"Energie sparen" wird im Unterricht häufig sehr groß geschrieben. Dies ist im Hinblick auf die zunehmende weltweite Erwärmung auch gut so. Doch zwischen den edlen Worten im Unterricht und dem tagtäglich erlebten Schulalltag besteht hinsichtlich des verantwortungsbewußtem Umgangs mit Energie an den meisten Schulen eine große Diskrepanz. Da zudem vielen Gemeinden das Geld für aufwendige Energiesparmaßnahmen fehlt, beschlossen wir - das Energieteam des St. Michael-Gymnasiums von Bad Münstereifel - ein sich selbst finanzierendes Energiesparprojekt an unserer Schule ins Leben zu rufen.
Drei Kerngedanken liegen unserem Projekt zugrunde:
Den Großteil der Schüler- und Lehrerschaft konnten wir sehr bald von unserer Projektidee überzeugen. Die Bezirksregierung Köln sowie RWE und GVE sagten ihre Hilfe zu.
Mit Ideenwettbewerb, Pinnwänden, sehr vielen Gesprächen und einfach mit "Vorbild sein", haben wir an unserer Schule bzgl. Energienutzung einen Bewußtseinswandel in Gang gesetzt. So konnten wir unser "Energie sparen" inzwischen gut durchorganisieren. Energiesparbeauftrage - die von den Klassen gewählt worden sind - achten mit auf die von uns aufgestellten Energiesparregeln. Außerdem helfen sie uns Energiemängellisten zu führen, so daß wir gut darüber informiert sind, wenn z.B. ein Thermostat oder eine Leuchtstofflampe defekt ist. In allen Räumen haben wir inzwischen Raumbelegungspläne aufgehängt. Sie informieren Schüler und Lehrer darüber, wann es sinnvoll ist, die Leuchtstofflampen auszuschalten oder die Heizung herunter zu drehen.
Auch haben wir uns über die Heizungsanlage unserer Schule durch Begehungen und Computermessungen einen Überblick verschafft. Dabei konnten wir viele Schwachstellen aufdecken, wie falsch eingestellte Schaltuhren (Samstags wurde geheizt, obwohl wir eine 5-Tage-Woche haben!) oder wie unisolierte Heizungsrückläufe, oder wie fehlerhafte Nachtabsenkungen, ... . Entweder haben wir selbst für Abhilfe gesorgt oder dies veranlaßt.
Zusätzlich haben wir uns damit beschäftigt, wie man die Energieverbräuche der einzelnen Jahre klimabereinigen und damit untereinander vergleichbar machen kann.
Wie oben angeführt, sollten die eingesparten Energiekosten nicht einfach im Stadtsäckel verschwinden. Deshalb schlossen wir mit dem Schulträger einen Vertrag (Kontrakt). In ihm legten wir gemeinsam fest, daß 40% der eingesparten Kosten für neue Energiesparmaßnahmen eingesetzt werden sollten. Weitere 40% sollten der Schule für Schulprojekte zur freien Verfügung stehen und 20% sollten den Vertrag auch für den Schulträger interessant machen.
Im unserem ersten Energiesparjahr betrug die Gesamteinsparung stolze 32000,- DM. Mit den 12800,- DM (40%), die uns zur freien Verfügung standen, kauften wir Farbmonitore für den Informatikraum und eine Verstärkeranlage für unseren Theaterkeller. Zudem konnten wir noch einen kleinen Beitrag zur Anschaffung von Sitzmöbel für unseren Schulhof leisten.
Im zweiten Energiesparjahr erzielten wir aufgrund der durchgeführten technischen Verbesserungen eine noch höhere Gesamteinsparung. Sie betrug 49000,- DM.
Das St. Michael-Gymnasium ist eine dreizügige Schule mit ca. 750 SchülerInnen und 50 LehrerInnen. Die Gründung geht auf das Jahr 1625 zurück. Der Unterricht wird an fünf Tagen erteilt. Die Schule bietet als Schwerpunkt einen bilingual deutsch-englischen Zweig. Der musisch-künstlerische Schwerpunkt wird durch eine vielfältige Theateraktivität dokumentiert. Im Sport sind mehrere Arbeitsgemeinschaften eingerichtet, die die Schule bei Schulmeisterschaften vertreten. Seit zehn Jahren verzeichnet die Schule naturwissenschaftliche Erfolge bei "Jugend forscht". Der Schüler Daniel Schlich hat die Schule bereits vor dem Energiesparprojekt mit der Energiespararbeit Dezentrale Licht- und Heizungssteuerung erfolgreich vertreten.
Unser verzweigter Gebäudekomplex mitten in der Kernstadt besteht aus einem historischen Altbau aus dem Jahre 1625, einer Turnhalle aus den 50er-Jahren und einer Neubauerweiterung mit Gymnastikhalle aus dem Jahre 1981. Die Altbauklassen werden vom Schulträger unter der Woche bis in die späten Abendstunden von der Volkshochschule genutzt. Die beiden Sportstätten werden nach Schulbetrieb und an Wochenenden von Sportvereinen fremdgenutzt. Der Hausmeister wohnt nicht in der Schule. Die Volkshochschule wird durch einen Schließdienst betreut.
