BNXS05: The Heat Replacement Effect (Der ... - engon.de
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Auszug aus<br />
<strong>BNXS05</strong>: <strong>The</strong> <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong> <strong>Effect</strong><br />
(<strong>Der</strong> Wärmeersatz-Effekt)<br />
Die britische Organisation „<strong>The</strong> Market Transformation Programme“ berät die Regierung von Großbritannien<br />
in Maßnahmen, die <strong>de</strong>r besseren Ausnutzung <strong>de</strong>r natürlichen Ressourcen dienen sollen. Diese Organisation hat<br />
seit 1999 <strong>de</strong>n <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong> <strong>Effect</strong> näher untersucht, und kommt dabei zu bemerkenswerten Ergebnissen.<br />
(Deutsche Übersetzung OP)<br />
Version: 9.1<br />
First created: 20/12/1999<br />
Updated: 19/09/2007<br />
Last reviewed: 27/02/2008<br />
www.mtprog.com, findbar über die Suchfunktion<br />
[ … ]<br />
5 Definitionen<br />
<strong>Der</strong> <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Faktor R<br />
<strong>Der</strong> <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Faktor R ist <strong>de</strong>finiert als <strong>de</strong>r Anteil <strong>de</strong>r von Lichtquellen o<strong>de</strong>r Geräten verbrauchten<br />
Energie, <strong>de</strong>r zum Heizen <strong>de</strong>s Gebäu<strong>de</strong>s beiträgt, und für <strong>de</strong>n ersatzweise aus <strong>de</strong>r Heizanlage zusätzliche Energie<br />
bereitgestellt wer<strong>de</strong>n muss falls er wegfällt. Er wird für Beleuchtungskörper und an<strong>de</strong>re Geräte getrennt<br />
berechnet, wobei ihre funktionellen Eigenschaften berücksichtigt wer<strong>de</strong>n, wie sie verwen<strong>de</strong>t wer<strong>de</strong>n und wo sie<br />
installiert sind. (…) R kann aus einer Reihe Produktfaktoren bestimmt wer<strong>de</strong>n, die weiter unten aufgeführt sind<br />
(siehe Kapitel 6).<br />
<strong>Der</strong> Sparfaktor S<br />
Wenn die Energieeffizienz von Beleuchtung o<strong>de</strong>r Geräten verbessert wird, wird oft eine scheinbare<br />
(Gesamt)Einsparung an Energieverbrauch angegeben. <strong>Der</strong> Sparfaktor (beneficial saving factor) S ist <strong>de</strong>r<br />
tatsächliche Anteil <strong>de</strong>r Bruttoeinsparung von Energie (o<strong>de</strong>r Betriebskosten o<strong>de</strong>r Belastung mit CO2) welcher<br />
entsteht, wenn <strong>de</strong>r <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Effekt zusätzlich berücksichtigt wird. Dieser Faktor drückt das Verhältnis<br />
von Bruttoeinsparung zu Nettoeinsparung aus. Er hängt ab von <strong>de</strong>r Art und Effizienz <strong>de</strong>s Heizsystems, welche<br />
die fehlen<strong>de</strong> Wärme ersetzen muss, aber auch von <strong>de</strong>n Preisen für Strom und Heizmaterial und ihren C02-<br />
Werten.<br />
6 Abschätzen <strong>de</strong>s <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Effekts<br />
Beleuchtung und Geräte wer<strong>de</strong>n üblicherweise elektrisch betrieben, während zum Heizen verschie<strong>de</strong>ne<br />
Heizstoffe verwen<strong>de</strong>t wer<strong>de</strong>n. Folglich ist beim <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Effekt häufig ein Wechsel <strong>de</strong>r Brennstoffe zu<br />
beachten (also das Ersetzen eines Brennstoffes durch einen an<strong>de</strong>ren). In manchen Fällen kann <strong>de</strong>r Nutzfaktor für<br />
