allerdings heutzutage hauptsächlich für Druckluftsysteme, in
denen keine oder zu kleine drehzahlgeregelte Kompressoren
eingesetzt werden. Darüber hinaus verhindert der zentrale
Druckluftspeicher zu große Druckschwankungen im Druckluftsystem.
Er sollte entsprechend den Berechnungsformeln
in Tabelle 5 ausgewählt werden, wobei die hier berechneten
Werte als Mindestgrößen zu verstehen sind.
Kompressorleistung in kW
7,5 30
30 15
111 8
250 4
Dezentrale Druckluftspeicher.
Der dezentrale Speicher dient überwiegend dazu, Druckluftverbraucher,
die schlagartig große und kurzzeitige Verbräuche haben,
mit Druckluft zu versorgen und dabei einen Druckeinbruch im
restlichen Druckluftsystem zu verhindern. Er muss entsprechend
der Laufzeit, dem Luftverbrauch und den erlaubten Druckschwankungen
des dezentralen Verbrauchers ausgewählt werden.
V· · t
V B =
____
∆ p
_______
V B = ˙V 1· (x · x 2 )
z · ∆ p
Gängiges Schaltspiel
pro Stunde
V B = Volumen des Druckluftbehälters (m 3 )
˙V 1 = Liefermenge des schaltenden Kompressors (m 3 /h)
˙V 2 = Spitzenverbrauch minus Durchschnittsverbrauch (m 3 /h)
x = ˙V 2 : ˙V 1 = Auslastungsfaktor (m 3 /h)
z = zulässiges Schaltspiel (1/h)
∆ p = Druckdifferenz EIN/AUS (bar)
z ≈ 45 für Schraubenkompressoren (Volllast, Leerlauf) ein „Daumenwert“ :
(x · x 2 ) ≈ 0,25
Tab. 5: Dimensionierung zentraler Druckluftspeicher.
Einsatz als:
Puffer bei kurzer, aber heftiger Druckluftentnahme
Notaggregat bei Anlagenausfall
V B = Volumen des Druckluftbehälters (m 3 )
˙V = Luftverbrauch (m 3 /min)
t = Zeit des Luftverbrauchs (min)
∆ p = Druckdifferenz EIN/AUS (bar)
Zu beachten:
Kann nicht über längere Zeit den Kompressor ersetzen!
Tab. 6: Dimensionierung dezentraler Druckluftspeicher entsprechend dem Einsatzzweck.
EnergieEffizienz lohnt sich.
21

3.3.2 Rohrleitung.
Ein Druckluftnetz besteht aus folgenden Komponenten:
Hauptleitung(en)
Verteilerleitungen
Anschlussleitungen
Anschlüsse
Hinzu kommen zentrale und dezentrale Speicher, die in der Regel
der Verteilung zugerechnet werden (siehe Abschnitt 3.3.1).
Leitungsabschnitt
Verluste
In der Hauptleitung
≤ 0,03 bar
In der Verteilerleitung
≤ 0,03 bar
In der Abschlussleitung
≤ 0,04 bar
In der Anschlussleitung
≤ 0,03 bar
Tab. 7: Typische Verluste in einem gut ausgelegten Druckluftnetz.
Im Zusammenhang mit der Ermittlung von Druckverlusten ist
auch die Überprüfung der Anschlussdrücke an den Arbeitsplätzen
sinnvoll. Ein Werkzeug, das 6,3 bar benötigt, aber mit 7 oder 8 bar
beaufschlagt wird, führt zu einem höheren Verbrauch an Luft und
damit an Energie (siehe Tabelle 7).
Abb. 13: Benennung der Rohrstücke im Druckluftleitungsnetz.
Die Hauptleitung verbindet den Kompressor mit dem Verteilernetz.
Sie sollte so dimensioniert werden, dass für zukünftige
Erweiterungen Reserven vorhanden sind. Durch die Verteilerleitung(en)
wird die Luft innerhalb eines Verbrauchsabschnitts
verteilt. Sie können als Stich- oder Ringleitung bzw. als Ringleitung
mit integrierten Stichleitungen ausgelegt werden. Es
müssen genügend Kondensatableiter vorgesehen sowie auf ein
Gefälle zu den Ableitern hin geachtet werden.
Die Anschlussleitungen sind die Verbindungen zwischen Verteilung
und Anlagenzapfstelle oder Maschinenarbeitsplatz.
Die Anbindung der Anschlussleitung an die Verteilerleitung
sollte nach oben weggeführt werden, um zu vermeiden, dass
Kondensat mit der Luft austritt. Das Anschlusszubehör gehört
oft zu den kritischen Punkten eines Druckluftsystems und bedarf
großer Aufmerksamkeit. Kupplungen, Schläuche und Wartungseinheiten
führen häufig wegen falscher Auslegung zu großen
Energieverlusten. Darüber hinaus finden sich hier auf engem
Raum viele Verbindungen, die Leckagen aufweisen können.
Für alle Abschnitte sind die Druckverluste getrennt zu erfassen.
Bei gut ausgelegten Druckluftnetzen kennzeichnen sich die
Verluste für jeden Leitungsabschnitt wie folgt.
Ein hoher Druckabfall kann auch durch zu enge Querschnitte
entstehen. Bei gewachsenen Netzen ist häufig festzustellen,
dass im Laufe der Zeit immer mehr Verbraucher an immer längere
Hauptleitungen angeschlossen wurden, ohne dass diese den
Anforderungen entsprechend neu dimensioniert wurden.
Eventuell wurde sogar nur die Kompressorleistung erhöht.
Nach Vorlage der Diagnose sollte eine wirtschaftlich sinnvolle
Sanierung geplant werden.
Fließdruck
am Werkzeug
(p e bar)
Luft ver -
brauch %
Status
8,0 125 Energie-
7,0 111
ver geudung
6,3 100 optimale Leistung
6,0 96 überproportionaler
5,0 77
Pro-
duktivitäts-
4,0 61
rückgang
3,0 44
Tab. 8: Beziehung zwischen Fließdruck und Luftverbrauch.
Maßnahme
Regler
drosseln
Druck
erhöhen
Qualitätssicherung bei Rohrleitungen
Schmutz, Rost und Wasser können zu Produktionsausfällen sowie
steigenden Produktivitäts- und Wartungskosten führen. Speziell
für Druckluftanwendungen entwickelte korrosions- und oxydationsfeste
Rohrsysteme sorgen für eine hohe Druckluftqualität.
22
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

Leckagen im Rohrleitungssystem.
Bei über Jahre gewachsenen Druckluftnetzen aus unterschiedlichen
Werkstoffen, verschiedenen, nicht optimalen Durchmessern,
mehr oder weniger korrosionsbeständigen Materialien und
unterschiedlichen Verbindungsarten kann es auch im Rohrleitungsnetz
hohe Leckageraten geben. Meist sind die undichten
Stellen aber an den Maschinen und Anlagen zu finden. Tabelle 9
zeigt beispielhaft die anfallenden Energiekosten durch Leckagen.
Lochdurchmesser
in mm
Luftverlust bei Energieverlust
bei
6 bar
(l/s)
12 bar
(l/s)
6 bar
(kWh)
12 bar
(kWh)
Kosten bei
6 bar
(€/a)
12 bar
(€/a)
1 1,2 1,8 0,3 1,0 168 560
3 11,1 20,8 3,1 12,7 1.763 7.112
5 30,9 58,5 8,3 33,7 4.648 18.872
10 123,8 235,5 33,0 132,0 18.480 73.920
Tab. 9: Verluste durch Leckagen in Druckluftsystemen. Annahme: 4.000 Betriebsstunden
pro Jahr, Strompreis 14 Cent/kWh.
Durch Kurzzeitmessungen bei Betriebsruhe, z. B. durch Lastmessungen
an den Kompressoren oder Langzeitmessungen bei der
Produktion, kann die Leckagemenge ermittelt werden. Sollen nur
die Leckagen im Rohrnetz ermittelt werden, so werden hierfür die
Zugänge zu den Verbrauchern, Maschinen und Anlagen sowie
Druckluftwerkzeugen abgesperrt. Die Leckagemenge nimmt im
Gesamtsystem mit der Anzahl verschiedener, kleiner und großer
Druckluftverbraucher zu.
Die in jedem Druckluftsystem auftretenden Druckverluste
sollten im Sinne eines energieeffizienten Betriebs so gering wie
möglich sein. Individuelle Leckagen im Leitungsnetz und an den
Anschlussstellen können praktischerweise bei regelmäßigen
Wartungsarbeiten im Rahmen einer Instandhaltungsstrategie
geprüft und beseitigt werden (siehe Kapitel 5).
3.4 Wärmeanfall und Wärmerückgewinnung.
Ein 18,5-kW-Kompressor erzeugt so viel Wärme, dass damit beispielsweise
ein Einfamilienhaus beheizt werden könnte. Wird
eine passende Wärmerückgewinnungsanlage installiert, rentiert
sich diese durch die Wärmenutzung erfahrungsgemäß bereits
innerhalb weniger Jahre. Bedingung für die effiziente Abwärmenutzung
ist jedoch, dass die Wärme möglichst an Ort und Stelle
verwendet werden kann.
Die vom Verdichter erzeugte Wärmemenge ist so groß, dass sie
bei fehlendem Abtransport zu einer Erhitzung der Umgebungsluft
über die für den Kompressor zulässigen Betriebsbedingungen
führt. Diese Wärme – und damit fast die gesamte Energie,
die dem Kompressor aus dem elektrischen Leitungsnetz zugeführt
wird – muss wieder abgeführt werden. Die zulässigen
Temperaturen im Kompressorraum sind im VDMA-Einheitsblatt
4363 festgehalten. Sie liegen zwischen +5 °C und +40 °C.
Ist die Temperatur zu niedrig, besteht die Gefahr des Einfrierens
der Kompressor-Sicherheitsorgane. Ist die Temperatur zu hoch,
kann es zu einer Überlastung von Bauteilen kommen.
Luftkühlung.
Die einfachste Art der Wärmeabfuhr geschieht mittels Kühlluft.
Hierbei muss dem Kompressor kalte Luft zugeführt und die erwärmte
Kühlluft wieder vom Kompressor abgeführt werden. Ist
diese natürliche Be- und Entlüftung, die vorwiegend bei kleinen
Kompressoren Anwendung findet, nicht ausreichend, muss entweder
die Zu- oder die Abluftführung durch einen Ven tilator
unterstützt werden. Genügt das ebenfalls noch nicht, um den
Kompressor ausreichend zu kühlen, sind Zu- und/oder Abluft
über einen speziellen Kanal zu führen. Bei langen Kanälen ist zur
Überbrückung von Druckverlusten im Kanal ein Zusatzventilator
anzubringen. Besondere Steuerungen lassen im Winter einen
Mischluftbetrieb zu. Über eine Jalousieklappe wird dabei aus
dem Kompressorraum warme Luft mit der von außen angesaugten
kalten Luft vermischt. Das Zuführen von Kühlluft über
Kanäle von außen ist auch dann zu bevorzugen, wenn im Kompressorraum
selbst keine saubere Kühlluft zur Verfügung steht.
Wasserkühlung.
Bei großen abzuführenden Wärmemengen, das heißt bei großen
Kompressoren oder bei der Aufstellung mehrerer Kompresso ren
in einem Raum, ist die Bereitstellung der erforderlichen Kühlluftmengen
aufwändiger. In diesem Fall können die Maschinen
über offene oder geschlossene Kühlwasserkreisläufe gekühlt
werden. Frischwasser scheidet von vornherein wegen der hohen
Kosten aus.
Bei der Entscheidung für eine Wasserkühlung muss sichergestellt
sein, dass der Kühler der Kompressoren auch für die Qualität des
Kühlwassers ausgelegt ist. Aggressives Kühlwasser benötigt Kühler
mit resistenten Materialien. Sowohl die Wassertemperatur als auch
die Ausgestaltung und Sauberkeit des Kühlers können die Leis tung
und Effizienz der Drucklufterzeugungsanlage beeinflussen.
Trotz Wasserkühlung muss die im Kompressor von einzelnen
Bauteilen abgestrahlte Wärme ebenfalls abgeführt werden.
Hierfür wird zusätzlich noch Kühlluft benötigt.
Effizienzsteigerung durch Wärmerückgewinnung.
Die Wärme aus der Druckluftverdichtung lässt sich aber auch
zum Heizen und für weitere Prozesse im Unternehmen nutzen.
Bis zu 96 Prozent der dem Kompressor zugeführten Energie
können als nutzbare Wärme zurückgewonnen werden (siehe
Abbildung 14, Seite 24). Für den Einbau der Rückgewinnungsanlage
fallen Anschaffungs- und Installationskosten an, die
sich nach wenigen Jahren über die Energiekosteneinsparung
EnergieEffizienz lohnt sich.
23