Die ursprüngliche Ofenheizung des Altbaus wurde vor Jahren durch eine Warmwasserheizung mit oberer Schwerkraftverteilung ersetzt. Im kellerlosen Südflügel liegen die Rücklaufleitungen im Fußboden. Der zentrale Rücklauf liegt nur durch ein Betonrohr gedämmt unter dem Schulhof. Die früheren Lehrerwohnungen und die Hausmeisterwohnung wurden mit einer separaten Warmwasserheizung beheizt. Früher wurde mit Koks, später mit Heizöl und ab dem Erweiterungsbau 1981 mit Erdgas geheizt.
Bei der Erweiterung wurde im Neubau eine Zweikesselanlage errichtet, an die der Altbau über zwei Unterstationen angeschlossen ist. Die beiden Sportstätten sind je über eine Lüftungsanlage angekoppelt. Die Dezentralisierung und die unterschiedlichen Gebäudeformen erfordern eine getrennte Regelung mit vielen Unterkreisen, die die Heizungssteuerung erheblich erschweren.
Im Laufe der Jahrzehnte haben die unterschiedlichsten Firmen an der Technikanlage gearbeitet, wodurch der Überblick verloren gegangen ist. Jede Firma und jeder Monteur ist nur für seinen Bereich verantwortlich. Die unterschiedlichsten Herstellerfabrikate erfordern teilweise getrennte Kundendienstfachkräfte, deren Einsatz zusätzlich mit hohen Anfahrtskosten verbunden ist. Diese verdoppeln sich bei notwendiger Ersatzteilbeschaffung.
Ferner ist es leider in der Regel so üblich, daß niemand wagt, Änderungen an der Heizungseinstellung einer Großanlage vorzunehmen, solange sich niemand über mangelnde Raumwärme beschwert. Der "normale Hausmeister" ist prinzipiell mit komplexen Regelungsaufgaben überfordert. Deshalb ist es sehr wichtig, daß das Energieteam der Schule von der Schulkonferenz legitimiert ist, die Heizungseinstellung zu optimieren.
Die zwei folgenden Zitate (Abb. 3.1 und 3.2) zeigen, wie groß die Diskrepanz zwischen den edlen pädagogischen Zielen der Erwachsenen und dem Schulalltag ist, den Schüler täglich erleben:
Umwelterziehung ist eine der wichtigsten Gegenwarts- und Zukunftsaufgaben der schulischen Bildung. Die weltweit immer deutlicher auftretenden Umweltprobleme, die sich z. B. in Veränderungen der Atmosphäre und des Klimas, in Meeresverschmutzung und Waldsterben sowie in einer immer schneller anwachsenden Liste ausgestorbener Arten dokumentieren, fordern eine effektive Umwelterziehung. Ziel dieser Umwelterziehung müssen die Befähigung des Menschen zu verantwortungsvollem Handeln und die Verhaltensänderung des einzelnen sein im Hinblick auf den Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen und damit auf den Schutz der Menschheit. |
Abb.3.1: Die edlen Ziele (Zitat aus den Richtlinien Physik S I, 4/93, Seite 90. Hervorhebungen durch das Energiesparteam.)
"Jugend forscht" - Arbeit 1995 von Daniel Schlich 1. Kurzfassung "Energiesparen" wird im Unterricht häufig sehr groß geschrieben. Aber zwischen Theorie und Praxis klafft oft ein tiefer Abgrund: die im Unterricht gewonnenen Erkentnnisse werden im Schulalltag nicht nur nicht umgesetzt, sondern sogar widerlegt: Lichtketten brennen stundenlang nutzlos, unbelegte Räume werden (teilweise sogar bei geöffneten Fenstern) geheizt, und dieses Problem existiert nicht nur an meiner Schule, sondern an fast allen Schule, wie mir zahreiche Gespräche mit Schülern und Lehrern gezeigt haben. Die Hauptursache dieses Problems liegt in der zentralen Steuerung der Heizung und des Lichtes. Bei dem heutigen Stand der Elektronik und Datenverarbeitung kann meines Erachtens jedoch leicht Abhilfe geschaffen werden. Mit dieser Idee im Hinterkopf habe ich ein Energiesparprogramm für Schulen entwickelt. Kerngedanke meiner Überlegungen ist der Schritt weg von der primitiven Zentralsteuerung hin zu einer vom Stundenplan abhängigen Heizungs- und Lichtsteuerung. D.h. ein Computer, der den Stundenplan kennt, steuert auch über den Raumbelegungsplan die Energieverteilung im Schulgebäude. Dieser Computer (Server-PC) steuert einzelne Steuercomputer, die sich in jedem Raum befinden, und sorgt so dafür, daß unbelegte Räume nicht geheizt werden, und daß dort das Licht abgeschaltet wird. Falls ein Raum außerplanmäßig genutzt werden soll, kann man diesen lokal am Steuercomputer "freischalten" (der Raum wird dann geheizt, und das Licht wird, falls nötig, eingeschaltet). |
Abb. 3.2: Der traurige Schulalltag (Zitat aus der "Jugend forscht" - Arbeit 1995 von Daniel Schlich)
Diese Diskrepanz wollten wir, die Mitglieder des Energieteams, nicht länger ertragen. Deshalb machten wir uns im Herbst 1994 die ersten Gedanken, ob wir nicht einen aktiven Beitrag an unserer Schule gegen die Ressourcenverschwendung und die drohende Klimakatastrophe leisten könnten. Für die Verwirklichung von Daniels Idee - Bau einer dezentralen Heizungssteuerung für unsere Schule Daniels "Jugend forscht" - Arbeit von 1995) - fehlte uns jedoch das Geld.