die eingetauschte Energie Null sein o<strong>de</strong>r sogar negativ wer<strong>de</strong>n, aber trotz<strong>de</strong>m ist ein Vorteil bei <strong>de</strong>n Kosten o<strong>de</strong>r<br />
bei <strong>de</strong>r CO2-Emission zu verzeichnen, weil Heizöl o<strong>de</strong>r -Gas statt Strom verwen<strong>de</strong>t wird. (Anmerkung <strong>de</strong>s<br />
Übersetzers: Wenn Strom aus regenerativen Energien bezogen wird, verschlechtert sich beim Wechsel auf Gas<br />
o<strong>de</strong>r Öl immer die CO2-Bilanz, sofern diese aus fossilen Brennstoffen stammen.) Es ist möglich, aber weniger<br />
wahrscheinlich, dass auch das Gegenteilige passieren kann. Höhere Kosten und CO2 Emissionen können<br />
entstehen, wenn Einsparungen aus effizienteren Gasgeräten durch Wärme aus elektrischen Quellen ersetzt<br />
wer<strong>de</strong>n.<br />
Energieeinsparungen drückt man aus durch die Menge <strong>de</strong>r verbrauchten Energie, weil auf dieser Basis die<br />
Kosten für <strong>de</strong>n Verbraucher berechnet wer<strong>de</strong>n. Man muss bei Heizsystem jedoch die zusätzliche For<strong>de</strong>rung<br />
auferlegen, mit <strong>de</strong>r Nutzenergie zu rechnen, für welche <strong>de</strong>r Wirkungsgrad <strong>de</strong>s Heizsystems zusätzlich<br />
einbezogen wer<strong>de</strong>n muss.<br />
Auszug aus <strong>BNXS05</strong> (<strong>de</strong>utsch).doc 1
<strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong> (Wärmeersatz) führt zum Ersatz von eingesparter Energie durch Brennstoffe und es steigert<br />
die Kosten und <strong>de</strong>n CO2-Auswurf durch zusätzliches Heizen. Diese zusätzlichen Mengen können mit <strong>de</strong>n<br />
folgen<strong>de</strong>n Gleichungen berechnet wer<strong>de</strong>n:<br />
Wärmeenergie (im Gerät wegfallen<strong>de</strong>) = Bruttoenergieeinsparung × R × ηe<br />
Ersatzenergie (nötige) = Bruttoenergieeinsparung × R × (ηe / ηg)<br />
Ersatzkosten = Bruttokosteneinsparung × R × (ηe / ηg) × (pg / pe)<br />
Ersatz-CO2 = Bruttokohlendioxi<strong>de</strong>insparung × R × (ηe / ηg) × (Cg / Ce)<br />
wobei R, ηe, ηg, pe, pg, Ce, Cg in Tabelle 1 <strong>de</strong>finiert sind (hierbei wird angenommen,<br />
dass es sich bei <strong>de</strong>r eingesparten Energie um Elektrizität han<strong>de</strong>lt).<br />
Nettoeinsparungen (das heißt, die tatsächlich erreichten) sind die Bruttoeinsparungen abzüglich <strong>de</strong>m <strong>Heat</strong><br />
<strong>Replacement</strong> in <strong>de</strong>n Beziehungen:<br />
Nettoenergieeinsparung = SEnergie × Bruttoenergieeinsparung<br />
Nettokosteneinsparung = SKosten × Bruttokosteneinsparung<br />
Netto-CO2-Einsparung = SCO2 × Brutto-CO2-Einsparung<br />
wobei S <strong>de</strong>r Sparfaktor <strong>de</strong>r Einsparung ist, berechnet als:<br />
SEnergie = 1 – R × (ηe / ηg)<br />
SKosten = 1 – R × (ηe / ηg) × (pg / pe)<br />
SCO2 = 1 – R × (ηe / ηg) × (Cg / Ce)<br />
Tabelle 1: Generelle Größen <strong>de</strong>s <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong><br />
R <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Faktor<br />
S Sparfaktor<br />
yrh Heizperio<strong>de</strong> als Anteil <strong>de</strong>r Jahreslänge<br />
ηe Wirkungsgrad <strong>de</strong>r Elektrogeräte (für Heizzwecke)<br />
ηg Jahreszeitlicher Wirkungsgrad <strong>de</strong>r Heizsysteme<br />
pe Preis für Strom (GBP/GJ)<br />
pg Preis für Heizöl/Brennstoffe (GBP/GJ)<br />
Ce CO2-Ausstoß für Elektrizität (kg/GJ)<br />