efinanziert haben. Danach steht die Wärme, von geringen
Wartungs- und ggf. Zusatzenergiekosten abgesehen, nahezu
kostenlos zur Verfügung. Produktivitäts einschränkungen oder
zusätzliche Stillstands kosten sind bei fachgerechter Planung
und Auslegung üblicher weise nicht zu befürchten. In der Lebenszykluskosten-Analyse
kann für die zurückgewonnene Wärme
eine Gutschrift in Höhe der eingesparten Heiz- bzw. Prozesswärmekosten
von den Energie kosten der Druckluftanlage
abgezogen werden.
Kompressorleistung
Nutzbare Wärmeleistung
Betriebsstunden
Eingesparte Heizenergie
Gaseinsparung
Gaskosteneinsparung
Tab. 10: Beispielhafte Einsparung durch Wärmerückgewinnung.
18,5 kW
17,76 kW
4.000 h/a
71.040 kWh/a
78.933 kWh/a
2.368 €/a
Auch bei einer vollständigen Wärmenutzung sollte nicht darauf
verzichtet werden, den Druckluftverbrauch zu reduzieren bzw. den
Druckluftwirkungsgrad zu erhöhen. Schließlich benötigt die
Erzeugung einer Kilowattstunde Strom deutlich mehr Primärenergie
als die Erzeugung einer Kilowattstunde Heizwärme.
Außerdem ist Wärme aus Strom für gewöhnlich mit entsprechend
höheren CO 2 -Emissionen und höheren Kosten verbunden.
Direkte Nutzung der warmen Abluft.
Die einfachste Art der Wärmerückgewinnung ist die Ausnutzung
der Verdichterwärme als Luftheizung. Voraussetzung hierfür
ist ein luftgekühlter Kompressor, über den die Kühlluft gezielt
hinweggeführt wird. Die Wirtschaftlichkeit dieser Art der Wärmerückgewinnung
ergibt sich aus der Ausnutzung der gesamten
entstehenden Wärme sowie dem geringen apparativen
Aufwand. Die erwärmte Kühlluft kann z. B. über ein Kanalsystem
weitergeführt werden oder direkt in angrenzende Hallen gefördert
werden. Die Wege der Warmluft sollten möglichst kurz
sein, da ansonsten Druck- und Wärmever luste im Kanal auftreten.
Eine Alternative stellen isolierte Kanäle dar, die aber
auch höhere Investitionskosten verursachen.
Nutzung von Kompressoren mit Öleinspritzung zur Heizoder
Brauchwassererwärmung.
Bei Schraubenkompressoren mit Öleinspritzung führt das Öl
ca. 72 Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Form
von Wärme ab. Diese Energie kann zurückgewonnen werden.
Hierzu wird das Öl über einen Wärmeübertrager geführt, der
Heizungswasser um 50 K auf bis zu 70 °C erwärmen kann. Der
Wärmeübertrager – in der Regel ein Plattenwärmeübertrager –
ermöglicht eine hohe Wärmeausnutzung und kann platzsparend
eingebaut werden.
Zu beachten ist hierbei, dass nur dann Heizungswasser erwärmt
wird, wenn der Kompressor im Lastbetrieb arbeitet. Da die Kompressoren
nicht immer im Lastbetrieb laufen und somit auch nicht
immer warmes Wasser abgegeben wird, bedarf es entweder einer
Zusatzheizung oder entsprechend dimensionierter Wärmespeicher.
Idealerweise sind Drucklufterzeugungszeiten und
Wärmenutzungszeiten synchronisiert.
Wird das heiße Kompressoröl zur Erwärmung von Brauchwasser
eingesetzt, lässt sich ein deutlich höherer Rückgewinnungsgrad
erzielen als bei der Heizwassererwärmung, da der Brauchwasserwärmebedarf
über das Jahr in etwa konstant ist. Voraussetzung
ist allerdings, dass entsprechend hohe Wärmemengen in Form von
Brauchwasser benötigt werden. Auch Mischsysteme sind möglich.
Beim direkten Einsatz des Öls zur Erwärmung des Wassers
sind besondere Vorkehrungen zu treffen, damit kein Öl in den
Wasserkreislauf gerät. Üblicherweise kommen Sicherheitswärmeübertrager
zum Einsatz. In diesen befindet sich zwischen der
Öl- und der Wasserseite eine gut wärmeleitende Sperrflüssigkeit,
deren Druck sich bei einem Öldurchbruch ändert. Über einen
Druckschalter wird dann ein Signal zum Ausschalten des Systems
gegeben. Aufgrund des zusätzlichen Wärmedurchgangswiderstands
ist die mögliche Temperaturspreizung etwas geringer als
bei der Heizwassererwärmung im Plattenwärmeübertrager. Das
Brauchwasser kann um ca. 35 K auf bis zu 55 °C erwärmt werden.
96% nutzbare
Wärmeleistung
100%
elektr.
Energie
2 % Wärmeabgabe
an Umgebung
2 % Restwärme
Druckluft
Energiepotenzial der Druckluft
Umgebungswärme
25 %
Nutzenergie
Abb. 14: Energieflüsse bei der Drucklufterzeugung. 1
1
Bei einem Kompressor werden 100 Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Die Nutzenergie, die bei der Entspannung der Druckluft frei wird, beträgt
etwa 25 Prozent der zugeführten elektrischen Energie und resultiert aus der Absorption von Wärmeenergie aus der Umgebung. Diese Energie wird während der Entspannung der
Druckluft auf Umgebungsdruck aufgenommen und nutzbar gemacht.
24
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

4 Steuerung, Regelung und Überwachung.
Die Bereitstellung von Druckluft ist teuer, daher muss Druckluft
möglichst effizient eingesetzt werden. Dies sicherzustellen, ist
die Hauptaufgabe der Steuerungs- und Regelungstechnik, die
damit einen entscheidenden Teil zur Energieeffizienz eines
Druckluftsystems beitragen kann.
Steuer- und Regelungsvorrichtungen in einem Druckluftsystem
sorgen dafür, dass die Druckluft immer in ausreichender Menge und
Qualität und auf dem richtigen Druckniveau zur Verfügung steht.
Übergeordnete Steuerungen können darüber hinaus den Prozess so
optimieren, dass dabei möglichst geringe Kosten entstehen.
Begrifflichkeiten.
Eine Steuerung besitzt keine kontinuierliche Rückkopplung.
Die Steuerungseingriffe werden von außen vorgegeben – entweder
durch einen Bediener oder durch ein Programm, das z. B.
dafür sorgt, dass in der Mittagspause ein Teil der Kompressoren
ausgeschaltet wird. Ein solches Programm, etwa eine speicherprogrammierbare
Steuerung oder ein Prozessleitsystem, kann auch
Messwerte verarbeiten und daraus Entscheidungen für Steuerungseingriffe
ableiten. Dies funktioniert in der Regel nicht durch
eine einfache mathematische Funktion, sondern durch Ursache-
Wirkungs-Ketten, die noch weitere Eingangsgrößen berücksichtigen
und die z. B. durch logische Glieder verknüpft sind.
Von einer Regelung spricht man hingegen, wenn kontinuierlich
gemessen wird, inwieweit ein vorgegebener Regelwert tatsächlich
erreicht ist. Liegt eine Abweichung vor, wird automatisch ein
Signal für die Änderung eines Stellgliedes (z. B. Ventile, Motorleistung,
eine An-/Ausschaltung) errechnet. Die Berechnung der
Stellgröße erfolgt in der Regel durch mathematische Funktionen,
die nur die Regelabweichung als Eingang benutzen. Durch die
kontinuierliche Messung wird sofort bzw. nach einer kurzen
Reaktionszeit erkannt, welche Auswirkung der Eingriff hatte und
daraus abgeleitet, welcher Schritt als Nächstes nötig ist.
Teilweise werden die Begrifflichkeiten vermischt. So werden
Steuerungen manchmal auch als übergeordnete Regelungen
bezeichnet. Bei einem Kraftfahrer hingegen spricht man in der
Umgangssprache davon, dass er den Wagen steuert, obwohl er,
wenn er aufmerksam ist, kontinuierlich die Auswirkungen seiner
Bewegungen erfasst und korrigiert. Im strengen Wortsinn steuert
ein Kraftfahrer also nicht, sondern er regelt die Fahrtrichtung
und die Geschwindigkeit unter Zuhilfenahme seiner Sinnesorgane
und des Tachometers als Messinstrumente. Steuerungen
und Regelungen können auch miteinander verknüpft und
ineinander verschachtelt sein. Bei einer Drehzahlregelung wird
beispielsweise die Drehzahl durch einen Frequenzumwandler
gesteuert und die durch die Drehzahländerung hervorgerufene
Änderung des Drucks oder des Volumenstroms mit einem Sollwert
verglichen.
Bei Druckluftanlagen halten die internen Regelvorrichtungen
die Menge und Qualität der Druckluft aufrecht. Die übergeordneten
Steuerungen werten die aktuellen Systemzustände aus
und geben vor, wie entsprechend nachgeregelt werden soll.
Damit stellt die Steuerung sicher, dass das Druckluftsystem im
Optimalzustand und somit möglichst energieeffizient fährt.
Man unterscheidet innerhalb der Kompressorstation zwischen
internen und übergeordneten Regelungen der Kompressoren.
EnergieEffizienz lohnt sich.
25

Interne Regelungen sind dafür verantwortlich, die jeweilige
Kompressoreinheit an die geforderten Luftverbräuche anzupassen
und dabei durch eine bestmögliche Koordination der
internen Steuerungsvorgänge eine Überlastung zu verhindern.
Da moderne Kompressorstationen im Normalfall aus mehreren
Einzelkompressoren bestehen, besteht die Aufgabe der übergeordneten
Regelung darin, die Einzelanlagen optimal auszulasten
und ihren Einsatz gemäß dem tatsächlichen Luftverbrauch zu
koordinieren und zu überwachen.
art ist für Anlagen mit bis zu vier Kompressoren geeignet. Die
Anpassungsmöglichkeiten sind jedoch begrenzt, so dass eine
Optimierung nicht in dem Maße möglich ist, wie dies mit komplexeren
Steuerstrategien gelingt. Ein wesentlicher Nachteil liegt
in dem hohen Druck, der durch die Kaskadierung bewirkt wird.
Zu hoher Druck führt zu einer Erhöhung der Energie- und
Lebenszykluskosten.
4.1 Übergeordnete Steuerungen.
Gute, übergeordnete und verbrauchsabhängige Steuerungen
koordinieren den Einsatz mehrerer Kompressoren so, dass die
Lebenszykluskosten der Anlage insgesamt minimiert werden.
Die Energiekosten werden z. B. dadurch reduziert, dass die
Leerlaufzeiten starrer Kompressoren reduziert werden. Die
Steuerung registriert zu jedem Zeitpunkt, in welchem Zustand
(Last- oder Leerlauf, Aus, Drehzahlhöhe) sich die Kompressoren
befinden. Anhand des Druckgradienten der Drucksensoren
erkennt die Steuerung selbständig, welche Druckluftmenge
benötigt wird. Dementsprechend werden dann die Kompressoren
zu- und weggeschaltet. Wichtig dabei ist, dass in der Steuerungseinheit
die Leistungsdaten der Kompressoren programmiert sind
und eigenständig die optimale Kombination angewählt wird.
Durch eine gute, übergeordnete Steuerung lassen sich bis zu
20 Prozent der Energiekosten von Druckluftsystemen einsparen.
Zusätzlich werden die Instandhaltungskosten dadurch optimiert,
dass Lauf- und Wartungszeiten der einzelnen Kompressoren
aufeinander abgestimmt werden. Der Betrieb der internen
Steuerung in Bereichen hoher Regelgenauigkeit optimiert
Qualitäts- und Produktivitätskosten. Vorgesehene Notbänder
beim Ausfall einzelner Komponenten sorgen dafür, dass immer
ausreichend Druckluft vorhanden ist.
Die anfänglichen Anschaffungs- und Installationskosten hochwertiger
Steuerungssysteme liegen höher als bei einfachen
Steuerungen. Diese Mehrkosten werden aber durch die Reduzierung
der Energiekosten schnell kompensiert. Darüber hinaus
kann ein optimierter Betrieb zu einer höheren Lebensdauer der
Gesamtanlage führen, so dass nach einem gleichen Betrachtungszeitraum
der Restwert einer Anlage mit intelligenter
Steuerung höher ist, als der einer Anlage ohne entsprechendes
Steuerungssystem.
Heutzutage sind übergeordnete Steuerungen mit einer Vielzahl
zusätzlicher Mess-, Analyse- und Auswertesysteme kombinierbar,
so dass eher von Energiecontrollingsystemen mit Druckluftspezialisierung
gesprochen werden kann.
Kaskadensteuerung.
Die bekannteste Art zur Koordinierung mehrerer Kompressoren
ist die sogenannte Kaskadensteuerung. Hierbei ist durch die
übergeordnete Steuerung jedem Kompressor ein bestimmter
Schaltbereich zugewiesen (siehe Abbildung 15). Diese Steuerungs-
Abb. 15: Kaskadensteuerung.
Druckbandsteuerung.
Moderne, übergeordnete Steuerungssysteme nutzen die Möglichkeit,
beliebig viele Anlagen über ein Druckband zu regeln.
Die kleinste Regelungsdifferenz liegt bei 0,2 bar (siehe Abbildung
16). Durch einen reduzierten maximalen Druck im Druckluftsystem
können Energieverbrauch und Energiekosten gesenkt werden.
Druckschwankungen bei Druckbandregelung
Druckschwankungen bei Kaskadenregelung
oberer Abschaltdruck
Netzdruck
unterer Abschaltdruck
Abb. 16: Unterschiedliche Auswirkungen von Druckband- und Kaskadenregelung.
Erweiterte Druckbandsteuerungen können auch verschiedene
Kompressorgrößen lastabhängig auswählen und bei entsprechendem
Druckluftbedarf miteinander koordinieren. Die richtige
Auswahl der Kompressorgrößen verhindert, dass sogenannte
Regellöcher entstehen (siehe Abbildung 17). Regellöcher können
bei falscher Abstufung der Kompressoren und einer Diskrepanz
zwischen geförderter Luftmenge und Druckluftbedarf entstehen.
Die verschiedenen Möglichkeiten haben dabei unterschiedliche
Vor- und Nachteile, z. B. hinsichtlich der Redundanz bzw. der
Anpassung an unterschiedliche Druckluftverbräuche. Bei stark
schwankendem Druckluftverbrauch sind Ineffizienzen oft durch
Integration eines drehzahlgeregelten Kompressors auszugleichen,
welcher nahezu stufenlos entlang des aktuellen Bedarfs
betrieben werden und somit nachteilige und kostenintensive
Zustände (Regellöcher) vermeiden kann.
26
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