Aus diesem Grund griffen wir gerne die Anregung der Bezirksregierung Köln auf und setzten uns das Ziel, ein sich selbstfinanzierendes Energiesparprojekt an unserer Schule ins Leben zu rufen.
Drei Kerngedanken sollten dem Projekt zugrunde liegen:
Erläuterung: In den Jahren 1991 - 1993 gab die Stadt Bad Münstereifel im Jahresmittel 150.000,- DM für die Beheizung und Beleuchtung unserer Schule aus (siehe Abb. 3.3). Gelingt es uns, bzgl. dieser drei Verbrauchsjahre den Energieverbrauch zu reduzieren, so sollen von dem eingesparten Geld 80% wieder in die Schule zurückfließen. Davon wollen wir die Hälfte wieder in Energiesparmaßnahmen stecken, und die andere Hälfte soll für schulische Projekte zur Verfügung stehen. Die verbleibenden 20% sollen die Projektidee auch für den Schulträger interessant machen.
Energie sparen kann man nicht einfach von oben herab verordnen, wenn unten keine tragende Basis vorhanden ist. Deshalb riefen wir als erstes eine SV-Sitzung ein, um zu erfahren, ob unser damals noch kleines Energieteam in der Schülerschaft genügend Unterstützung finden würde. Die Zustimmung für unsere Projektidee war auf der SV-Sitzung so groß, das wir uns entschlossen eine große Energiesparkonferenz einzuberufen. Diese Konferenz bereiteten wir gründlich vor. Dazu fertigten wir Tabellen und Diagramme über den Energieverbrauch unserer Schule an:
Strom | Verbrauch | Arbeitspreis | Endpreis | Gas | Verbrauch | Arbeitspreis | Endpreis | |
1991 | 190.650 kWh | 44.649,39 DM | 57.966,29 DM | 1.7.91-30.6.92 | 1.706.088 kWh | 68.757,86 DM | 94.167,94 DM | |
1992 | 181.805 kWh | 44.270,15 DM | 57.006,57 DM | 1.7.92-30.6.93 | 1.735.191 kWh | 64.766,00 DM | 89.535,65 DM | |
1993 | 182.420 kWh | 43.519,81 DM | 56.354,75 DM | 1.7.93-30.6.94 | 1.939.389 kWh | 71.757,39 DM | 97.647,32 DM | |
Mittelwert | 184.958 kWh | 44.146,45 DM | 57.109,20 DM | Mittelwert | 1.793.556 kWh | 68.427,08 DM | 93.783,64 DM |
Abb. 3.3: Energieverbrauch am St. Michael-Gymnasium von 1991-1993
Abb. 3.4: Energieverbrauch und Klima 1991 |
Abb. 3.5: Energieverbrauch und Klima 1992 |
Auf unserer ersten großen Ennergiespar-Konferenz trugen wir unsere Ideen, aber auch unsere Probleme vor. Denn als wir die obigen Diagramme anfertigten, tauchte auch schon das erste Problem auf: Wie kann man die unterschiedlichen Energieverbräuche der einzelnen Jahre überhaupt miteinander vergleichen? Der Energieverbrauch wird doch entscheidend von der Witterung bestimmt. Das zweite Problem war, wie man an Gelder gelangen kann, die der Schulträger nicht ausgegeben hat? Dies ist rechtlich nicht einfach zu lösen. Insbesondere von den Vertretern der Bezirksregierung erhofften wir uns Rat und Hilfe. Diese wurde uns auch zugesagt.
Konferenzteilnehmer: | |
Hr. Dr. Hehemeyer | Dezernent, BZR Köln |
Hr. Neuroth | Fachmoderator Physik |
Hr. Dipl. Ing. Wohlauf | Wuppertal-Institut für Klima, Umwelt u. Energie |
Hr. Neft | Schulleiter |
Hr. Schlößer | kom. stellv. Schulleiter |
Hr. Lohaus | Hausmeister |
Hr. Pfeifer | Vertrauenslehrer |
Hr. Stein | Vertrauenslehrer |
Hr. Brezing | Schülersprecher |
Hr. Wilberg | stellv. Schülersprecher |
Hr. Krösinger | stellv. Schülersprecher |
Hr. Plötzing | Klassensprecher 10a |
Frl. Pielen | Klassensprecherin 10c |
Frl. Lippik | Klassensprecherin 9a |
Frl. Collenberg | Klassensprecherin 9c |
Abb. 3.6: Die Teilnehmer unserer ersten Energiesparkonferenz vom 12.10.1994.
Während der Konferenz entwickelten sich weitere Zielsetzungen. Diese lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Einen Überblick verschaffen? "Das ist doch ganz einfach!", dachten wir zuerst. Wir gehen zum Schulträger und lassen uns die notwendigen Informationen geben. Zu unserer Überraschung mußten wir jedoch feststellen, daß in der über 350jährigen Geschichte unserer Schule auch dem Schulträger und den Wartungsfirmen, der vollständige Überblick über die vielen Heizungsrohre und Schaltuhren verloren gegangen. Welcher Gebäudekomplex von welcher Schaltuhr geregelt wurde, dies mußte von uns ersteinmal rekonstruiert werden. Wir wunderten uns nicht nur über den Zustand der Regler im Altbau der Schule, sondern auch darüber, daß der Neubau auch Samstags von 700 - 1400 Uhr geheizt wurde, obwohl vor mehreren Jahren der Samstagsunterricht an unserer Schule abgeschafft worden ist.
