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Ausblick

Energieverbrauch der Familie Huber

oder "Das bisschen Haushalt kann soviel nicht sein" von Dr. W. Bube

Hinweise: Auf dieser Seite werden Begriffe wie Primärenergie, Endenergie und Nutzenergie häufig verwendet. Eine nähere Beschreibung dieser Energien findest du auf der Grundwissensseite: Grundbegriffe der Energietechnik.

Der Weltenergiebedarf steigt beständig, wobei die Industrieländer den größten Anteil benötigen. Sie sind auch verantwortlich für den größten Anteil der klimawirksamen Spurengase, die den Treibhauseffekt beschleunigen. Derzeit benötigen die hochindustrialisierten Länder etwa 70 % der Primärenergie, obwohl sie nur 20% der Weltbevölkerung stellen. Der ärmsten Gruppe (etwa 33% der Weltbevölkerung) bleiben nur 4% der Primärenergie.

Der Pro-Kopf-Bedarf an Primärenergie innerhalb eines Jahre zeigt die Unterschiede drastisch. An der Spitze stehen die Nordamerikaner mit ca. 11 tSKE, der Durchschnittseuropäer bringt es auf knapp 5 tSKE, China auf etwa 1 tSKE mit schnell steigender Tendenz.

Die Energiebilanz der Familie Huber in Deutschland soll beispielhaft darstellen

  • wie viel Endenergie in verschiedenen Bereichen im Haushalt umgesetzt
  • wie viel Primärenergie dafür eingesetzt werden muss
  • welche Treibhauswirkung daraus entsteht

und man kann über Einsparmöglichkeiten nachdenken.

In der Bundesrepublik Deutschland ist der Anteil der Haushalte am Endenergieverbrauch von ca. 30% beträchtlich.

Hinweis für Lehrer und besonders interessierte Schüler: Eine zuverlässige Zusammenstellung Energiedaten findet man unter der Adresse: http://www.ag-energiebilanzen.de/. Unter der Rubrik "Daten" stehen Excel-Tabellen als Grundlage für vielerlei Darstellungen zur Verfügung.

Endenergie im Haushalt

Die Primärenergie in Form von Erdöl, Erdgas, Kohle oder Uran wird aufbereitet und den Haushalten als Endenergie in Form von Heizöl, Benzin, Gas und elektrischer Energie ("Strom") veredelt zur Verfügung gestellt. Bei den Umwandlungen entstehen bereits Verluste. Die Privathaushalte nutzen die Endenergie im wesentlichen für die nebenstehend dargestellten Anwendungsbereiche.

Familie Huber wohnt mit 2 Kindern in einem Einfamilienhaus und hat den Jahres(end)energieverbrauch aufgeschrieben.

Heizung und Warmwasser
Strom
Auto
2400 l Heizöl
4000 kWh
1 600 l Benzin

Abschätzung des Primärenergieverbrauchs der Familie Huber - Beitrag zum Treibhauseffekt
Aus dem Endenergieverbrauch im Haushalt lässt sich der zugehörige Primärenergieverbrauch ermitteln, wenn man die Energiewandlungen bis zum Rohstoff zurückverfolgt. Vereinfacht wird das in einem Primärenergiefaktor f zusammengefasst. Für Strom beträgt der Faktor etwa
\[{f_{{\rm{Strom}}}} = 3,0\frac{{{\rm{kW}}{{\rm{h}}_{{\rm{Primärenergie}}}}}}{{{\rm{kW}}{{\rm{h}}_{{\rm{Endenergie}}}}}}\]

Das bedeutet das für \(1\rm{kWh}\) im Haushalt verbrauchte elektrische Energie 3-mal soviel Primärenergie eingesetzt werden muss.

Energieträger Primärenergiefaktor
Heizöl und Benzin 1,1
Erdgas 1,1
Steinkohle bzw. Braunkohle 1,1 bzw. 1,2
Holz 0,2
Strom 3,0
Nah- bzw. Fernwärme aus Kraft-Wärme-Kopplung 0,0 bzw. 0,7
Nah- bzw. Fernwärme aus Heizwerken 0,1 bzw. 1,3

Die Auswirkungen auf den Treibhauseffekt werden durch den Treibhausgasfaktor in CO2-Äquivalente umgerechnet. Beim Verbrennen von 1 Liter Heizöl (\({10{\rm{kW}}{{\rm{h}}_{{\rm{Endenergie}}}}}\)) werden demnach 3,1 kg CO2-Äquivalente freigesetzt.

Energieträger Endenergie CO2-Äquivalent
1l Heizöl 36 MJ = 10 kWh 3,1 kg
1 m3 Erdgas 32 MJ = 9 kWh 2,5 kg
1l Kerosin 36 MJ = 10 kWh 2,5 kg
1l Benzin 9 kWh 2,4 kg
elektr. Strom
Gerät mit 1kW Leistung 1h in Betrieb
1 kWh 0,69 kg
Aufgabe

Berechne die im Haushalt Huber in einem Jahr insgesamt genutzte Endenergie (EE) in kWh.