4.2 Diskontinuierliche Regelungen.
Bei den internen Regelungsarten für Kompressoren unterscheidet
man zwischen diskontinuierlichen und kontinuierlichen
Regelungen. Die Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung ist derzeit
eine der am häufigsten vorkommenden Regelungen bei nicht
drehzahlgeregelten Antrieben. Erreicht der Betriebsdruck die
eingestellte untere Druckgrenze p min , wird der Kompressor gestartet
und fördert Druckluft. Bei Erreichen von p max wird der Kompressor
nicht stillgesetzt, sondern geht in Leerlaufbetrieb durch
Druckentlastung. Wird während der Leerlaufzeit erneut p min erreicht,
geht der Kompressor von dort wieder in Volllastbetrieb.
Bei einem geringen Luftverbrauch wird nach Ablauf einer Leerlaufzeit
der Kompressor in Stillstand gesetzt (siehe Abbildung 17).
Abb. 17: Vollast-Leerlauf-Aussetzregelung.
Die Nutzung einer Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung hat den
Vorteil einer kurzen Reaktionszeit sowie der Möglichkeit, häufig
zu schalten und dabei den Motor trotzdem nicht durch An- und
Abschaltvorgänge übermäßig zu belasten. Ein wesentlicher
Nachteil aber sind erhöhte Energiekosten. Denn der Kompressor
benötigt während des Leerlaufs Energie, ohne Druckluft zu
erzeugen. Dieser Nachteil kann durch eine Leerlaufregelung
mit optimierter Leerlaufzeit etwas reduziert werden. Bei dieser
Variante wird die Nachlaufzeit in Abhängigkeit von den Druckschwankungen
über Zeit und Motorgröße variiert und trägt
damit besonders bei Grundlastmaschinen zu Einsparungen im
Bereich der Leerlaufkosten bei (siehe Abbildung 18). Dies führt
jedoch zu einer etwas längeren Reaktionszeit.
Der Energieeinsatz für Leerlauf kann im günstigsten Fall bei ca. 20
Prozent der Nennleistung liegen. Messungen ergeben häufig weit
darüber liegende Werte von bis zu 50 Prozent der Nennleistung.
Entsprechend gilt es, Leerlaufkosten unbedingt zu minimieren.
Diskontinuierlich geregelten Anlagen ist gemein, dass sie über
die Druckgrenzen p max und p min geregelt werden. Liegen bei
mechanischen Druckschaltern die erforderlichen Druckgrenzen
mitunter bis zu 1 bar auseinander, so sind heute mittels moderner
Druckaufnehmer die Druckdifferenzen der Last- und Leerlaufschaltungen
auf 0,2 bar reduzierbar. Generell gilt: je geringer die
Druckdifferenz, desto genauer die Regelung und desto geringer
auch der Energieverbrauch und die damit verbundenen Energiekosten.
Allerdings müssen die Kompressoren für entsprechend
hohe Schalthäufigkeiten ausgelegt sein.
4.3 Kontinuierliche Regelungen.
Drehzahlregelung.
Die gängigsten Möglichkeiten, bei modernen Kompressoren die
Drehzahl zu variieren, sind entweder eine Frequenzumrichtung
oder eine Gleichstrommodulation. In beiden Fällen werden die
Anlagen bei einer Druckgrenze p min gestartet. Die Motoren fahren
dann entlang einer Kennlinie auf eine Drehzahl, die durch
das Verhältnis von Ist-Druck zu Regeldruck gekennzeichnet wird.
Tabelle 11 zeigt beispielhaft Einspareffekte durch eine Drehzahlregelung
auf.
Liegt der Luftverbrauch unterhalb des Regelbereichs der Maschine,
wird je nach Folgesteuerung die Anlage in Stillstand oder
Leerlauf geschaltet (siehe Abbildung 19). Die Drehzahlregelung
ist eine sehr energieeffiziente Regelungsart, wenn der Kompressor
bei etwa 35 bis 80 Prozent seiner Nennleistung betrieben
wird. Dies resultiert aus dem spezifischen Energieeinsatz pro Kubikmeter,
der im unteren und oberen Bereich der Nennleistung
höher ist als bei sogenannten starren Kompressoren.
Ein Vorteil der Drehzahlregelung ist die hohe Genauigkeit und
die schnelle Reaktion auf sich ändernde Druckluftbedarfe.
Allerdings können Rückkopplungen des Frequenzumrichters
ins Stromnetz zu Störungen an Messgeräten führen. Dem kann
durch Filter vorgebeugt werden. Generell sind die Anschaffungskosten
drehzahlgeregelter Kompressoren etwas höher als die
anders geregelter Kompressoren. Da sie sich aber durch einen
energieeffizienteren Betrieb auszeichnen, gleichen sich die
Mehrkosten zumeist schnell aus.
Abb. 19: Variable Drehzahlregelung.
Abb. 18: Vollast-Leerlauf-Aussetzregelung mit optimierter Nachlaufzeit.
EnergieEffizienz lohnt sich.
27

Für die Wirtschaftlichkeit der Regelungsart ist die Leistungskennlinie
des Reglers, des Motors und des Verdichterblocks im
Teillastbereich ausschlaggebend (siehe Abbildung 20).
Abb. 21: Verhältnis von Liefermenge und Leistung bei der Ansaugdrosselregelung.
Abb. 20: Spezifische Leistungsaufnahme eines drehzahlgeregelten Kompressors
(Standarddruckbereich).
Uneingeschränkte Vorteile hat die Drehzahlregelung beim Einsatz
als Spitzenlastkompressor in einem System mit mehreren Kompressoren,
wenn eine übergeordnete, verbrauchsabhängige Steuerung
für die optimale Auslastung der Einzelkompressoren sorgt.
Abblaseregelung.
Als Abblaseregelung werden Regelungen bezeichnet, bei denen
der Kompressor verdichtete Luft in die Atmosphäre abbläst und
damit die Förderleistung an den tatsächlichen Luftverbrauch
angleicht. Eingesetzt wird diese Regelungsart im Bereich von
Niederdrucksystemen (z. B. Gebläsen) oder auch bei Turboverdichtern,
die temporär zu viel Druckluft erzeugen.
Kompressorleistung
60 kW
Leerlaufanteil 30 %
Betriebsstunden
4.000 h/a
Leistungsaufnahme im Leerlaufbetrieb 25 %
Stromkostenersparnis durch Drehzahlregelung
2.520 €/a
Tab. 11: Beispielhafte Einsparung durch Einsatz eines drehzahlgeregelten Kompressors.
Annahme: Strompreis 14 Cent/kWh.
Abb. 22: Abblaseregelung.
Ansaugdrosselregelung.
Maschinen mit Ansaugdrosselregelung sind in der Regel Kompressoren,
die eine Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung haben und
mit einem zusätzlichen Regler versehen sind. Dieser wird auf
einen Regeldruck eingestellt. Wird dieser Regeldruck erreicht,
wird je nach Abweichung des Regeldrucks im Plus-Minus-Bereich
das Einlassventil des Kompressors geschlossen oder geöffnet. Bei
Verdrängerverdichtern, wie Schraubenkompressoren, führt dies
zu einer Reduzierung des Volumenstroms, wodurch die Leistungsaufnahme
des Kompressors nur geringfügig beeinflusst wird. Das
ist der Grund für die vergleichsweise schlechte Energieeffizienz
dieser Regelungsart. Wie in Abbildung 21 ersichtlich, wird z. B. bei
Bereitstellung von nur 10 Prozent Druckluft noch 70 Prozent der
Leistung abgerufen. Ein Vorteil der Ansaugdrosselregelung liegt in
den geringen Anschaffungskosten und dem großen Regelbereich.
Bei dynamischen Verdichtern wird mit dieser Regelung auch das
Leistungsverhalten beeinflusst, jedoch ist dies nur in einem relativ
kleinen Regelbereich möglich (siehe Abbildung 22). Diese Art
der Regelung verursacht zwar nur geringe Anschaffungs-, dafür
aber hohe Energiekosten bei stark schwankenden Druckluftabnahmen.
Sowohl die Ansaugdrosselregelung als auch die Abblaseregelung
sind durch ihre spezifischen Eigenschaften weniger energieeffizient
als die Drehzahlregelung. Vor dem Hintergrund ihrer
geringen Anschaffungskosten sollten für die Entscheidungsfindung
auch hier wieder die Lebenszykluskosten betrachtet werden.
Die Betriebskosten stellen den weitaus größten Kostenfaktor
bei Druckluftsystemen dar.
28
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

4.4 Überwachung.
Damit die Energieeffizienz von Druckluftsystemen auch langfristig
auf hohem Niveau gehalten oder sogar noch weiter
gesteigert werden kann, muss die Arbeits- und Funktionsweise
aller Systemkomponenten in geeigneter Weise überwacht werden.
Durch Sensoren und Messsysteme kann der Istzustand von
Betriebsgrößen erfasst werden. Wirkungsgradverluste, die zum
Beispiel durch Bauteilverschleiß entstehen, können durch den
Vergleich des Istzustands mit Systemkennzahlen frühzeitig
erkannt werden.
Systemkennzahlen ermöglichen es, Veränderungen an der
Energieeffizienz des Druckluftsystems schneller zu erkennen
und entsprechende Handlungen einzuleiten. Für die Bildung
der Systemkennzahlen werden z. B. die Kosten für Kapital,
Wartung, Energie sowie die Laststunden dokumentiert und zu
Kennzahlen zusammengeführt. Mögliche Kennzahlen sind z. B.
die spezifischen Kosten eines Kompressors (€/Volllaststunde).
Nach der Optimierung des Antriebssystems geben Systemkennzahlen
und deren Entwicklung Aufschluss darüber, ob die umgesetzten
Energieeffizienzmaßnahmen erfolgreich waren und
ob die festgelegten Ziele erreicht wurden. Besonders wirkungsvoll
können solche Kennzahlen im Rahmen eines Energiemanagements
erhoben und verwendet werden.
Am Beispiel Pumpensysteme können methodische Ansätze zur
Überwachung eines Systems im „Ratgeber Pumpen und Pumpensysteme.“
unter Abschnitt 4.4 nachgelesen werden.
5 Instandhaltung und Wartung.
Instandhaltung und Wartung sind zwar keine direkten Energieeffizienzmaßnahmen,
jedoch für einen störungsfreien Betrieb
notwendig und für das Halten eines Energieeffizienzniveaus
wichtig. Um Druckluftsysteme in einem funktionsfähigen Zustand
zu erhalten, bedarf es verschiedener technischer und administrativer
Maßnahmen. Es lohnt sich, die Instandhaltung systematisch
anzugehen und eine vorausschauende Instandhaltungsstrategie
für das Unternehmen auszuarbeiten. Nur gut gewartete
Anlagen laufen in ihrem Optimum und sind somit effizient beim
Leistungsbezug. Unter Instandhaltung versteht man die Kombination
der nachfolgend beschriebenen Maßnahmen Wartung,
Inspektion, Instandsetzung und Verbesserung.
Wartung.
Unter dem Begriff Wartung werden Maßnahmen zur Verzögerung
des Abbaus des vorhandenen Abnutzungsvorrats verstanden.
Der Praktiker versteht darunter das regelmäßige Reinigen,
Schmieren, Nachstellen, Prüfen von Flüssigkeitsständen und
manchmal auch den Austausch von Verschleißteilen. Darüber
hinaus hat ein Hersteller in der Betriebsanleitung Angaben zu
Art und Umfang von Wartungsarbeiten zu machen. Weitere
Maßnahmen leiten sich aus den Ergebnissen der Inspektion ab.
Inspektion.
Unter Inspektion versteht man Maßnahmen zur Feststellung
und Beurteilung des Istzustands der Systeme. Wichtig für die
Beurteilung des Istzustands ist die Kenntnis des Sollzustands.
Dazu sollten nach Auslieferung bzw. nach einer erfolgreichen
Generalüberholung Referenzwerte, beispielsweise abgerufene
Leistung, Temperaturen und Schwingungen im System, aufgenommen
werden.
Instandsetzung und Verbesserung.
Unter Instandsetzung ist die Rückführung der Systeme in den voll
funktionsfähigen Zustand, also in die Fähigkeit zur Erfüllung der
durch den Hersteller beschriebenen bestimmungsgemäßen Verwendung,
zu verstehen. Werden bei diesem Vorgang Schwachstellen
beseitigt, um die Funktionssicherheit zu erhöhen, ist dies
bereits eine Verbesserung. Wird dadurch jedoch die Funktion
verändert, dann ist dies eine Modifikation, die eine Neubewertung
der sicherheitstechnischen Aspekte erforderlich macht. Vor
dem Hintergrund der hohen Energiekosten von Druckluftsystemen
bedarf es gleichzeitig der Betrachtung der Energieeffizienz
im System und im Rahmen der Instandsetzung entsprechender
Maßnahmen.
Instandhaltungsstrategien.
Um einen optimalen Betrieb eines Druckluftsystems und seiner
Komponenten stetig sicherzustellen, bieten sich verschiedene
Instandhaltungsstrategien an. Bei der korrektiven Instandhaltung
wird eine Anlage erst repariert, wenn ein Defekt sichtbar
geworden ist. Die vorausbestimmte Instandhaltung ist intervallabhängig.
Hierbei wird versucht, durch Austausch der Verschleißteile
in vorgegebenen Zeitabständen dem übermäßigen
Verschleiß zuvorzukommen. Wendet man die zustandsorientierte
Instandhaltung an, geht man zustandsorientiert vor. Dies
ist eine präventive Strategie, bei der die Wartungs- bzw. Instandsetzungsintervalle
von Zustands- und Betriebsgrößen abgeleitet
werden. Bei der Strategie der verbessernden Instandsetzung
nutzt man die Instandsetzung als eine gute Gelegenheit für
eine qualitative Aufwertung der betroffenen Baugruppen. Viele
fortschrittliche Unternehmen haben es sich daher zur Strategie
gemacht, solche Auszeiten systematisch für eine Erhöhung der
Zuverlässigkeit, der Verfügbarkeit und der Energieeffizienz im
System zu nutzen.
EnergieEffizienz lohnt sich.
29