Auch wissen wir jetzt, warum an dieser Stelle (siehe Abb. 3.7 rechts) der Schnee auf dem Schulhof im Winter nicht liegen blieb. Der Heizungsrücklauf lag ohne Isolation in diesem Steinrohr!
Abb. 3.7: Der nicht isolierte Heizungsrücklauf (links) ließ im Winter den Schnee auf dem Schulhof schmelzen.
Nach langem Suchen wissen wir auch endlich wieder, welche Schaltuhr welchen Heizungskreislauf steuert (siehe Abb. 3.8).
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Abb. 3.8: Ausschnitt aus dem selbsterstellten Heizungsschema
Auch über den Temperaturverlauf in den Klassen- und Kursräumen und über die Nachtabsenkungen der einzelnen Regelkreise verschafften wir uns mit Maximum-Minimum-Thermometer und EDV einen Überblick.
Abb. 3.9: Datenerfassung im Heizungskeller
Abb. 3.10: Temperaturdiagramm "Vorlauf Klassen", Fr 8.12.94 - Sa 9.12.94
Das Diagramm (Abb. 3.10) zeigt, daß die Heizung mitten in der Nacht völlig sinnlos hochfuhr. Nach eingehendem Studium der Schaltuhrprogramme stießen wir auf den Fehler: Jeden Freitag, um 24°° Uhr schaltet die Steuerung vom Wochentagsprogramm auf das Wochenendsprogramm. Durch die Schaltzeitblockung entstand hier ein ungewolltes sehr kurzes Zeitintervall, was bewirkt, daß die Heizung komplett hochgefahren wird.
Abb. 3.11: Temperaturdiagramm "Vorlauf Keller", 6./7.12.95
Bei einer Heizungsanlage mit Nachtabsenkung läßt sich der geringste Energieverbrauch erzielen, wenn die Temperatur nachts um einen definierten Wert abgesenkt wird (ca. 8°C). Hier wird sie aber ganz abgesenkt (siehe Abb. 3.11). So entsteht während der Aufheizperiode ein erhöhter Energieverbrauch. Zusätzlich, was noch viel schlimmer ist, fährt die Heizung bereits um 2°° Uhr hoch, 4,5 Stunden zu früh.
Auf unsere Veranlassung hin wurde u.a. ein defekter Temperaturregler ausgetauscht, danach sieht das Temperaturdiagramm jetzt so aus:
Abb. 3.12: Temperaturdiagramm "Vorlauf Keller", 9.1.96
Auch mit unserer eigenen Energie wollten wir nicht zu verschwenderisch umgehen, deshalb organisierten wir unsere Aktionen. Zuerst teilten wir unsere Schule in Energiebezirke auf, die von den Mitgliedern des Energieteams betreut werden. Außerdem ließen wir in jeder Klasse zwei Energiebeauftragte wählen, die auf die Einhaltung der von uns aufgestellten Energiesparregeln achten sollen.
Die Energiebeauftragten der einzelnen Klassen halfen uns außerdem bei der Erstellung der Mängelliste für jeden einzelnen Klassenraum (siehe Abb. 3.13 und Anlage 4.4).
Klasse | Raum | Fenster | Heizung | Elektro | Sonstiges |
6b | N306 | hinten | beide defekt | Steckdosen | Türgriff |
6c | N311 | vorne defekt | kaputter Temperatur-regler | Lampen | |
7a | N307 | defekt | Regler kaputt | Lampen defekt | Türklinke |
7b | N314 | nicht zu öffnen | nicht abschaltbar | ||
7c | N309 | eine Lampe defekt |
Abb. 3.13: Ausschnitt aus einer Energiemängelliste
Zusätzlich erstellten wir sogenannte Raumbelegungspläne (Abb. 3.14). Diese Raumbelegungspläne hängen nun zusammen mit unseren Energiesparregeln in jedem Kurs- und Klassenraum und dienen so den Lehrern und Schülern als Hinweis, wann es sinnvoll ist, die Leuchtstofflampen auszuschalten oder wann es sinnvoll ist die Heizung herunter zu drehen.
Außerdem haben wir uns mit den Putzfrauen verbündet. Sie sagen uns, wann ein Lehrer die Klasse verlassen hat, ohne z.B. die Fenster zu schließen. Auch der Hausmeister hilft uns. Er notiert täglich für uns die Wetterdaten und liest die Zählerstände ab (siehe Abb. 3.15). Auch die drei Lehrer Herr Gehring, Herr Schlößer und Herr Stein, die inzwischen unserem Energieteam angehören, unterstützen uns sehr.
Die Lehrkraft der letzten Unterrichtsstunde sorgt bitte dafür, daß der Unterrichtsraum ordnungsgemäß verlassen wird.Physik Lehrraum 1995/96 - 1. Hj.