Lösung

EEges = 2400·10kWh + 4000kWh + 1600·9kWh =42400kWh

Stelle zusammen, wofür Strom im Haushalt genutzt wird und versuche die Geräte nach dem Jahresverbrauch zu ordnen.

Lösung

Aufstellung von elektrischen "Verbrauchern" im Haushalt. Dabei wird angenommen, dass für die Heizung keine elektrische Energie verwendet wird. Die in Klammern beigefügten Prozentzahlen geben den Anteil eines Durchschnittshaushaltes an dessen Gesamtbedarf von elektrischer Energie an (Quelle: HEA)

- Kühl- und Gefriergeräte (24 %)
- Kleingeräte für Haushalt und Pflege (24 %)
- Beleuchtung (19 %)
- Gargeräte (12 %)
- Unterhaltungselektronik, Computer( 7 %)
- Wäschetrockner (6 %)
- Waschmaschinen (4 %)
- Geschirrspülmaschinen( 4 %)

Veranschauliche die Anteile der Energieformen, die Familie Huber nutzt: Zeichne dazu ein Kreisdiagramm oder eine Säule (100%) und trage mit unterschiedlicher Farbe die prozentualen Anteile für Heizung und Warmwasser, Strom und das Auto ein.

Lösung

Bei den Angaben der Familie Huber zum Verkehrsbereich wurde nur das privat genutzte Auto erfasst. Familie Huber nutzt ebenso den öffentlichen Nahverkehr sowie gelegentlich die Bahn. Familie Huber möchte wissen, ob die Urlaubsreise mit dem Flugzeug in der jährlichen Energiebilanz zu Buche schlägt. Sie fliegen 1000 km einfache Strecke und das Flugzeug benötigt pro Person und 100 km nur 5 Liter Kerosin.

Ergänze das Diagramm entsprechend und vergleiche den Anteil dieser Urlaubsreise mit den anderen Energieverbräuchen.

Lösung

Berechnung der Endenergie für den Flug:

\[E{E_{{\rm{Flug}}}} = 4 \cdot \frac{{2000}}{{100}} \cdot 5 \cdot 10{\rm{kWh}} = 4000{\rm{kWh}}\]

Dies bedeutet, dass der Urlaubsflug der Familie genauso viel Endenergie beansprucht wie die ganzjährige Versorgung mit elektrischer Energie.

Bestimme aus der Jahresbilanz der Familie den Jahresbedarf an Primärenergie pro Kopf und rechne ihn um in die äquivalente Menge von Rohöl (Steinkohle), um eine Vorstellung von der Energiemenge zu bekommen.

Vergleiche das mit der Angabe des Bundesministeriums für Wirtschaft (4,2 Tonnen Rohöl oder 6,0 Tonnen Steinkohle für den jährlichen Primärenergiebedarf pro Kopf in Deutschland im Jahre 2000) und erkläre, woher der Unterschied zu deiner Rechnung kommt.

Lösung

Pro Kopf muss man von folgenden Verbräuchen ausgehen:

 

  • Heizöl: 600 l entspricht 6000 kWh Strom 1000 kWh
  • 400 l Benzin entspricht 3600 kWh

Durch Multiplikation mit den entsprechenden Primärenergiefaktoren erhält man den jährlichen pro Kopf Verbrauch an Primärenergie (PEV/Person):

PEV/Person = 6000·1,1 kWh + 1000·3,0 kWh + 3600·1,1kWh = 13560 kWh

Umrechnung in Steinkohleeinheiten (vgl. Seite über die Energieeinheiten):

PEV/Person = 13560·0,12 kgSKE = 1627 kgSKE = 1,6 t PEV/Person = 13560·0,086 kgSKE = 1166 kgSKE = 1,2 t


Die vom Wirtschaftsministerium angegebenen Werte sind deutlich höher, da bei diesen der gesamte Primärenergieverbrauch (PEV) durch die Bevölkerungszahl dividiert wurde. Damit sind alle Verluste und Verbräuche in anderen Sparten mit eingerechnet.

Berechne die jährliche CO2-Emission pro Kopf in der Familie Huber aufgeschlüsselt nach den Bereichen und stelle sie grafisch dar.

Erläutere, wo es wirksame Einsparmöglichkeiten gibt.

Lösung

Berechnung des CO2-Äquivalents (ÄCO2) pro Person und Jahr der Familie Huber:

ÄCO2 = 6000·3,1 kg + 1000·0,69 kg + 400·2,4 kg = 18,6 t + 0,7 t + 1,0 t = 20,3 t

Wenn du dir über den Endenergieverbrauch und den daraus resultierenden Primärenergieverbrauch klar werden willst, kannst du die beigefügte Checkliste ausfüllen. Mit den Tabellen ist es dir dann auch möglich die jährliche CO2-Emission eures Haushaltes zu bestimmen.