6 Informationsangebote und Entscheidungshilfen.
Energieberatung
in Industrie und Gewerbe.
Der Schlüssel zum Kostensenken.
Publikationen (Auswahl).
Die folgenden Publikationen unterstützen Unternehmen bei
der Auf deckung und Hebung von Energieeffizienzpotenzialen
und motivieren zur Umsetzung konkreter Maßnahmen zur
Energieeinsparung. Sie können direkt über den Webshop auf
www.stromeffizienz.de bestellt werden.
Energieeffizienz in kleinen und mittleren Unternehmen.
Die Broschüre informiert kurz und übersichtlich auf 22 Seiten
über die wichtigsten Energieeffizienztechnologien, über
Beratungsmöglichkeiten sowie Wege zur Finanzierung und
Förderung. Tipps und Praxisbeispiele sollen dabei vor allem
Entscheider motivieren, in Maßnahmen zur Steigerung der
Energieeffizienz zu investieren.
Energieberatung in Industrie und Gewerbe.
Auf 36 informativen Seiten zeigt diese kleine DIN-A5-Broschüre,
was Unternehmen von einer guten Beratung erwarten
können, wie sie in der Regel abläuft, wie Unternehmen
einen guten Energieberater finden und worauf bei der Auswahl
eines Beraters zu achten ist. Daneben informiert sie
über finanzielle Fördermöglichkeiten für Unternehmen,
die eine Energieberatung durchführen lassen möchten.
Internetangebote (Auswahl).
Die folgenden Internetangebote und -tools liefern Informations-
und Beratungsangebote rund um das Thema Energieeffizienz
in Unternehmen. Sie befinden sich unter anderem
auf www.stromeffizienz.de, der zentralen Plattform für
In for mations- und Beratungsangebote der Initiative Energie-
Effizienz. Die Website stellt hier auch ergänzende Inhalte zu
Querschnitts technologien, Beratungsmöglichkeiten und
Förderungen bereit.
Referenzprojekte-Datenbank.
Die Datenbank präsentiert ausgezeichnete Energieeffizienzprojekte
aus dem Bereich Industrie und Gewerbe. Die vorgestellten
Projekte zeichnen sich durch eine hohe Energieeinsparung,
hervorragende Wirtschaftlichkeit und eine
gute Über tragbarkeit aus.
www.stromeffizienz.de/referenzprojekte
Tool Druckluft-FIT.
Mithilfe von Druckluft-FIT lernt der Nutzer, wie sich in den
verschiedenen Bereichen einer Druckluftversorgung von den
Verbrauchern bis hin zur Drucklufterzeugung Maßnahmen
zur Energieeffizienzsteigerung realisieren lassen. Praxisbeispiele
und konkrete Informationen helfen, direkt online
die Istkosten und mögliche Energie- und damit Kosteneinsparungen
zu ermitteln.
www.stromeffizienz.de/druckluft-fit
30
Ratgeber Druckluft und Druckluftsysteme.

Die Initiative EnergieEffizienz.
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine bundesweite Informationsund
Motivationskampagne, die private Verbraucher, Unternehmen
und öffentliche Institutionen über Vorteile und Chancen
der effizienten Stromnutzung informiert. Unternehmen aus Industrie
und Gewerbe zeigt die Initiative Möglichkeiten zur Steigerung
der Energieeffizienz auf und motiviert zur Umsetzung
von Maßnahmen. Das Leistungsspektrum der Initiative ist breit
gefächert und hält Angebote in verschiedenen Detaillierungsgraden
für jede Umsetzungsstufe von Energieeffizienzmaßnahmen
im Unternehmen bereit. Zu den Angeboten gehören unter
anderem technische Leitfäden zur Optimierung von Querschnitt s-
technologien, Internettools zur Bewertung der Energieeffizienzpotenziale
im Unternehmen, Beispiele für Referenzprojekte aus
der Praxis sowie ein Handbuch und ein Webspecial zum Energiemanagement.
Die Deutsche Energie-Agentur.
Die Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) ist das Kompetenzzentrum
für Energieeffizienz, erneuerbare Energien und intelligente
Energiesysteme. Das Leitbild der dena ist es, Wirtschaftswachstum
zu schaffen und Wohlstand zu sichern mit immer
geringerem Energieeinsatz. Dafür kooperiert die dena mit
Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Die Gesellschafter
der dena sind die Bundesrepublik Deutschland, die
KfW Bankengruppe, die Allianz SE, die Deutsche Bank AG und
die DZ BANK AG.
www.dena.de
Die Initiative EnergieEffizienz ist eine Kampagne der dena und
wird aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
www.stromeffizienz.de
Impressum.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Energiesysteme und Energiedienstleistungen
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel.: +49 (0)30 72 61 65-600
Fax: +49 (0)30 72 61 65-699
E-Mail: info@dena.de
www.dena.de
Redaktion.
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Anton Barckhausen, Carsten Grohne, Ronald Ille
Layout.
BBS Werbeagentur GmbH
Druck.
Druckhaus Rihn GmbH
Stand.
12/2013
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem
Zustimmungsvorbehalt der dena.
EnergieEffizienz lohnt sich.
31

Art.-Nr. 1430
Für alle Fragen zur Energieeffizienz
in Industrie und Gewerbe:
kostenlose Energie-Hotline 08000 736 734
www.stromeffizienz.de
Eine Initiative von:
Gefördert durch:

Für alle Fragen zur effizienten Energienutzung
im Dienstleistungssektor:
kostenlose Energie-Hotline 08000 736 734
www.energieeffizienz-im-service.de
Eine Initiative von:
Energieeffizienz steigern, Wachstumsmärkte erschließen und Nachhaltigkeit sichern.
Anhang 1: Publikationen der dena.
Die folgenden Publikationen unterstützen Unternehmen bei der Aufdeckung und Hebung von Energieeffizienzpotenzialen
und motivieren zur Umsetzung konkreter Maßnahmen zur Energieeinsparung. Sie können direkt über den Webshop auf
www.stromeffizienz.de bestellt werden.
Energieberatung in Industrie und Gewerbe.
Interpretationsleitfaden zur ISO 50001.
Energieberatung
in Industrie und Gewerbe.
Der Schlüssel zum Kostensenken.
Auf 36 informativen Seiten zeigt diese
kleine DIN-A5-Broschüre, was Unternehmen
von einer guten Beratung
erwarten können, wie sie in der Regel
abläuft, wie Unternehmen einen guten
Energieberater finden und worauf bei
der Auswahl eines Beraters zu achten
ist. Daneben informiert sie über
finanzielle Fördermöglichkeiten für
Unternehmen, die eine Energieberatung
durchführen lassen möchten.
Energiemanagement in kleinen und mittleren Unternehmen.
Interpretationsleitfaden zur Einführung eines Energiemanagementsystems nach DIN EN 50001 oder
Energiemanagement-Aktivitäten gemäß Spitzenausgleich-Effizienzsystem-Verordnung (SpaEfV).
Der 20-seitige Leitfaden
unterstützt Unternehmen bei
der Klärung offener Fragen im
Rahmen der Einführung eines
Energiemanagementsystems
nach DIN EN 50001 oder von
Energiemanagementaktivitäten
gemäß der Spitzenausgleich-
Effizienzsystemverordnung
(SpaEfV).
Handbuch für betriebliches Energiemanagement.
Energieeffizienz in kleinen und mittleren Unternehmen.
Handbuch für betriebliches
Energiemanagement.
Systematisch Energiekosten senken.
Das 72 Seiten umfassende Handbuch
zeigt, wie ein effektives Energiemanagement
in Unternehmen eingeführt
werden kann. Dabei werden alle
relevanten Handlungsebenen im
Unternehmen ausführlich angesprochen:
von der Unternehmensleitung über
den Energiemanager, der die Einführung
eines betrieblichen Energiemanagements
begleitet, bis zu den
Betriebsebenen wie Controlling und
Produktion. Das Handbuch greift auch
Themen wie Energieberatung und
Energie-Contracting auf und gibt
Entscheidungshilfen zur Einbeziehung
dieser Energiedienstleistungen.
Komplementiert wird das Heft durch
elf hilfreiche Checklisten.
Die Broschüre informiert kurz und
übersichtlich auf 22 Seiten über die
wichtigsten Energieeffizienztechnologien,
über Beratungsmöglichkeiten
sowie Wege zur Finanzierung und
Förderung. Tipps und Praxisbeispiele
sollen dabei vor allem Entscheider
motivieren, in Maßnahmen zur
Steigerung der Energieeffizienz zu
investieren.
Flyer Energiemanagement.
Green IT: Potenzial für die Zukunft.
Energiemanagement.
Energiekosten im Betrieb systematisch senken.
Der übersichtliche Flyer veranschaulicht
auf wenigen DIN-A5-Seiten die
Funktionsweise, die Vorteile und die
Schritte zur Einführung eines nach DIN
EN ISO 50001 zertifizierten Energiemanagementsystems.
Ein mit dem 1. Preis
des Energy Efficiency Awards 2012
ausgezeichnetes Best-Practice-Beispiel
vermittelt praxisnah die Umsetzung
und die positive Wirkung eines Energiemanagementsystems.
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem Zustimmungsvorbehalt der dena. 02/12, Art.-Nr. 1337
Green IT: Potenzial für die Zukunft.
Die Broschüre bietet einen umfassenden
Einstieg in das Thema Green IT
sowie einen systematischen Überblick.
Sie zeigt auf 32 Seiten die Potenziale
von Green IT und Green through IT auf
und erläutert, welche Ansätze besonders
geeignet sind, um diese Energieeffizienzpotenziale
zu erschließen. Die
Möglichkeiten in den verschiedenen
Handlungsfeldern werden anhand
erfolgreich umgesetzter Praxisbeispiele
vorgestellt.

le Fragen zur effizienten Energienutzung
enstleistungssektor:
nlose Energie-Hotline 08000 736 734
.stromeffizienz.de
Beschaffungskriterien · Vergaberecht · Wirtschaftlichkeit.
Möglichkeiten der Effizienzsteigerung und der Energieeinsparung
an großen feuerungstechnischen Anlagen.
Energieeffiziente Bürogeräte professionell beschaffen.
Energieeffiziente Wärmeversorgungssysteme.
Beschaffungsleitfaden.
professionell beschaffen.
Der Leitfaden richtet sich unter anderem
an öffentliche und private Beschaffungsstellen
und bietet konkrete Hilfestellungen
für die Berücksichtigung des
Qualitätskriteriums Energieeffizienz bei
der Ausschreibung und Beschaffung
besonders wirtschaftlicher Bürogeräte.
Der Beschaffer wird vom Beschaffungsvorlauf
über die Bedarfsanalyse und
-feststellung bis hin zur Zuschlagserteilung
begleitet. Jeder Schritt wird anhand
eines konkreten Beispiels erläutert.
Merkblätter für die einzelnen Gerätekategorien,
wie z. B. PCs, Monitore und
Kopierer, zeigen zusätzlich die Kriterien
auf, die bei der Entscheidungsfindung
eine Rolle spielen sollten.
Energetische Modernisierung
industrieller Wärmeversorgungssysteme.
Die Broschüre fasst auf 36 Seiten die
wichtigsten Ansätze zur energetischen
Optimierung von Wärmeversorgungssystemen
zusammen und zeigt, wie alle
Komponenten wirkungsvoll aufeinander
abgestimmt und optimiert werden
können. Sie liefert außerdem kurze
Projektbeschreibungen aus Unternehmen,
die ihre Wärmeversorgung
bereits erfolgreich modernisiert haben.
Energieeffizienz im Rechenzentrum.
Dämmung von Anlagen in Industrie und Gewerbe.
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter dem Zustimmungsvorbehalt der dena. Druck: trigger.medien.gmbh, Berlin. 02/12, Art.-Nr. 1304
Leistung steigern, Kosten senken:
Energieeffizienz im Rechenzentrum.
Ein Leitfaden für Geschäftsführer und IT-Verantwortliche.
Die Broschüre zeigt die großen Energieeffizienzpotenziale,
die Unternehmen
in betriebseigenen Rechenzentren und
Serverräumen heben können. Sie bietet
dem Entscheider praxisnahe Informationen
über finanzielle und technische
Vorteile eines Energieeffizienzprojekts
im eigenen Rechenzentrum. Von direkt
umsetzbaren Sofortmaßnahmen bis
hin zu langfristigen, strategischen
Entscheidungen wird Schritt für Schritt
der Weg zu einer verbesserten Energieeffizienz
und damit zu geringeren
Energiekosten beschrieben.
Dämmung von Anlagen in
Industrie und Gewerbe.
Kosten sparen und Energieeffizienz steigern.
Investitionen in die Dämmung betriebstechnischer
Anlagen in Industrie und
Gewerbe sind sehr wirtschaftlich und
erzielen in der Regel eine Kapitalrendite
von 50 Prozent. Die Wärmedämmung
von Bauteilen und Rohrleitungen ist
somit eine einfache, wirkungsvolle und
nachhaltig kostengünstige Maßnahme,
um die Energieeffizienz betriebstechnischer
Anlagen zu erhöhen. Die Broschüre
informiert auf 12 Seiten über die Identifizierung
geeigneter Maßnahmen und
stellt erfolgreiche Praxisbeispiele vor.
Informationen zur Mitarbeitersensibilisierung.
In Form einer Toolbox stehen fertige
Plakate, Aushänge und Aufkleber aus den
Bereichen Informations- und Kommunikationstechnik,
Beleuchtung und
Klimatisierung zur Verfügung. Diese
können für Aktionstage und Sensibilisierungskampagnen
für Energieeffizienz
eingesetzt werden und zeigen,
wie jeder Mitarbeiter durch einfache
Maßnahmen die Energiekosten in den
Verwaltungsbereichen eines Unternehmens
senken kann. Die Toolbox enthält
2 Plakate, 3 Aushänge, 4 Postkarten sowie
2 Aufkleber.