Cg CO2-Ausstoß für Brennstoffe (kg/GJ)<br />
Wenn die Geräte, die an die Luft Wärme abgeben, komplett im beheizten Wohnraum untergebracht sind und<br />
wenn sie gleichmäßig im ganzen Jahr genutzt wer<strong>de</strong>n, dann wird <strong>de</strong>r <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Faktor R gleich <strong>de</strong>m<br />
Anteil <strong>de</strong>r Heizperio<strong>de</strong> an <strong>de</strong>r Jahreslänge, das heißt R = yrh, wobei yrh in Tabelle 1 zu fin<strong>de</strong>n ist.<br />
Offensichtlich trifft dies nicht immer zu und R kann genauer abgeschätzt wer<strong>de</strong>n, wenn die Eigenschaften <strong>de</strong>s<br />
speziellen Geräts genauer beachtet wer<strong>de</strong>n, wie weiter unten erklärt wird (siehe Kapitel 7).<br />
Auszug aus <strong>BNXS05</strong> (<strong>de</strong>utsch).doc 2
7 Einfache Schätzrechnung für Wohnungen<br />
Das <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Prinzip kommt nur dann zum Tragen, wenn das Heizsystem tatsächlich in <strong>de</strong>r Lage ist,<br />
die von <strong>de</strong>n Bewohnern gewünschte Wärme zu erzeugen, das heißt wo keine Untertemperaturen auftreten (durch<br />
mangeln<strong>de</strong> Kapazität <strong>de</strong>r Heizung begrün<strong>de</strong>t). In Großbritannien ist am meisten die Zentralheizung mit einem<br />
Gasboiler und Heizkörpern verbreitet. In Tabelle 2 wird <strong>de</strong>shalb diese Heizquelle angenommen, welche die<br />
eingesparte Energie ersetzen muss. Die genauen Werte schwanken natürlich zeitlich durch Verän<strong>de</strong>rungen in <strong>de</strong>n<br />
Gaspreisen, CO2-Anteilen und Wirkungsgrad <strong>de</strong>r Gasboiler.<br />
Tabelle 2: Schätzwerte für die Parameter, mit <strong>de</strong>nen <strong>de</strong>r <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Faktor und <strong>de</strong>r Sparfaktor berechnet<br />
wer<strong>de</strong>n, bezogen auf Wohnungen in Großbritannien mit Gaszentralheizung (Werte aktualisiert im August 2007)<br />
yrh Heizsaison als Anteil am ganzen Jahr (rund 7 Monate) 58%<br />
ηe Wirkungsgrad <strong>de</strong>r Elektrogeräte (für Heizzwecke) 100%<br />
ηg Typischer jahreszeitlicher Wirkungsgrad von Heizsystemen 75,1%<br />
pe Preis für Strom (p/kWh) 10,0<br />
pg Preis für Gas (p/kWh) 2,9<br />
Ce CO2–Ausstoß für Strom (kgC/kWh) 0,146<br />
Cg CO2–Ausstoß für Gas (kgC/kWh) 0,052<br />
Einsetzen <strong>de</strong>r Werte für ηe, ηg, pe, pg, Ce, Cg aus Tabelle 2 in die allgemeinen Gleichungen liefert:<br />
Wärmeenergie (im Gerät wegfallen<strong>de</strong>) = Bruttoenergieeinsparung × R<br />
Ersatzenergie (nötige) = Bruttoenergieeinsparung × R × 133%<br />
Ersatzkosten = Bruttokosteneinsparung × R × 39%<br />
Ersatz-CO2 = Bruttokohlendioxi<strong>de</strong>insparung × R × 47%<br />
Die Sparfaktoren wer<strong>de</strong>n damit zu:<br />
Folglich wer<strong>de</strong>n<br />
SEnergie = 1 – R × 133%<br />
SKosten = 1 – R × 39%<br />
SCO2 = 1 – R × 47%<br />
Nettoenergieeinsparung = 23% × Bruttoenergieeinsparung<br />
Nettokosteneinsparung = 77% × Bruttokosteneinsparung<br />
Netto-CO2-Einsparung = 73% × Brutto-CO2-Einsparung<br />
Diese Beziehungen sind eine einfache Abschätzung für Wohnungen, in <strong>de</strong>nen <strong>de</strong>r Elektrizitätsverbrauch von<br />
Beleuchtung und Geräten durch Gas in Zentralheizungen mit typischem jahreszeitlichen Wirkungsgrad ersetzt<br />