Fenster geschlossen?Stühle hochgestellt?Heizungseinstellung? Licht aus? Tür abgeschloßen? Danke, Ihr Energieteam. |
Abb. 3.14: Raumbelegungsplan für den Physik-Lehrraum
DAT | TAG | GAS CBM |
ELEKTRO HT/500KWH |
ELEKTRO NT/500KWH |
WASSER CBM |
T-MIN GRAD |
T-MAX GRAD |
WETTER | BEMERKUNG |
ÜBERTRAG | 716979 | 9822.75 | 4930.68 | 3677 | 5 | 19 | heiter, kalt | Fr, 29.09.95 | |
1.Okt. | SO | ||||||||
2.Okt. | MO | 718304 | 9824.47 | 4931.55 | 3682 | 8 | 16 | heiter | |
3.Okt. | DI | Feiertag | |||||||
4.Okt. | MI | 719121 | 9826.11 | 4931.98 | 3686 | 7 | 18 | bedeckt | |
5.Okt. | DO | 719485 | 9827.17 | 4932.21 | 3689 | 15 | 19 | bedeckt | |
6.Okt. | FR | 719861 | 9828.23 | 4932.41 | 3692 | 11 | 16 | heiter | |
7.Okt. | SA |
Abb. 3.15: Ausschnitt aus dem Energieprotokoll für Oktober 1995
Abb. 3.16: So ist das Energiespar-Projekt am St. Michael-Gymnasium organisiert
Unser Ziel liegt vorrangig darin, unsere Mitschüler zum verantwortungsbewußten Umgang mit Energie anzuregen. Um das Energiesparprojekt an unserer Schule bekannt zu machen, haben wir einen Ideenwettbewerb veranstaltet (sihe Abb. 3.17). Außerdem stellten wir auf einer Lehrer- und einer Schulkonferenz unsere Vorstellungen und Ziele vor und konnten die Konferenzteilnehmer für unser Projekt gewinnen. Um auch den Eltern unser Anliegen näherzubringen, gestalteten wir für den Elternsprechtag eine Pinnwand, an der unser Projekt - angefangen bei der Idee bis hin zu unseren weiteren Zielen - verdeutlicht wurde (siehe Abb. 3.18). Außerdem entwarfen wir Energiesparregeln, die wir in jeder Klasse aushängten, um allen Anhaltspunkte zu energiebewustem Handeln zu geben (siehe Abb 3.19). Weiterhin führten wir viele Gespräche mit Mitschülern und Lehrern um ein umweltfreundliches Bewußtsein und damit auch Handeln zu schaffen.
Abb. 3.17: Plakat von unserem Ideenwettbewerb |
Abb. 3.18: Ausschnitt von der Pinnwand am Elternsprechtag |
Wir machen ernst mit Umweltschutz!Unsere Regeln zum Energie sparen:1. Morgens kurz lüften. Dann die Fenster schließen.
2. Müssen alle Lampen brennen?
3. Ist die Heizung in Ordnung? Ist das Licht in Ordnung? Sind die Fenster in Ordnung?
4. Schaltet die Heizkörper auf eine Raumtemperatur von 20°C. 5. Nach Schulschluß die Fenster schließen, Licht ausschalten.
Besten Dank für Eure Mithilfe.
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Abb. 3.19: Unsere Energiesparregeln
Nach VDI 3807, Blatt 1 wird der Energieverbrauch für die Beheizung eines Gebäudes nach folgender Formel klimabereinigt:
Formel(1) |
Evb = bereinigter Energieverbrauch in kWh
Evg = gemessener Energieverbrauch, umgerechnet in kWh G15m = mittlere Heizgradtage in Kd (Kelvin Tag) G15 = Heizgradtage in Kd |
Formel(2) |
n = Nummer des Heiztages |
Abb. 3.20: Heizgradtage nach VDI 3807 |
Abb. 3.21: Gradtagszahl nach VDI 2067 |
Der Deutsche Wetterdienst (Wetteramt Essen) veröffentlicht jedoch für die einzelnen Wetterstationen keine Heizgradtage sondern Gradtagszahlen Gt nach VDI 2067. Die Gradtagszahl ist die in Abb. 3.21 schraffierte Fläche. Zieht man aber von der Fläche Gt die schraffierte Fläche oberhalb der 15°C-Linie ab, so erhält man die Fläche G15, also die benötigten Heizgradtage. G15 kann also wie folgt berechnet werden:
Formel (3) |
z = Anzahl der Heiztage (Ein Heiztag ist ein Tag, dessen Tagesmitteltemperatur unter 15°C liegt.) |
z wird für die einzelnen Klimastationen ebenfalls vom Deutschen Wetterdienst angegeben.
Die für die Formel(1) benötigten mittleren Heizgradtage G15m können entsprechend Formel (3) aus den langjährigen Mittelwerten des Deutschen Wetterdienstes berechnet werden:
Formel (4) |
Nun kann endlich für jedes Jahr der Quotient berechnet werden. Er erlaubt den Vergleich der jährlichen Heizenenergieverbräuche. Ist z. B. der gemessene Energieverbrauch EVg infolge eines kalten Jahres hoch, so ist <1 und EVg wird nach unten bereinigt, d.h., EVb < EVg. Ist der gemessene Energieverbrauch EVg infolge eines warmen Jahres gering, so ist >1 und EVg wird nach oben bereinigt, d.h., EVb > EVg.
Ändert sich das Nutzerverhalten eines Gebäudes nicht und bleibt der Wirkungsgrad der Heizungsanlage konstant, so sollten die EVb-Werte der einzelnen Jahre annähernd [Formel(1) ist sehr einfach.] gleich sein.
Berechnung des klimabereinigten Mittelwertes der Basisjahre 1991 - 1994
Mittels der oben angeführten Gleichungen und den Werten des Deutschen Wetterdienstes sollen nun die Heizenergieverbräuche des St. Michael-Gymnasiums für den Zeitraum 01.07.1991 - 30.06.1994 klimabereinigt werden. Der Mittelwert dieser drei klimabereinigten Jahreswerte dient als Basiswert für das Energiesparprojekt am St. Michael-Gymnasium.