Anhang 2: Internetangebote der dena.
Die folgenden Internetangebote und -tools liefern Informations- und Beratungsangebote rund um das Thema Energieeffizienz
in Unternehmen. Sie befinden sich unter anderem auf www.stromeffizienz.de, der zentralen Plattform für Informations- und
Beratungsangebote der Initiative EnergieEffizienz. Die Website stellt hier auch ergänzende Inhalte zu Querschnitts technologien,
Beratungsmöglichkeiten und Förderungen bereit.
Quickcheck Rohrleitungsdämmung.
Das Online-Tool zeigt in zwei
Schritten das Einsparpotenzial
durch die Dämmung von
Rohrleitungen in betriebstechnischen
Anlagen. Neben
der relativen und absoluten
Energieeinsparung zeigt der
Check auch, wie stark sich die
Energiekosten durch die Umsetzung
von Energieeffizienzmaßnahmen
senken lassen.
www.stromeffizienz.de/quickcheck-rohrleitungsisolierung
Marktplatz Energieeffiziente Produkte.
www.energieeffizienz-online.info
Die Online-Plattform bringt
Anbieter und Nachfrager
energieeffizienter Produkte
zusammen und unterstützt
somit die Entwicklung des
Marktes für Energieeffizienz.
Der Marktplatz umfasst derzeit
für Unternehmen die
Produktgruppen Beleuchtung,
Pumpen, Elektromotoren
und Ventilatoren.
Webspecial Energiemanagement.
Informationsplattform zur europäischen Top-Runner-Strategie.
www.webspecial-energiemanagement.de
Das interaktive Webspecial
zeigt anhand eines beispielhaften
Unternehmens die
wesentlichen Schritte im
Energiemanagement. Es ist
speziell auf die beteiligten
Personengruppen – Geschäftsführung,
Controlling, Produktionsebene,
Energiemanager
und Energieberater –
zugeschnitten.
www.top-runner.info
Die Plattform bietet
Stakeholdern Hintergrundinformationen
zur Umsetzung
der europäischen Top-
Runner-Strategie (Ökodesign-Richtlinie,
EU-Energielabel,
EU-ENERGY STAR),
d. h. der europäischen
Regelung rund um Energieeffizienz
von Produkten.
Referenzprojekte-Datenbank.
www.stromeffizienz.de/referenzprojekte
Die Datenbank präsentiert
ausgezeichnete Energieeffizienz
projekte aus dem Bereich
Industrie und Gewerbe.
Die vorgestellten Projekte
zeichnen sich durch eine hohe
Energieeinsparung, hervorragende
Wirtschaftlichkeit und
eine gute Über tragbarkeit aus.
Lebenszykluskosten-Rechner Pumpen.
Der Lebenszykluskostenrechner
(LCC-Tool) für Pumpensysteme
ermöglicht die Gegenüberstellung
zweier Pumpensysteme
hinsichtlich des
Energieverbrauchs und der
Wirtschaftlichkeit. Nach
Eingabe technischer und
wirtschaftlicher Daten erhält
der Nutzer als Ergebnis die
jeweiligen LCC-Kostenkomponenten
zu den Pumpensystemen
in Form einer Tabelle.
www.stromeffizienz.de/lebenszykluskosten-rechner

Datenbank Energieeffizienz-Experten.
Office TopTen.
Die Datenbank beinhaltet
eine Liste mit Energieeffizienz-Experten,
die besonders
für diverse Förderprogramme
des Bundes (z. B. BAFA-Vor-
Ort-Beratung) qualifiziert
sind. Über die programmierte
Umgebungssuche ist es
ganz einfach, einen ge eigneten
Energieberater in der
Nähe zu finden.
www.office-topten.de
Die Datenbank unterstützt
den Nutzer bei der Auswahl
energieeffizienter Bürogeräte,
wie beispielsweise
PCs, Drucker und Kopierer.
Aus mehreren Tausend Einträgen
können nach eigenen
Kriterien passende Geräte
herausgefiltert werden.
www.energie-effizienz-experten.de
Tool Druckluft-FIT.
Quickcheck Energiemanagement.
www.stromeffizienz.de/druckluft-fit
Mithilfe von Druckluft-FIT
lernt der Nutzer, wie sich in
den verschiedenen Bereichen
einer Druckluftversorgung von
den Verbrauchern bis hin zur
Drucklufterzeugung Maßnahmen
zur Effizienzsteigerung
realisieren lassen. Praxisbeispiele
und konkrete Informationen
helfen, direkt online die
Istkosten und mögliche
Energie- und damit Kosteneinsparungen
zu ermitteln.
Der Quickcheck verdeutlicht
durch Abfrage konkreter
Parameter, wie systematisch
und professionell die
Energieeffizienzaktivitäten
im eigenen Unternehmen
sind. Das Ergebnis zeigt eine
Abschätzung zum Reifegrad
des unternehmenseigenen
Energiemanagements und,
an welchen Stellschrauben
für eine Optimierung
gedreht werden kann.
www.stromeffizienz.de/quickcheck-energiemanagement
Lotse Innenbeleuchtung.
Der Lotse bietet eine systematische
Unterstützung
rund um die energieeffiziente
Innenbeleuchtung in
Bürogebäuden und industriellen
Produktionshallen.
Schritt für Schritt wird aufgezeigt,
wie Beleuchtungsanlagen
modernisiert und die
Stromkosten somit deutlich
gesenkt werden können.
www.lotse-innenbeleuchtung.de

Anhang 3: Finanzierung und Förderung.
Investitionen zur Steigerung der Energieeffizienz sind in der
Regel wirtschaftlich hoch rentabel. Unternehmen, die in diesem
Bereich investive Maßnahmen planen, sollten sich zunächst über
die Kapitalbereitstellung Gedanken machen. Denn die Auswahl
der geeigneten Finanzierungsart und der passenden Finanzierungsmodelle
ist mitentscheidend für den Erfolg des Vorhabens.
Dies gilt besonders für kleine und mittlere Unternehmen, denen
oftmals das Eigenkapital für die Investitionen fehlt.
Finanzierungsarten.
Zur Finanzierung von Energieeffizienzmaßnahmen stehen
Unternehmen unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung.
Einerseits kann die Finanzierung durch Eigenkapital, andererseits
auch mithilfe von Fremdkapital, wie Kreditfinanzierung,
öffentliche Förderdarlehen sowie Fördermittel, oder durch
Contracting erfolgen. Hier unterscheidet man zwischen Energieliefer-Contracting
(Planung, Finanzierung und Betrieb von Anlagen
inkl. Energielieferung) und Energiespar-Contracting
(Optimierung bestehender Anlagen mit einer garantierten Reduzierung
des Energieverbrauchs und der Energiekosten). Um
die ideale Lösung für das geplante Vorhaben zu finden, ist es
wichtig, die Wahl der Finanzierungsart genau am Bedarf und
an den unternehmerischen Rahmenbedingungen auszurichten.
Je nach Investitionsumfang und Nutzungsdauer eignen sich
unterschiedliche Finanzierungsmodelle. Unternehmen sollten
sich von Ihrer Hausbank beraten lassen und die Finanzierungsmodelle
sowie deren Konditionen prüfen und mit Alternativangeboten
vergleichen.
Wichtige Unterlagen für das Beratungsgespräch.
Je besser das Beratungsgespräch mit der Bank vorbereitet wird,
desto einfacher lassen sich die passenden Finanzierungsmodelle
identifizieren. Mithilfe der folgenden Unterlagen kann die Hausbank
Ihrem Unternehmen ein passendes Finanzierungsangebot
unterbreiten:
Darstellung des Vorhabens bzw. Kurzfassung des Businessplans.
Jahresabschluss.
Betriebswirtschaftliche Auswertung.
Finanzierungs-, Investitions-, Liquiditätsplan.
Gesellschaftsvertrag.
Handelsregisterauszug.
Relevante Aspekte für die Beurteilung der
Finanzierungsmodelle:
Höhe des effektiven Jahreszinses.
Höhe der monatlichen Rate.
Länge der Zinsbindung.
Tilgungsplan.
Gesamtlaufzeit des Darlehens.
Restschuld und Anschlussfinanzierung.
Sondertilgungsrechte.
Bereitstellungsgebühren.
Förderung von Energieeffizienzmaßnahmen.
Zur Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen können öffentliche
Fördermittel in Form von Zuschüssen oder vergünstigten
Krediten auf Bundes- und Kommunalebene in Anspruch
genommen werden.
Umfassende und täglich aktualisierte Informationen über alle
relevanten Förderprogramme von EU, Bund, Ländern, Kommunen
und Energieversorgungsunternehmen zu Energieeffizienzmaßnahmen
und erneuerbaren Energien bietet der Förderkompass
Energie des BINE Informationsdiensts (www.bine.
info).
Besonders für KMUs existieren zahlreiche Förderprogramme. So
stehen von der geförderten Energieberatung über Zuschüsse zu
Investitionen oder Zertifizierungskosten bis hin zu vergünstigten
Krediten verschiedene Programme zur Verfügung. Eine Auswahl
der wichtigsten wird im Folgenden näher erläutert.
Förderprogramm „Energieberatung Mittelstand“.
Im Rahmen des Programms „Energieberatung Mittelstand“
werden Zuschüsse für qualifizierte und anbieterunabhängige
Energieeffizienzberatungen in Unternehmen aus dem
produzierenden Gewerbe gewährt.
Durch die Beratung sollen Schwachstellen bei der effizienten
Energieanwendung aufgezeigt und Vorschläge bzw. Maßnahmenpläne
für energie- und kostensparende Verbesserungen
gemacht werden.
Unternehmen erhalten für eine Initialberatung einen Zuschuss
in Höhe von bis zu 80 Prozent des vereinbarten Tageshonorars
(bis zu einem Höchstbetrag von insgesamt 1.280 Euro). Für eine
Detail beratung beträgt der Zuschuss bis zu 60 Prozent des
vereinbar ten Tageshonorars (bis zu einem Höchstbetrag von
insgesamt 4.800 Euro).
Über den maximalen Förderzuschuss hinausgehende Honorare
sowie die Mehrwertsteuer müssen vom Unternehmen getragen
werden. Initial- und Detailberatung können unabhängig voneinander
beantragt werden. Eine geförderte Beratung im Rahmen des
Programms kann nur von Energieberatern durchgeführt werden,
die in der KfW-Beraterbörse unter www.kfw-beraterboerse.de
gelistet sind.
Um einen Zuschuss aus dem Programm zu erhalten, müssen
Antragsdaten über die Antragsplattform des Internetportals
der KfW eingegeben werden. Dies bildet die Grundlage für die
Antragstellung, die immer über einen Regionalpartner
(z. B. Industrie- und Handelskammern) erfolgen muss. Weitere
Informationen zur Antragstellung, zu Programmdetails und
den Regionalpartnern finden sich unter www.kfw.de/ebm.

Förderung von Investitionen in energieeffiziente
Querschnittstechnologien.
Im Rahmen dieses Förderprogramms werden Unternehmen mit
bis zu 500 Beschäftigten und bis zu 100 Mio. Euro Jahresumsatz
mit Zuschüssen zu Investitionen in Energieeffizienzmaßnahmen
unterstützt. Das Programm „Investitionszuschüsse zum Einsatz
hocheffizienter Querschnittstechnologien im Mittelstand“ fördert
den Austausch von Altanlagen gegen hocheffiziente, moderne
Anlagen und die sogenannte systemische Optimierung. Beim
Ersatz von Anlagen oder einer Optimierung des Systems erhalten
Unternehmen zum Beispiel Investitionszuschüsse für folgende
Querschnittstechnologien:
Elektrische Motoren und Antriebe.
Pumpen.
Beleuchtungsanlagen.
Raumlufttechnische Anlagen.
Druckluftsysteme.
Anlagen zur Wärmerückgewinnung und zur
Abwärmenutzung.
Dämm-Maßnahmen (nur im Rahmen einer systemischen
Optimierung).
Voraussetzung ist, dass die Unternehmen Investitionen mit
einem Nettoinvestitionsvolumen von mindestens 2.000 Euro
bei der Optimierung von Anlagen bzw. 30.000 Euro bei der
systemischen Optimierung tätigen. Antragsformulare und
Merkblätter stellt das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle
(BAFA) zur Verfügung.
Geförderte Kredite für Unternehmen.
Die KfW bietet für kleine, mittlere und große Unternehmen
im Rahmen ihres Energieeffizienzprogramms Kredite zu vergünstigten
Konditionen für Investitionen in Energieeffizienzmaßnahmen
an. Die Beantragung eines entsprechenden Kredits
erfolgt zum Beispiel über die Hausbank des Unternehmens.
Unter anderem werden Kredite für die folgenden Energieeffizienzmaßnahmen
vergeben:
Maschinenparks inklusive Querschnittstechnologien.
Anlagentechnik inklusive Heizung, Kühlung, Beleuchtung,
Lüftung und Warmwasser.
Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen und Blockheizkraftwerke.
Gebäudehülle.
Informations- und Kommunikationstechnik.
Darüber hinaus bieten auch Institutionen auf Ebene der
Bundesländer Möglichkeiten zur Unterstützung der Umsetzung
von Energieeffizienzmaßnahmen. Über die genauen
Konditionen informiert beispielsweise die Hausbank.
Förderung von Energiemanagementsystemen.
Im Rahmen des Förderprogramms unterstützt das BMWi
finanziell die Zertifizierung von Energiemanagement- und
Energiecontrollingsystemen sowie den Erwerb von Messtechnik
und Energiemanagementsoftware.
Für alle Fördergegenstände gilt:
Maximalförderung in Höhe von 20.000 Euro bei
Einreichung von Anträgen für mehrere Maßnahmen.
Nicht antragsberechtigt sind Unternehmen, die im
laufenden oder vorherigen Kalenderjahr einen Antrag
auf Reduzierung der EEG-Umlage nach § 40 EEG gestellt
haben und zum Nachweis einer Zertifizierung verpflichtet
waren (Stromverbrauch > 10 GWh).
Förderanträge können beim BAFA über das elektronische
Antragsverfahren eingereicht werden.
BAFA-Vor-Ort-Beratung.
Das BAFA fördert im Rahmen der Richtlinie zur „Förderung der
Beratung zur sparsamen und rationellen Energieverwendung
in Wohngebäuden vor Ort (Vor-Ort-Beratung)“ die energetische
Beratung für Gebäude, deren Fläche zu mehr als 50 Prozent zu
Wohnzwecken genutzt wird. Zur Zielgruppe innerhalb der KMUs
zählen somit in erster Linie kleine Gewerbebetriebe. Die Höhe
des Zuschusses für eine Vor-Ort-Beratung beträgt 400 Euro für
Ein- und Zweifamilienhäuser bzw. 500 Euro für Wohnhäuser mit
mindestens drei Wohneinheiten. Für die Integration von Hinweisen
zur Stromeinsparung wird ein zusätzlicher Bonus von
50 Euro gezahlt. Darüber hinaus kann eine Förderung für die
Integration von Thermografieaufnahmen (25 Euro pro Thermogramm,
max. 100 Euro) gewährt werden. Beratung und Antragstellung
erfolgen dabei ausschließlich durch antragsberechtigte
Energieberater. Weitere Informationen stehen auf der Internetseite
des BAFA unter www.bafa.de zur Verfügung.
Weitere Informationen.
www.stromeffizienz.de
Informationen zum Thema Contracting unter
www.kompetenzzentrum-contracting.de
Förderanträge online abrufen unter
www.bafa.de
Informationen zu den Förderprogrammen unter
www.bmwi.de