wird. Eine getrennte Darstellung für an<strong>de</strong>re Heizstoffe wur<strong>de</strong> nach <strong>de</strong>r selben Metho<strong>de</strong> durchgeführt und fin<strong>de</strong>t<br />
sich in Anhang A.<br />
(En<strong>de</strong> <strong>de</strong>s Auszugs aus <strong>de</strong>m Originaldokument)<br />
Auszug aus <strong>BNXS05</strong> (<strong>de</strong>utsch).doc 3
Anhang: Angepasste Formeln und Rechenbeispiel für Deutschland<br />
Die Originalformeln und Beispiele verwen<strong>de</strong>n britische Maßeinheiten. Im Folgen<strong>de</strong>n stellen wir ein<br />
Rechenbeispiel mit <strong>de</strong>n bei uns typischerweise verwen<strong>de</strong>ten Zahlenwerten vor.<br />
Das Wohnzimmer einer fünfköpfigen Familie wird von einem 200 W Halogenstrahler und einer 60 W<br />
Glühlampe erleuchtet. Bei<strong>de</strong> sollen durch insgesamt 4 energiesparen<strong>de</strong> Leuchtkörper ersetzt wer<strong>de</strong>n , die<br />
zusammen 60 W verbrauchen.<br />
Diese Beleuchtung wird nur in <strong>de</strong>r kalten Jahreszeit betrieben, weil es im Sommer hell ist. Damit wird <strong>de</strong>r <strong>Heat</strong><br />
<strong>Replacement</strong>-Faktor R zu 1. (Wenn die Beleuchtung hingegen während <strong>de</strong>s ganzen Jahres gebraucht wür<strong>de</strong>,<br />
wäre <strong>de</strong>r Faktor 0,85, da nur in 7 von 12 Monaten gleichzeitig geheizt wird.)<br />
In die Formeln wer<strong>de</strong>n folgen<strong>de</strong> Werte eingesetzt:<br />
R <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Faktor<br />
= Anteil <strong>de</strong>r Heizperio<strong>de</strong> an <strong>de</strong>r jährlichen Betriebszeit <strong>de</strong>s<br />
Elektrogerätes<br />
Auszug aus <strong>BNXS05</strong> (<strong>de</strong>utsch).doc 4<br />
1 R = yrh … 1<br />
1 = wird nur während Heizperio<strong>de</strong><br />
betrieben<br />
S Sparfaktor<br />
yrh Heizperio<strong>de</strong> als Anteil <strong>de</strong>r Jahreslänge 0,58 entspricht 7 Monaten<br />
ηe Wirkungsgrad <strong>de</strong>r Elektrogeräte (für Heizzwecke) 1 Abwärme verbleibt im Raum<br />
ηg Typischer jahreszeitlicher Wirkungsgrad von Heizsystemen 0,751 Wärme entweicht durch Schornstein<br />
pe Preis für Strom (Cent/kWh) 20 typisch<br />
pg Preis für Gas/Heizöl bzw. Brennstoffe (Cent/kWh) 7,65 typisch für Gas<br />
Ce CO2-Ausstoß für Elektrizität (g/kWh) 614 (Siehe Tabelle „CO2“)<br />
Cg CO2-Ausstoß für Brennstoff Gas o<strong>de</strong>r Öl (g/kWh) 430 (Siehe Tabelle „CO2“)<br />
Stromerzeugungsart CO2-Emissionen<br />
Wind 19 g/kWh<br />
Wasser 40 g/kWh<br />
Sonne (Photovoltaik) 135 g/kWh<br />
Biomasse* 0 g/kWh<br />
Kraftwärmekopplung<br />
220 g/kWh<br />
(Gas)**<br />
Braunkohle 1070 g/kWh<br />
Steinkohle 980 g/kWh<br />
Erdgas 430 g/kWh<br />
Ökogas (Lichtblick) 409 g/kWh<br />
Strommix (Durchschnitt) 620 g/kWh<br />
Kernkraft 33 g/kWh<br />
Ökostrom (Lichtblick) 0<br />
Tabelle: CO2-Ausstoß für verschie<strong>de</strong>ne Energiequellen,<br />
zitiert nach www.verivox.<strong>de</strong>/power/article.aspx?i=11473<br />
1. Bruttoenergieeinsparung (<strong>de</strong>r Wert, mit <strong>de</strong>nen Ihnen die Energiesparlampe schmackhaft gemacht<br />
wird)<br />
Die Bruttoenergieeinsparung ist die Menge <strong>de</strong>r Energie, die das neue Gerät weniger verbraucht als das alte.<br />
Leistung <strong>de</strong>s alten Gerätes: 260 W<br />
Leistung <strong>de</strong>s neuen Gerätes: 60 W<br />
Bruttoenergieeinsparung: 200 W<br />
Tägliche Nutzdauer: 4 h, Nutzung nur während <strong>de</strong>r Heizperio<strong>de</strong> (212 Tage)<br />