Da Bad Münstereifel keine eigene Wetterstation besitzt, werden die Werte Gt und z der Wetterstation Kall-Sistig (505m ü. NN) verwendet.
Klimabereinigung anhand der Werte der Wetterstation Kall-Sistig:
1991-1990 | = 4526Kd - 319,1 * 5Kd = 2930,5Kd |
01.07.91-30.06.92 | = 4037Kd - 288 * 5Kd = 2597Kd |
01.07.19-30.06.93 | = 4123Kd - 300 * 5Kd = 2623Kd |
01.07.93-30.06.94 | = 4487Kd - 322 * 5Kd = 2877Kd |
Mit folgt nun:
Zeitraum | EVb | EVg | |
01.07.91 - 30.06.92 | 1.925.089,1 kWh | 1.706.008 kWh | 1,1284174 |
01.07.92 - 30.06.93 | 1.938.611,3 kWh | 1.735.191 kWh | 1,1172322 |
01.07.93 - 30.06.94 | 1.975.453,5 kWh | 1.939.389 kWh | 1,0185958 |
Abb. 3.22: Klimabereinigten Heizenergieverbräuche des St. Michael-Gymnasiums.
Berechnet anhand der Werte der Wetterstation Kall-Sistig
Da die klimabereinigten Werte für die Jahre 1991 bis 1994 nicht statisch um einen Mittelwert schwanken, sondern eine ansteigende Tendenz - wahrscheinlich infolge eines abnehmenden Wirkungsgrades der Heizungsanlage - aufweisen, ist ein Mittelwert als Bemessungsgröße für die Energieeinsparungen nicht geeignet. Als Grundlage für die Bemessung der Einsparung wird deshalb der Wert für den Zeitraum 01.07.93 - 30.06.94 verwendet:
Nach außen hin wurde das Energiesparprojekt des St. Michael-Gymnasiums von der Schülerin Britta Pielen (Jgst. 11) und den Schülern Tobias Plötzing (Jgst. 11) und Daniel Schlich (Jgst. 13) vertreten. Mit sehr großem zeitlichen Einsatz und hervorragender Begabung verhalfen sie unserem Energiesparprojekt zu einem sehr positiven Image.
Abb. 3.23: Daniel Schlich, Britta Pielen und Tobias Plötzing (v.l.n.r.).
Vor den Vertretern der Stadt und der Politik und den Vertretern von Presse und Fernsehen hielten sie überzeugende Vorträge. Außerdem nahmen sie stellvertretend für das ganze Energieteam erfolgreich an mehreren Wettbewerben teil.
Auf dem Wettbewerb "Jugend forscht 1996" erhielten sie folgende Preise:
Außerdem wurde ihnen und dem gesamten Energieteam am 20.06.1996 der Umweltpreis des Kreises Euskirchen überreicht.
Am 1. Oktober 1996 wurde ihnnen zusätzlich noch der 3. Hauptpreis des "BundesUmweltWettbewerbes" zuerkannt.
In einem ersten Gespräch mit dem Stadtdirektor erklärte sich dieser im März 95 prinzipiell zu einem Kontrakt zwischen Schulverein und Stadt bereit, der jeweils für die Dauer von zwei Jahren gelten solle. Der Verteilungsschlüssel sah 20% für die Stadt, 40% für Energiesparmaßnahmen an der Schule und 40% zur freien Verfügung der Schule vor. Leider erhielt das Energieteam im Jahre 1995 von der Stadtverwaltung - trotz mehrerer Anfragen - keine Information bzgl. eines Vertragsabschlußtermines mehr. Erst nachdem die SchülerInnen des Energieteams am 15. Januar 1996 mit ihrem Energiesparprojekt an die Öffentlichkeit traten (Schülervortrag vor den geladenen Vertretern der Presse, der Bezirksregierung und der Stadtverwaltung.), kam Bewegung in die Ausgestaltung des Kontraktes.
Die Erfolge beim Wettbewerb "Jugend forscht" und die damit verbundenen Presseveröffentlichungen (Februar 96, März 96, ...) verschafften dem Energiesparprojekt ein zunehmend positives Images, so daß bei der Aushandlung des Kontraktes nun keine Probleme mehr auftraten und er am 30. April 1996 vom Stadtdirektor, dem Schulleiter und von Vertretern des Energieteams in sehr gutem Einvernehmen unterschrieben werden konnte. Damit auch bei der späteren Berechnung der Energieeinsparungen keine Schwierigkeiten auftreten, hielten es alle Vertragspartner für wichtig, daß dem Kontrakt als Anlage konkrete Rechenbeispiele zur Ermittlung der eingesparten Strom- und Heizenergiekosten beigefügt wurden. Der Wortlaut des Kontraktes ist als Anlage 4.1 dieser Arbeit angefügt.
Inzwischen hat der Schulträger selbst Initiativen ergriffen und die anderen Schulen im Stadtgebiet aufgefordert, auch Energiesparmaßnahmen durchzuführen.
Um einen Überblick über den Zustand unserer Heizungsanlage zu bekommen, haben wir mit den Sachbearbeitern des Schulträgers, den Energieberatern der Versorgungsunternehmen und einem Ingenieurbüro Kontakt aufgenommen. Bei mehreren Ortsterminen hat sich dann eine nicht unerhebliche Mängelliste ergeben. Wegen der Komplexheit unserer Anlage mit Alt- und Neubau ist das Ingenieurbüro mit einer "Energetischen Untersuchung" beauftragt worden. Diese hat sieben Einsparmaßnahmen nach einer Kosten- und Nutzenrechnung ergeben, von denen die wichtigsten sofort über das RWE-ProKom-Projekt in Angriff genommen wurden. Nach dem erfolgreichen ersten Vertragsjahr konnten über den Einspargewinn weiter Maßnahmen getroffen werden.