Anhang 4.1: Energie-Contracting.
Gerade um die Energieeffizienz zu steigern und die Energiekosten
zu senken, kann es für ein Unternehmen wirtschaftlich
sinnvoll sein, die Energie- und Medienversorgung oder ganze
Anlagen einem Energiedienstleister (Contractor) zu übertragen.
Der Contractor übernimmt dann Planung, Finanzierung und
Betrieb von Anlagen, Lieferung von Energie und Medien, zum
Beispiel Strom, Kälte, Wärme, Druckluft oder Dampf (Anlagenbzw.
Energieliefer-Contracting), oder auch die Finanzierung
und Umsetzung umfangreicher Energieeffizienzmaßnahmen
(Energieeinspar-Contracting). Die Energie möglichst effizient
bereitzustellen, liegt dann im Eigeninteresse des Contractors.
Contracting wird von verschiedenen Energiedienstleistern,
u. a. von Unternehmen der technischen Gebäudeausrüstung,
Hochbauunternehmen mit Energiemanagementsparte, Unternehmen
aus dem Maschinen- und Anlagenbau sowie Energieversorgungsunter
nehmen und Energieagenturen, angeboten.
In der DIN-Norm 8930, Teil 5, werden die Contracting-
Begriffe definiert. Hier finden sich beispielsweise Erläuterungen
zu Leistungskomponenten, Anwendungsbereichen,
Contracting-Formen und zur Art der Vergütung.
Definition Energie-Contracting:
Unter Energie-Contracting versteht man eine vertraglich
vereinbarte Dienstleistung zwischen einem Gebäudeoder
Anlageneigentümer (Contracting-Nehmer) und
einem Energiedienstleister (Contractor). Es bezeichnet
die Übertragung von Aufgaben der Energie- und Nutzenergiebereitstellung
oder der Umsetzung von Energieeinsparmaßnahmen
auf den Contractor.
Vorteile.
Für den Kunden (Contracting-Nehmer) ist das Energie-
Contracting mit folgenden Vorteilen verbunden:
Konzeption, Planung und Abwicklung durch den Contractor.
Keine Kapitalbindung, da die Investitionen vom
Contractor übernommen werden.
Pflege und Wartung der Anlage durch den Contractor.
Verlagerung des Ausfallrisikos.
Konzentration auf das Kerngeschäft.
Beim Energieeinspar-Contracting: Reduktion des Energieverbrauchs
und der Energiekosten, energieeffiziente
Optimierung von Anlagen und Gebäuden.
Beim Energieliefer-Contracting: Aufbau moderner Anlagen
und Gebäude, Erhöhung der Betriebssicherheit und Siche -
rung des Betriebsstandorts.
Wann lohnt sich Contracting?
Contracting lohnt sich immer dann, wenn nicht genügend
Kapital für Investitionen zur Verfügung steht und zur Erschließung
von Energieeinsparpotenzialen auf das Know-how
und die Ressourcen eines erfahrenen Dienstleisters zurückgegriffen
werden soll. Dabei sollten sich die Energiekosten
einzelner, einfach auszulagernder Anlagen auf mindestens
25.000 Euro beziehungsweise die Gesamtenergie kosten eines
Standorts auf über 150.000 Euro pro Jahr belaufen. Das Energieeinsparpotenzial
sollte zuvor noch nicht erschlossen worden
sein. Wird diese Summe nicht erreicht, kann ein Zusammenschluss
mehrerer Anlagen in einem Contracting-Projekt eine
Lösung sein. Contracting-Projekte bieten sich insbesondere
dann an, wenn bereits Handlungs bedarf besteht, das heißt,
Anlagen ohnehin saniert oder erneuert werden sollen.
Arbeitshilfen zur Planung und Entwicklung von Contracting-Projekten
finden Sie unter www.kompetenzzentrumcontracting.de.
Eine ausführliche Darstellung des typischen
Projekt ablaufs ist in den Leitfäden „Energiespar-Contracting“
und „Energieliefer-Contracting“ der dena zu finden.

Ausschreibung
Angebot für
das Contracting
Vertragsverhandlung/
Vertragsabschluss
Feinanalyse
Planung und
Umsetzung
Ablauf des
Vertrags
Abb. 1: Schritte eines Contracting-Projekts .
Contracting-Projekt.
Für den reibungslosen Ablauf eines Contracting-Projekts ist
eine Vielzahl von Aspekten zu berücksichtigen. Ein Contracting-Projekt
beginnt mit der Ausschreibung entsprechender
Dienstleistungen und endet mit dem Ablauf des Vertrags. Die
weiteren Schritte sind in Abbildung 1 dargestellt.
Ausschreibung.
Bei der Ausschreibung einer Contracting-Leistung ist darauf
zu achten, dass der Contractor für die Erstellung des Angebots
folgende Informationen erhält:
Kostenaufstellung für die eingesetzten Energie träger.
Alter der technischen Anlagen.
Technische Beschreibung der Anlagen.
Benötigter Leistungs- und Energiebedarf.
Gewünschte Leistungen, Liefergrenzen und Schnittstellen.
Angestrebte Laufzeit des Contracting-Vertrags.
Mindestanforderungen (z. B. an die Prozesswärmetemperaturen).
Angebot und Vertrag.
Um einen guten Überblick über Kosten und Leistungen des
Contracting-Projekts zu erhalten und das beste Angebot auswählen
zu können, empfiehlt es sich für den Contracting-
Nehmer, mehrere Angebote einzuholen. Neben einer genauen
Kostenkalkulation sollte dem Angebot auch ein Vertragsentwurf
beiliegen. Der gewünschte Contracting-Vertrag kann
aber auch bereits der Ausschreibung entsprechender Dienstleistungen
beigefügt werden.
Die Bestandteile eines Contracting-Vertrags:
Vertragspartner.
Vertragsziel (zum Beispiel garantierte Energieeinsparung).
Vertragsdauer.
Regelungen der Nicht- beziehungsweise Übererreichung
der Ziele.
Leistungen des Contractors und des Contracting-Nehmers.
Garantieverpflichtungen des Contractors.
Erforderliche technische Mindeststandards.
Anforderungen an die Verfügbarkeit und
Versorgungssicherheit.
Bedingungen der vertragskonformen Leistungserfüllung
und deren Vergütung.
Eigentumsrechte.
Haftungsregelungen und Vorkehrungen für die
Rechtsnachfolge.
Regelungen für eventuell auftretende Schäden
oder Betriebsstörungen.
Bei der Vergabe einer Contracting-Leistung sollte der
Contracting-Nehmer folgende Punkte beachten:
Auswahl eines erfahrenen Contractors mit guten
Referenzen.
Betrachtung umgesetzter Projekte des Contractors
und Befragung von Projektbeteiligten.
Formulieren klarer Ziele und Bewertung der Angebote
nach Erreichbarkeit der Zielsetzungen.
Anpassbarkeit der Vertragslaufzeiten an die betrieblichen
Erfordernisse.
Technisches Konzept, geplante Energie-, Kostenund
CO 2 -Minderungen.
Kostentransparenz.
Geringer Prüf- und Organisationsbedarf bezüglich
der Vertragsumsetzung.
Verhältnis von Preis und Leistung.
Projektumsetzung.
Nach Vertragsabschluss erhält der Contractor die Möglichkeit,
die Ergebnisse der für die Angebotserstellung durchgeführten
Grobanalyse in einer Feinanalyse im Detail zu überprüfen.
Danach werden die Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz
realisiert. Der Contractor übernimmt dabei die Verantwortung
für alle erforderlichen Schritte von der Planung
über die Installation neuer Anlagen oder Anlagenkomponenten
bis zur Entsorgung der entsprechenden Altanlagen. Nachdem
der Contractor alle technischen Maßnahmen realisiert hat,
beginnt die Hauptleistungsphase. Nun muss der Contractor je
nach Vertragsmodell die Energiekosteneinsparung garantieren
oder die vereinbarten Medien liefern. Während dieser Phase
übernimmt er das Energie controlling und führt gegebenenfalls
organisatorische Maß nahmen zur Nutzermotivation oder
Schulungen durch.
Die Vergütung des Contractors wird in der Regel in monatlichen
Raten gezahlt. Einmal im Jahr erfolgt eine Gesamtabrechnung.
Nach Ablauf der Vertragslaufzeit kann das Unternehmen mit
dem bisherigen Contractor weiterarbeiten oder in ein neues
Ausschreibungsverfahren eintreten.
Bei komplexen Contracting-Projekten ist es sinnvoll,
für die Planung sowie die Angebots- und Vertragsprüfung
einen unabhängigen Berater hinzuzuziehen.

Anhang 4.2: Energieliefer-Contracting.
Energieliefer-Contracting, auch Anlagen-Contracting genannt,
ist die am weitesten verbreitete Art des Energie-Contractings.
Darin bietet der Contractor die Lieferung von Nutzenergie
(zum Beispiel Strom, Wärme oder Kälte) zu einem vertraglich
vereinbarten Preis an. Er verpflichtet sich, neue Anlagen zu
errichten und zu betreiben beziehungsweise bestehende Anlagen
zu übernehmen und zu modernisieren, um den vertraglich
vereinbarten Energiebedarf zuverlässig und sicher bereitzustellen
(siehe Abbildung 2).
Planung, Finanzierung, Errichtung und Betrieb der Anlagen
übernimmt der Contractor auf eigenes Risiko. Die Vergütung des
Dienstleisters ist beim Energieliefer-Contracting in der Regel
projektbezogen und unabhängig von erwarteten Energieeinsparungen.
Sie besteht üblicherweise aus einem Arbeitspreis
für bezogene Energie und einem Grundpreis für die Bereitstellung
der Energieanlage. Zur Anpassung an die Preisentwicklung
werden Preisgleitklauseln auf Basis statistischer
Indizes (zum Beispiel des Statistischen Bundesamts) vertraglich
vereinbart. Aufgrund der vertraglich vereinbarten Nutzenergielieferung
zu einem festgelegten Preis liegt das Nutzungsgradrisiko
allein beim Contractor.
Die wichtigsten Punkte zum Energieliefer-Contracting im
Überblick:
Bei Investitionsbedarf in die Anlage oder bei absehbaren
Energieeinsparpotenzialen von über 10 Prozent ist Energieliefer-Contracting
grundsätzlich lohnenswert.
Ein externer Dienstleister, der Contractor, plant, baut,
finanziert und betreibt auf eigenes Risiko die Energiebereitstellung
und -lieferung für einen Objekteigner.
Der Contracting-Nehmer belastet nicht seinen eigenen
Kreditrahmen durch zusätzliche Investitionen.
Die Investition refinanziert der Contractor durch die Erlöse
für die Energielieferung und einen Grundpreis.
Am Ende der Vertragslaufzeit kann ein neuer Vertrag abgeschlossen
werden oder eine Eigentums- und Risikoübertragung
auf den Contracting-Nehmer erfolgen.
Die Vertragslaufzeiten, Risikoübernahmen, Erfolgsrechnungen
und -beteiligungen sowie der Umfang der Maßnahmen
werden frei gestaltet.
Die üblichen Vertragslaufzeiten betragen 10 bis 15 Jahre.
Für die Ausschreibung und Vergabe eines Energieliefer-
Contractings hat die dena einen Leitfaden inklusive Mustervertrag
herausgegeben. Weitere Informationen unter:
www.kompetenzzentrum-contracting.de.
Reduzierung von CO 2
Alles aus einer Hand Planbare Kosten
Contractor
Planung
Finanzierung
Umsetzung
Energieversorgungsanlage
Objekteigentümer
Betrieb
Nutzenergie
Wartung
€
Verbrauchsabhängige Vergütung
Abb. 2: Ablauf eines Energieliefer-Contractings.