Scheinbare Bruttojahreseinsparung: 169 kWh<br />
Scheinbare Kosteneinsparung: 33,87 Euro<br />
Scheinbare CO2-Einsparung: 104 kg CO2
Wir wer<strong>de</strong>n sehen, dass die tatsächliche Einsparung wegen <strong>de</strong>s <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Effekts sehr viel geringer ist.<br />
2. Tatsächlich wirksame Einsparung (Netto) unter Einbeziehung <strong>de</strong>s <strong>Heat</strong> <strong>Replacement</strong>-Effekts<br />
Für die effektiven (tatsächlich wirksamen) Einsparungen gelten folgen<strong>de</strong> Formeln:<br />
Die tatsächlichen Nettosparfaktoren sind:<br />
SEnergie = 1 – R × (ηe / ηg) = 1 - R × 133% = – 33% Dies ist ein Mehrbedarf an Energie!<br />
SKosten = 1 – R × (ηe / ηg) x (pg / pe) = 1 - R × 51% = 49%<br />
SCO2 = 1 – R × (ηe / ηg) x (Cg / Ce) = 1 - R × 93% = 7%<br />
O<strong>de</strong>r ausgedrückt als Mengen bezogen auf die eingesparte Energie:<br />
Wärmeenergie (im Gerät wegfallen<strong>de</strong>) = Bruttoenergieeinsparung × R × ne<br />
= Bruttoenergieeinsparung × 100%<br />
Ersatzenergie (nötige) = Bruttoenergieeinsparung × R × (ηe / ηg)<br />
= Bruttoenergieeinsparung × 133%<br />
Ersatzkosten = Bruttokosteneinsparung × R × (ηe/ηg) × (pg/pe)<br />
= Bruttokosteneinsparung × 51%<br />
Ersatz-CO2 = Brutto-CO2-Einsparung × R × (ηe/ηg) × (Cg/Ce)<br />
= Brutto-CO2-Einsparung × 93%<br />
Folglich wer<strong>de</strong>n tatsächlich gespart jährlich<br />
Nettoenergieeinsparung = –33% × Bruttoenergieeinsparung =–56,15 kWh Mehrbedarf an Energie!<br />
Nettokosteneinsparung = 49% × Bruttokosteneinsparung = 16,62 Euro<br />
Netto-CO2-Einsparung = 7% × Brutto-CO2-Einsparung = 7,02 kg CO2<br />
Die für <strong>de</strong>n Klimawan<strong>de</strong>l relevante CO2-Einsparung beträgt nur 7% <strong>de</strong>s Wertes, mit <strong>de</strong>m geworben wird.<br />
Die Kosteneinsparung entsteht, da <strong>de</strong>r kWh-Preis von Gas sehr viel günstiger ist als <strong>de</strong>r von Strom.<br />
Die CO2-Bilanz zeigt jedoch kaum eine Einsparung, <strong>de</strong>nn die Abwärme <strong>de</strong>r Elektrogeräte wirkte sehr effektiv<br />
als Raumheizung, während für die selbe Wärmeerzeugung mit Gas mehr Heizenergie – und damit auch mehr<br />
CO2 – nötig wird.<br />
Wird <strong>de</strong>r Strom von einem Ökostromanbieter bezogen, dann konnte <strong>de</strong>r ursprüngliche Elektroenergieverbrauch<br />
völlig ohne CO2-Belastung bezogen wer<strong>de</strong>n. Dies ist möglich, weil auf natürliche und erneuerbare Energien<br />
gesetzt wird und keine fossilen Brennstoffe verwen<strong>de</strong>t wer<strong>de</strong>n. (Info <strong>de</strong>s Ökostromanbieters Lichtblick.<strong>de</strong>,<br />
<strong>de</strong>ssen Strom CO2-frei erzeugt wird.) <strong>Der</strong> Einsatz von energieärmeren Leuchten und Elektrogeräten führt dann<br />
sogar zu einer Verschlechterung <strong>de</strong>r CO2-Bilanz <strong>de</strong>r Wohnung, weil dann mehr geheizt wer<strong>de</strong>n muss.<br />
Falls die selbe fünfköpfige Familie ihren Strom von Lichtblick bezieht, ergäbe sich nach Einsatz <strong>de</strong>r<br />
energiesparen<strong>de</strong>n Beleuchtung folglich die folgen<strong>de</strong> Bilanz:<br />
OP<br />
10.1.2009<br />
Nettoenergieeinsparung = – 56,15 kWh Dies ist ein Mehrbedarf!<br />
Nettokosteneinsparung = 16,62 Euro<br />
Netto-CO2-Einsparung = – 97 kg CO2 Dies ist ein Mehrbedarf!<br />
Auszug aus <strong>BNXS05</strong> (<strong>de</strong>utsch).doc 5