Eine weitere wichtige Hilfe besteht in der Möglichkeit, über die Energieversorgungsunternehmen Verbrauchsmessungen durchführen zu lassen. Diese Messungen laufen über mehrere Wochen und ergeben wichtige Informationen über das Tagesprofil von Strom- und Gasverbrauch. Hierbei interessieren besonders die Spitzenwerte, denn auf ihnen basieren die Grundbeträge der Energiekosten. Durch geeignete Maßnahmen der Steuerung und Nutzung der Energieanlagen lassen sich erhebliche Kosten einsparen. Die Energieberater liefern die notwendigen Hilfen bei der Interpretation und der Umsetzung.
An unserer Schule ergab sich am Nachmittag eines Elternsprechtages eine anormale Leistungsspitze. Die Gründe waren neben der Totalerleuchtung in diversen Waffeleisen und Kaffeemaschine zu finden. Da unser Stromgrundpreis auf viertelstündigen Maximalleistungen basiert, erbrachte dieser eine Tage nicht unerhebliche Mehrkosten für das ganze Abrechnungsjahr. Beim nächsten Elternsprechtag konnten wir die Leistungsspitze durch zeitweises Abschalten der Lüftungsanlagen in normalen Grenzen halten.
Im Rahmen der Heizungswartung wurden defekte Reglereinheiten im Neubau ausgetauscht. Die beiden Unterverteilungen im Altbau wurden komplett erneuert. Die beiden Heizkessel wurden so gegeneinander verriegelt, daß immer nur ein Kessel in Betrieb ist, während der zweite in Störbereitschaft bleibt. Hierdurch wurde die Maximalleistung halbiert, ohne den Frostschutz zu vermindern. Durch weitere Fenster mit Isolierverglasung und die Verbesserung der Dämmung von Rohrleitungen im Altbau wurden die Verluste reduziert.
Neben diesem für unsere Schule spezifischen Technikanteil lag ein hoher Einsparsatz in der permanenten Anpassung der Energietechnik an Bedarf und Klima. Nachdem wir uns über die Funktion der Heizungs- und Lüftungsanlagen Klarheit verschafft hatten, begannen wir mit einer Grundeinstellung der Anlageparameter. Durch den frühzeitigen Einsatz unserer Meßcomputer lernten wir Betriebsfehler und Fehleinstellungen schnell aufzufinden. Durch geeignete Eingriffe konnten der Anlagenbetrieb stetig optimiert werden.
Weitere Aufschlüsse vermittelten die Auswertungen der Videoaufnahmen der Energie- und Wasserzähler im Viertelstundentakt.
Da unsere Steuerung nicht über eine vollautomatische zentrale Kennlinienadaption verfügt, hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Zeitpunkte für den Tag- und Nachtbetrieb je nach Klimalage manuell anzupassen. Weitere Einsparungen lassen sich durch konsequentes Herunterfahren oder Abschalten der Anlagen an schulfreien Tagen erzielen. Hierbei stellt die schulfremde Nutzung durch die Volkshochschule und die Sportvereine für uns ein noch nicht gelöstes Problem dar, das sich aber durch bessere Terminabstimmungen verringern könnte.
Die Überwachung der Heizungsregelung durch den Differenzierungskurs Physik-Informatik:
Die Idee zur Erfassung der Temperaturkurven mit PC-Computern ist in einem Physik- und Informatikkurs der differenzierten Mittelstufe entstanden. Unter dem Thema "Messen, Steuern, Regeln" wurden allgemeine Meßprogramme für ein CVK-fischertechnik-Interface unter Turbo-Pascal entwickelt. Als das Energiesparprojekt akut wurde, haben wir einfach unsere Energieanlage zum zentralen Thema der weiteren Untersuchungen gemacht.
Das Interface verfügt über zwei analoge Widerstandseingänge. Schließt man hier zwei NTC-Heißleiter mit einem Nennwiderstand von 6,8 Kilo-Ohm bei 25° C an, so erhält man brauchbare Ergebnis im Temperaturbereich einer Heizungsanlage. Für unsere Messungen benutzen wird preiswerte Siemens-NTC’s in einem Alugehäuse mit Zentralgewinde M3, die sich einfach anbringen lassen.
Für die Auswertung muß eine Eichkurve aufgenommem werden. Hierbei ist die Trägheit der NTC-Widerstände zu berücksichtigen. Die Auftragung ergibt einen typischen Verlauf, der in erster Näherung mit einer logarithmischen Regressionsrechnung in eine Eichfunktion umgesetzt werden kann. Hierzu verwenden wir das Mathematikprogramm "Matheass". Mit dieser Funktion lassen sich die Widerstandszahlen des Interfaces in Temperaturen umrechnen. Genauere Werte ergeben sich, wenn man das Temperaturintervall nicht zu groß wählt und für niedrigere Temperaturen einen NTC mit kleinerem Nennwiderstand wählt. Da sich jeder Interfacekanal unterscheidet, ist bei jeder Schaltungsänderung eine Neueichung erforderlich.