Beispiel Kälte-Contracting.
Istzustand.
Aufgrund einer Produktionserweiterung plant ein kunststoffverarbeitendes
Unternehmen den Ausbau und die Erneuerung
der Kälteanlagen. Die Höhe der Investitionen
und der erhebliche Planungsaufwand sprechen dafür,
einen Contractor mit der Entwicklung und Umsetzung
eines flexiblen, erweiterungsfähigen Kälteversorgungskonzepts
zu betrauen.
Maßnahme.
Planung, Finanzierung, Bau, Betrieb, Überwachung und
Notdienst werden vom Contractor übernommen. In drei
Ausbaustufen werden die veralteten Kühltürme der Spritzgussmaschinen
durch eine Trockenkühlung ersetzt, die
Werkzeugkühlung von wasser- auf luftgekühlte Schraubenkältemaschinen
umgestellt und schließlich eine Anlage zur
Wärmerückgewinnung installiert.
Ergebnis.
Die Refinanzierung der Anlage mit 3.100 kW Kälteleistung
und 2.000 kW Wärmeleistung erfolgt mittels monatlicher
Contracting-Raten.
Foto: Kälteanlage, Quelle: Ökotec Energiemanagement GmbH
Beispiel Prozessdampf-Contracting.
Istzustand.
Seit Februar 2007 betreibt ein Contractor ein Heizwerk zur Versorgung
eines Aluminiumrecyclingwerks mit Prozessdampf.
Maßnahme.
Ein Contractor übernahm die Entwicklung des Versorgungskonzepts,
finanzierte die gesamte Anlage, plante und überwachte
den Bau. Seit der Inbetriebnahme werden alle Wartungs-
und Notdienste, das Brennstoffmanagement sowie
die Instand haltung vom Contracting-Unternehmen durchgeführt.
Ergebnis.
Der hohe Kesselwirkungsgrad von über 92 Prozent reduziert
den Brennstoffeinsatz und die moderne Rauchgasreinigung
sorgt für eine deutliche Unterschreitung der Emissionsgrenzwerte
für Luftschadstoffe.
Foto: Dampfleitungen

Anhang 4.3: Energieeinspar-Contracting.
Bei dieser Art des Contractings wird eine energetische Optimierung
von Anlagen, Systemen oder Liegenschaften vom Contractor
übernommen (inklusive Planung, Finanzierung und Instandhaltung).
Für einen bestimmten Vertragszeitraum garantiert
der Contractor eine Reduzierung des Energieverbrauchs und
der Energiekosten (siehe Abbildung 3). Der Contractor führt die
Maßnahmen zur Energieeinsparung und zur Verbesserung der
Energieeffizienz beim Contracting-Nehmer durch. Er optimiert
die Technik und den Betrieb von Anlagen, Systemen und/oder
Gebäuden systematisch sowie gewerkeübergreifend und verknüpft
diese Investition mit einer Einspargarantie.
Zur Vorbereitung des Energieeinspar-Contractings sollte
man sich einen Überblick über die Energiesituation im Betrieb
verschaffen und die Energiekosten und Verbrauchsdaten der
letzten Jahre genau ansehen. Hierfür kann es sinnvoll sein, eine
externe Energieberatung in Anspruch zu nehmen (siehe „Ratgeber
Energieberatung“).
Nach Ausschreibung und Beauftragung erstellt der Contractor
eine Feinanalyse zu den Energieverbräuchen der Anlagen, Systeme
und/oder Gebäude, die optimiert werden sollen, und darauf
aufbauend die Leistungsbeschreibung, die dann Bestandteil
des Vertrags wird. In dieser Phase ist eine enge Zusammenarbeit
zwischen Contracting-Nehmer und Contractor erforderlich.
Bei kleineren Liegenschaften mit einfacher technischer
Ausstattung kann die Detailplanung auch sofort, ohne Durchführung
einer Feinanalyse, erfolgen.
Die Grundlage für die Refinanzierung der Investitionen bilden
die durch die Maßnahmen eingesparten Energie kosten (siehe
Abbildung 4). Je nach Vertragsgestaltung teilen sich die Vertragspartner
die garantierten Energieeinsparungen innerhalb
der Vertragslaufzeit nach einem zuvor definierten Verhältnis.
Der Contractor übernimmt für den Zeitraum des Vertrags das
technische und wirtschaftliche Risiko. Dafür nutzt er Energiecontrollingsysteme,
die er in der Regel im Rahmen der Maßnahmenumsetzung
implementiert. Der Contracting-Nehmer
wird von Wartung und Instandsetzung entlastet. Er muss lediglich
die Erfüllung der Zielsetzungen kontrollieren. Dazu ist ein
klarer Leistungsnachweis- und Abrechnungsmodus zu vereinbaren.
Bei der Umsetzung von Maßnahmen, bei denen das Verhalten
der Mitarbeiter relevant ist, sollte der Contractor auch
Mitarbeiterschulungen durchführen.
Reduzierung von CO 2
Alles aus einer Hand Einsparung
Contractor
Planung
Finanzierung
Beteiligung an
eingesparten
Entlastung
Energiekosten
Objekteigentümer
Haushalt
€ €
Umsetzung
Betrieb
Umfassende
Energieeffizienzmaßnahmen
Objekt inklusive Anlagentechnik
Abb. 3: Ablauf eines Energieeinspar-Contractings.

Die wichtigsten Punkte zum Energieeinspar-Contracting
im Überblick:
Ab Einsparpotenzialen von 15 Prozent lohnenswert.
Ein externer Dienstleister, der Contractor, plant, realisiert
und finanziert auf eigenes Risiko eine Energieeinsparmaßnahme
für einen Objekteigner.
Der Contractor führt ganzheitliche Untersuchungen der Anlagen,
Systeme und/oder Gebäude durch. Meist ist der Auftraggeber
bereits im ersten Jahr der Garantiephase an der Einsparung
beteiligt und erhält eine Budgetentlastung.
Die Investition refinanziert der Contractor durch die erzielte
Energiekosteneinsparung.
Energiekosten
Kostenreduktion beim Auftraggeber
Vergütung Contractor
Von zusätzlichen Energiekosteneinsparungen über den vereinbarten
Mindestwert hinaus profitieren beide Vertragspartner.
Die eingebauten energieeffizienten Technologien gehen mit
der Abnahme sofort in das Eigentum des Contracting-Nehmers
über. Eine vollständige Risikoübernahme erfolgt am
Ende der Vertragslaufzeit.
Die Vertragslaufzeiten, Risikoübernahmen, Erfolgsrechnungen
und -beteiligungen sowie der Umfang der Maßnahmen
werden frei gestaltet.
Die Vertragslaufzeit hängt von der Amortisationsdauer
der erforderlichen Investitionen ab und beträgt in der
Regel sieben bis zwölf Jahre.
Energiekosten
Vertragsbeginn
Hauptleistungsphase
Vertragsende
Zeit
Die dena bietet mit dem Leitfaden Energiespar-Contracting
und dem zugehörigen Mustervertrag einen anerkann ten
Standard für die Ausschreibung und Vergabe eines Energieeinspar-Contractings.
Weitere Informationen unter:
www.kompetenzzentrum-contracting.de.
Abb. 4: Dynamische Entwicklung des Kostenverlaufs beim Energieeinspar-Contracting.
Beispiel Energieeinspar-Contracting.
Istzustand.
Zur Verbesserung der Energieeffizienz und der Betriebssicherheit
des Produktionsstandorts beauftragt ein
Pharmaunter nehmen einen Contractor damit, das
gesamte Produktions gebäude energetisch zu sanieren.
Maßnahme.
Im Rahmen eines Energieeinspar-Contracting-Vertrags
wurden die betrieblichen Lüftungsanlagen optimiert,
die Wärmeträger ölkessel mit einem System zur Wärmerückgewinnung
ausgestattet, die Warm wasserbereitung
saniert und die Gebäudeleittechnik angepasst.
Ergebnis.
Die im Fallbeispiel erforderlichen Investitionen von
1,2 Millionen Euro wurden zu 100 Prozent vom Contractor
getragen. Vereinbart wurden eine Vertragslaufzeit von
sechs Jahren und eine garantierte Energiekosteneinsparung
von 26,5 Prozent (= 230.000 Euro pro Jahr).
Die durchgeführten Maßnahmen führten zu einer
Energieeinsparung von rund 80 GWh und einer
CO 2 -Einsparung von 1.300 Tonnen pro Jahr.

Anhang 5: Lebenszykluskosten am Beispiel Pumpen.
Bei der Frage: „Was kostet diese Pumpe?“, denken viele Menschen
zunächst an den Einkaufspreis für das entsprechende
Produkt. Dieser Umstand trifft zwar im Prinzip auf alle Maschinen
zu – bei Pumpen sind aber die Folgekosten im Vergleich
zum Einkaufspreis überdurchschnittlich hoch. Pumpen sind als
standardisierte Maschinen im Einstandspreis oft relativ günstig,
verursachen aber aufgrund ihrer bisweilen besonders langen
Laufzeiten während ihres Betriebs weitere Kosten, wie z. B. die
Energie- und Instandhaltungskosten, die oftmals nicht ausreichend
berücksichtigt werden. Hinzu kommt, dass sie als Herzstück
einer Anlage bei einem Defekt die gesamte Produktion zum
Stillstand bringen können. Der Zuverlässigkeit kommt also unter
Kostengesichtspunkten ein ganz besonderer Stellenwert zu.
Nicht alle Kosten werden allein durch das Pumpenaggregat
bestimmt. Vielmehr kommt es auf eine genaue Abstimmung
und Optimierung aller Komponenten im System an. Die Einflüsse
der verschiedenen Parameter auf die einzelnen Kostenarten
sind so komplex, dass dass es ohne eine systematische Herangehensweise
schwierig ist, das Optimum zu finden. Eine mögliche
Systematik bietet die in den USA entwickelte Methode der
Lebenszykluskosten-Analyse. Dabei können für Pumpen beispielsweise
folgende Kostenblöcke in die Berechnung einbezogen
werden:
investment costs Cic
installation costs Cin
energy costs Ce
Investitionskosten
Installationskosten
Energiekosten
Je nach Anwendungsfall kann es sinnvoll sein, noch weitere
Kostenblöcke zu definieren. Bei Produktionsanlagen in der
Chemie-, Pharma- oder Lebensmittelindustrie empfiehlt es sich,
z. B. den Kostenblock der Qualitätskosten (quality costs Cqu)
hinzuzufügen.
Bei der Planung des Pumpensystems sollte zunächst überschlägig
berechnet werden, welche dieser Kostenblöcke von der Größe
her relevant sind und durch mögliche Auslegungsalternativen
beeinflusst werden können. Wichtig ist, dass beim Vergleich
verschiedener Systeme immer die gleichen Kostenarten betrachtet
und nach der gleichen Methodik sowie mit demselben
Leistungsumfang berechnet werden. Die Lebenszykluskosten
(LCC) ergeben sich dann als Summe der diskontierten Gegenwartswerte
aller ausgewählten Kostenarten.
LCC = Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Ccip + Cqu + Cd
Die Kostenblöcke können zu übergeordneten Blöcken (Investitions-
und Installationskosten, Energiekosten sowie Betriebs-,
Wartungs- und Instandhaltungskosten) zusammengefasst
werden. Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft die Verteilung
der Kostenarten. Sie verdeutlicht, dass die Energiekosten
im Laufe des Betriebs der Anlage den größten Anteil an den
Gesamtkosten verursachen. Eine Optimierung, wie z. B. durch
geeignete Energieeffizienzmaßnahmen, führt somit zu einer
erheblichen Kosteneinsparung.
operation costs Co
Bedienungskosten
maintenance costs Cm
downtime costs Cs
environmental costs Cenv
Instandhaltungskosten
Produktionsausfallkosten
Umweltschutzkosten
5 %
10 %
disposal costs Cd
Außerbetriebnahmekosten
cleaning-in-place costs Ccip
Reinigungskosten
85 %
Investitions- und Installationskosten
Betriebs-, Wartungs- und Instandhaltungskosten
Energiekosten
Abb. 5: Beispielhafte Verteilung der Lebenszykluskosten.

Kostenarten und Einflussfaktoren.
Cd
Cic
Der gewählte Rohrleitungsdurchmesser hat einen entscheidenden
Einfluss auf die Investitionskosten. Die Kosten für Rohrmaterial
und Armaturen steigen mit dem Durchmesser. Auf
der anderen Seite sinkt mit zunehmendem Durchmesser der
Leistungsbedarf der Pumpe, sodass diese preiswerter wird,
genauso wie der dazugehörige Motor und die Leistungs elektronik.
Ccip
Cqu
LCC
Cin
Ce
Ein anderer wesentlicher Punkt ist die Qualität der ausgewählten
Werkstoffe. Geringe Rauigkeit, korrosionsbeständiges und
verschleißarmes Material sowie hochwertige Komponenten,
die bei den anderen Kostenblöcken zu deutlichen Reduzierungen
führen, müssen bei den Investitionskosten durch einen in
der Regel höheren Einkaufspreis berücksichtigt werden.
Cic
Cin
Ce
Co
Cm
Cenv
Cs
investment costs
Investitionskosten
installation costs
Installationskosten
energy costs
Energiekosten
operation costs
Bedienungskosten
maintenance costs
Instandhaltungskosten
Investitionskosten Cic.
Zu den Investitions- bzw. Anschaffungskosten werden in der
Regel nur die Einkaufskosten gezählt, die vor der Inbetriebnahme
des Systems anfallen. Diese umfassen die Einkaufskosten für die
einzelnen Komponenten und möglicherweise eine Erstausstattung
an Ersatzteilen. Dazu kommen noch die Planungskosten,
die Kosten des Einkaufsprozesses und eventuell notwendige
Qualifizierungsmaßnahmen für das Personal. Gegebenenfalls
müssen noch die Kosten für Hilfsdienste sowie die Anschaffungskosten
für die Überwachungs- und Prozessleittechnik hinzugerechnet
werden. Die Grenzen sollten hier pragmatisch gezogen
werden, sodass nur die Faktoren hinzugezählt werden, die
bei den zu vergleichenden Alternativen tatsächlich variieren.
Wichtig ist aber, dass die Systematik in allen Fällen gleich bleibt.
Eine detailliertere Aufschlüsselung der Anschaffungskosten
findet sich im VDMA-Einheitsblatt 34160 „Prognosemodell
für die Lebenszykluskosten von Maschinen und Anlagen“.
Cs
Cenv
Ccip
Cqu
Cm
Co
downtime costs
Produktionsausfallkosten
environmental costs
Umweltkosten
cleaning-in-place costs
Reinigungskosten
quality costs
Qualitätskosten
disposal costs Außerbetriebnahmekosten
Abb. 6: Elemente der Lebenszykluskosten von energieverbrauchenden Produkten.
Cd
Bezüglich der Sicherheit und Zuverlässigkeit gibt es verschiedene
Planungsalternativen, wie redundante Systeme oder
Überwach ungsvorrichtungen und vorbeugende Instandhaltung,
deren Investitionskosten in verschiedenen Lebenszykluskosten-Analysen
verglichen werden müssen. Weitere Informationen
hierzu finden sich in den Abschnitten „Sicherheit
und Zuverlässigkeit“, „Wartung und Instandhaltung“ sowie
„Überwachung und Diagnose“.
Installationskosten Cin.
Zu den Installationskosten zählen die Kosten für Montage und
Inbetriebnahme der Gesamtanlage bzw. der auszutauschen den
Komponenten in einer bestehenden Anlage. Wenn für die Installation
Fremdleistungen hinzugezogen werden, ist besonders
darauf zu achten, dass für die verschiedenen Alternativen die
Vergleichsbasis übereinstimmt. Der Umfang der externen und
internen Leistungen sollte bei den zu vergleichenden Alternativen
gleich angesetzt werden, es sei denn, technische Details
machen bei einer Anlage eine Fremd installation notwendig,
während das bei der Auslegungs alternative nicht der Fall ist.
Wenn in einem Fall eine Fremd firma installiert und im anderen
Fall nicht, muss ein sinnvoller Stundensatz für die Eigenleistungen
gewählt oder abgeschätzt werden, damit die Lebenszykluskosten-Analyse
nicht verfälscht wird. Eine detaillierte Aufschlüsselung
der Installations- und Inbetriebnahmekosten für
Maschinen und Anlagen im Allgemeinen findet sich im VDMA-
Einheitsblatt 34160 „Prognosemodell für die Lebenszykluskosten
von Maschinen und Anlagen“.
Energiekosten Ce.
Die Energiekosten sind oftmals der größte Ausgabenposten, der
durch ein Pumpensystem verursacht wird. Die Energiekosten sind
das Produkt aus Energieverbrauch und dem Energiepreis. In der
Regel ist dies der Strompreis. Der Energieverbrauch hängt von der
Förderaufgabe und dem Wirkungsgrad des Gesamtsystems ab.
Insbesondere bei Heizungspumpen stellen die Energiekosten alle
anderen Kostenarten in den Hintergrund und sollten daher das
vorrangige Auswahlkriterium sein.

müssen zusätzlich die Kosten eines größeren Unfalls mit Umweltauswirkungen
multipliziert mit der Eintrittswahrscheinlichkeit
während der Lebensdauer hinzugezählt werden. In vielen
Fällen reduzieren Maßnahmen, die die Zuverlässigkeit und die
Haltbarkeit des Pumpensystems erhöhen, die Umweltkosten.
Reinigungskosten Ccip.
Viele Produktionsanlagen in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie
müssen regelmäßig gereinigt werden. Man
spricht von „Cleaning in Place“ (CIP), wenn die Reinigung vor
Ort, automatisch und ohne Demontage erfolgt. Dafür werden
die Rohrleitungen, Behälter und Einbauten teilweise mehrmals
täglich für eine bestimmte Zeit von einer Reinigungsflüssigkeit
durchspült. Während dieser Zeit kann keine Produktion stattfinden.
Zusätzlich entstehen Kosten für die Aufbereitung oder
Entsorgung des Reinigungsmediums sowie Energiekosten, da
die Reinigung bei hohen Temperaturen stattfindet. Außerdem
geht bei jeder Reinigung der Teil des Produkts verloren, der sich
noch in der Rohrleitung befindet.
Der Aufwand für die Reinigung ist stark vom Design der Anlage
und den einzelnen Bauteilen abhängig. Da diese geplanten
Unterbrechungen sich anders auf die Produktionskosten auswirken
als ungeplante Produktionsausfälle und zudem die
Energiekosten teilweise an anderer Stelle entstehen, ist es sinnvoll,
diese Kosten in einem gesonderten Block zusammenzufassen.
Auf diese Weise spiegelt sich auch besser wider, welche
Auswirkungen eine Planungsalternative auf die CIP-Fähigkeit
der Anlage hat.
Die CIP-Kosten berechnen sich pro Reinigung als Produkt aus
CIP-Dauer und Energieaufwand zuzüglich des Verbrauchs an
Reinigungsflüssigkeit und des Verlusts an Produkt. Zusätzlich
sind gegebenenfalls einmalig Kosten für die Neuerrichtung
oder den Umbau der CIP-Anlage hinzuzurechnen.
Qualitätskosten Cqu.
Jede Pumpe und jedes Rohrleitungssystem hat in irgendeiner
Form Auswirkungen auf das Fördergut. So steigt z. B. durch den
Leistungs eintrag die Temperatur des Förderguts. Dadurch kann
sich die Anzahl der in der Anlage befindlichen Mikroorganismen
erhöhen. In Produktionsanlagen können der Leistungseintrag
und die Mikro organismen die Qualität des Produkts beeinflussen,
sei es durch Verkürzung der Haltbarkeit oder Änderung
sonstiger Produkteigenschaften. Zusätzlich können durch
Leckagen Fremdstoffe von Schmiermitteln sowie von Abrieb
von Dichtungen und festen Bauteilen in das Produkt gelangen.
Dadurch kann für das Produkt möglicherweise nur noch ein
geringerer Verkaufspreis erzielt werden, als wenn diese Beeinflussung
nicht stattgefunden hätte, oder es werden nachgeschaltete
Behandlungsstufen notwendig. Bei vielen Pumpen in
der Lebensmittelindustrie ist die Produktschonung neben der Zuverlässigkeit
vorrangiges Auswahlkriterium.
Als Qualitätskosten können die Kosten für diese zusätzlich
notwendigen Behandlungsschritte und die Wertminderung
des Produkts angesetzt werden. Diese sind im Vergleich zu dem
theoretischen Referenzfall zu bewerten, in dem die Anlage keinen
ungewollten Einfluss auf das Produkt hat.
Außerbetriebnahmekosten Cd.
Zu den Außerbetriebnahmekosten zählen die Kosten für die Demontage
der Anlage, Entsorgung der ausgedienten Teile und
gegebenenfalls die Wiederherstellung des ursprünglichen Zustands.
Wie bei allen anderen Kostenarten ist bei den Außerbetriebnahmekosten
der Betrag dann mit einem Diskontierungsfaktor
auf den Gegenwartswert umzurechnen.

Falls die Leistungsaufnahme des Pumpenmotors bekannt ist
und die Pumpe konstant in einem Betriebspunkt arbeitet, lässt
sich der Jahresverbrauch einfach aus der Anzahl der Jahresbetriebsstunden
und dem Strompreis errechnen. Schwieriger wird
es, wenn die Förderleistung nicht konstant ist. Da auch der Wirkungsgrad
des Gesamtsystems vom Förderstrom abhängt, muss
im Prinzip für jeden Betriebspunkt die Leistungsaufnahme berechnet
und entsprechend der Zeitanteile, die die Pumpe in diesen
Betriebspunkten fährt, über das Jahr summiert werden.
Da die Energiepreise einer starken Inflation unterworfen sind,
müssen diese für den Lebenszyklus abgeschätzt werden.
Gleichzeitig werden aber Zahlungen, die in der Zukunft zu leisten
sind, durch einen Diskontierungsfaktor im Gegenwartswert
weniger stark gewichtet. Vereinfachend können Energiepreisanstieg
und Diskontsatz gegeneinander zu Null verrechnet
werden. Dann ergeben sich die Lebenszyklus-Energiekosten
als Produkt aus Lebensdauer und Jahresenergiekosten.
Bedienungskosten Co.
Zu den Bedienungskosten werden nach dem Leitfaden von Hydraulic
Institute und Europump die Personalkosten für den normalen,
ungestörten Betrieb gezählt. Sie hängen stark davon ab, welcher
Überwachungsaufwand für die Pumpe notwendig ist und ob die
Überwachung über ein Zentralsystem oder mobil vor Ort erfolgt.
Wenn die Inspektionen Teil einer vorbeugenden Instandhaltung
sind, kann es unter Umständen sinnvoll sein, die Bedienungskosten
mit den Instandhaltungskosten zusammenzufassen.
Abweichend vom Europump-Leitfaden könnte man den Bedienungskosten
noch einen Kostenanteil Prozessautomatisierung
zuschlagen.
Instandhaltungskosten Cm.
Zu den Instandhaltungskosten gehören die normalen Wartungs -
arbeiten wie das Reinigen und Schmieren, die geplante vorbeugende
Instandhaltung und die korrektive Instandsetzung
bei Pumpen defekten. Die Kosten für Wartung und eine intervallabhängige,
vorbeugende Instandhaltung sind das Produkt
von Instandhaltungsfrequenz und der Summe aus Materialund
Personalaufwand pro Instandhaltung. Wenn es unterschiedliche
Wartungsprozeduren wie Routinewartung und
Generalrevision gibt, empfiehlt es sich, diese Kosten getrennt
zu berechnen.
Die Kosten für eine zustandsabhängige oder für eine korrektive
Instandhaltung ergeben sich analog aus dem Produkt von Schadenshäufigkeit
und der Summe aus Material- und Personalaufwand.
Bei der zustandsabhängigen Instandhaltung sind gegebenenfalls
die Überwachungs- respektive Inspektionskosten
hinzuzurechnen, sofern diese nicht in anderen Kostenblöcken,
wie z. B. den Bedienungskosten, erfasst sind. Bei der korrektiven
Instandsetzung ist zu überlegen, ob bei den Personalkosten zu
einem gewissen Anteil Sonntags- und Nachtarbeitszuschläge
hinzugerechnet werden müssen. Die Reparaturdauer wird
normalerweise nur in Bezug auf die Personalkosten berücksichtigt.
Der Produktionsausfall kommt nur dann hinzu, wenn
dieser nicht in einem eigenen Kostenblock veranschlagt wird.
Die Schadenshäufigkeit muss abgeschätzt werden. Sie ist in
manchen Fällen als statistischer Wert MTBF (Mean time between
failures = durchschnittlicher Ausfallabstand) für die
einzelnen Komponenten vom Hersteller erhältlich. Allerdings
beruhen diese Werte auf Testbedingungen. Die tatsächliche
Schadenshäufigkeit hängt sehr stark von den realen Bedingungen
ab. Da diese nicht mit Sicherheit vorausgesagt werden
können, ist es sinnvoll, Szenarien für den günstigsten und den
schlechtesten Fall zu berechnen.
Eine höhere Voraussagesicherheit hat man, wenn aus dem Anlagenbetrieb
bereits Erfahrungen mit der Schadenshäufigkeit
vorliegen, die als Referenz für eine Optimierung der Instandhaltungsstrategie,
für Verbesserungsmaßnahmen oder für die
Installation eines Überwachungssystems genutzt werden können.
Detailliertere Aufschlüsselungen der Kostenelemente finden
sich in der VDI-Richtlinie 2885 „Einheitliche Daten für die Instandhaltungsplanung
und Ermittlung von Instandhaltungskosten“
und im VDMA-Einheitsblatt 34160 „Prognosemodell für
die Lebenszykluskosten von Maschinen und Anlagen“.
Produktionsausfallkosten Cs.
Die Kosten von ungeplanten Produktionsausfällen aufgrund
von Pumpendefekten können leicht zum größten Posten in den
Lebenszykluskosten avancieren. Aus diesem Grund wird einer
hohen Verfügbarkeit der Pumpen von vielen Betreibern allerhöchste
Priorität eingeräumt. Definitionen der relevanten Größen
finden sich in der VDI-Richtlinie 3423 „Verfügbarkeit von
Maschinen und Anlagen“.
Die Kosten von ungeplanten Ausfällen ergeben sich aus dem
Produkt von Schadenshäufigkeit, Reparaturdauer und dem
Produktionswert pro Zeiteinheit. In manchen Fällen müssen
Vertragsstrafen für Lieferausfälle hinzugerechnet werden.
Bei geplanten Instandhaltungen ist der Produktions ausfall
nur anteilig zu berechnen, wenn während dieser Zeit mehrere
Maschinen gewartet werden. Bei Instandhaltungen in ohnehin
produktionsfreien Zeiten sind selbstverständlich keine Ausfallkosten
zu berechnen.
Umweltkosten Cenv.
Zu den Umweltkosten zählen die Entsorgungskosten von Hilfs -
stoffen, auszutauschenden Bauteilen und gegebenenfalls von
einem nicht verkäuflichen Produkt bei Fehlproduktionen aufgrund
von Bauteilversagen. Bei gefährlichen Fördermedien

Art.-Nr. 1424
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