Zur graphischen Darstellung eines Tagesverlaufes messen wir alle drei Minuten. Diese Zeitauflösung stellt den Temperaturverlauf eines Tages auf einem normalen Monitor mit einer Punktauflösung von 480 Pixeln dar. Als Computer reicht ein ausgedienter PC mit Diskettenlaufwerk. Durch den Einbezug eines zweipoligen Umschaltrelais, das über die Motorausgänge gesteuert wird, läßt sich die Kanalzahl verdoppeln.
Einfacher und weit billiger geht die Messung über den Gameport eines AT-Computers. Hier können anstelle der Joystickpotentiometer unmittelbar vier NTC-Widerstände von ca. 100 kW angeschlossen werden. Nach Belegung der Register AH=84h und DX=01 liefert der BIOS-Interrupt 15h entsprechende Widerstandzahlen in den Registern AX=Eingang(AX, Pin 3), BX=Eingang(AY, Pin 6), CX=Eingang(BX, Pin 11) und DX=Eingang(BY, Pin 13). Die angegebenen Pins der 15poligen Sub-D-Steckverbindung müssen jeweils über die Widerstände an +5V (Pin 1, Pin 8, Pin 9 und Pin 15) angeschlossen werden ( Lit: Michael Thieser: PC-Schnittstellen. - München: Franzis, 1994).
Wer den Eigenbau scheut, kann fertige Meßwerterfassungskarten mit Software erwerben.
Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, daß eine Schule durch bewußtes Verhalten deutliche Energieeinsparungen beim Gas- und Stromverbrauch erzielen kann. Das veränderte Nutzerverhalten darf sich jedoch nicht auf "Stoßlüften", "Licht aus nach der 6. Stunde", ... beschränken, sondern die Nutzer und insbesondere die hierfür zuständigen Vertreter des Energieteams müssen die Energietechnik der Schule mit kontrollieren und überwachen. Die unten aufgeführten Energieeinsparungen enthalten also einen großen Anteil, der durch technische Verbesserungen zustande gekommen ist, die durch das Energieteam und hier insbesondere durch Herrn Schlößer bewirkt wurden.
Zur Berechnung der eingesparten Heizenergiekosten für das Abrechnungsjahr 1995/96 haben wir den im Kontrakt festgelegten Bezugswert mit den Klimadaten des Deutschen Wetterdienstes klimaentreinigt. Dieser klimaentreinigte Wert wurde in die aktuelle Jahresabrechnung 1995/96 der GVE eingesetzt, um die aktuellen Heizenergiekosten bei unverändertem Verbraucherverhalten zu bestimmen. Diesem so berechneten Wert von 91.000 DM stand aufgrund unseres veränderten Verbraucherverhaltens ein wirklich zu zahlender Betrag von 64.000 DM gegenüber. Daraus ergibt sich bei der Heizenergie ein eingesparter Betrag von 27.000 DM (siehe Anlage 4.2). Bezogen auf den Verbrauch in kWh ergibt sich eine Heizenergieeinsparung von 31%. Es sei an dieser Stelle noch mal darauf hingewiesen, daß die genannten Einsparungen einen großen Anteil enthalten, der durch technische Verbesserungen entstanden ist.
Das Abrechnungsjahr der RWE endete am 31. Oktober 1996. Die prozentuale Einsparung beim Strom betrug für das erste Energiesparjahr 12,8% (siehe Abb. 3.24). Dies entsprach einer Einsparung von 5000,- DM (Berechnung siehe Anlage 4.3).
Abb. 3.24: Stromeinsparung im Schuljahr 1995/96 berechnet nach den Werten der RWE
Die Summe der Gesamteinsparung betrug also in unserem ersten Energiesparjahr 32.000,- DM. Entsprechend dem Kontrakt zwischen unserer Schule und dem Schulträger (siehe Anlage 4.1) konnten 40% von der eingesparten Summe - also 12.800,- DM - für Schulprojekte ausgegeben werden. Nach den Sommerferien 1997 wurde vom Vergabeausschuß (siehe Anlage 4.1 Kontrakt Absatz 4) folgende Verteilung der Gelder beschlossen:
4000,- DM | Anteil für die Anschaffung einer neuen Verstärkeranlage im Theaterkeller. |
4200,- DM | Anteil für die Anschaffung von Farbmonitoren und Grafikkarten im Informatikraum. |
4600,- DM | 1. Abschnitt der schülerfreundlichen Bestuhlung im unteren Schulhofbereich. |
Weitere 40% der eingesparten Energiekosten sollen laut Kontrakt wieder in weitere Energiesparmaßnahmen reinvestiert werden. Die in Auftrag gegebene Ingenieur-Expertise "Energetische Untersuchung des St. Michael-Gymnasiums", zeigt eine Vielzahl von Möglichkeiten auf, die eingesparten Gelder in technische Verbesserungen zu investieren, die sich auch in einem überschaubaren Zeitraum wieder amortisieren (siehe Anlage 4.5).
Wie bedeutsam solche technischen Verbesserungen im Bezug auf den Energieverbrauch einer Schule sind, zeigte sich besonders deutlich nach dem zweiten Energiesparjahr. Nach dem Abrechnungsjahr 1996/97 betrug der eingesparte Betrag bei den Heizenergiekosten schon 44000,- DM. Die Einsparung beim Stromverbrauch lagen wieder in der Größenordnung der Werte von 1995/96.
Doch nicht nur die obigen Zahlen sagen uns, daß das Energiesparprojekt am St. Michael-Gymnasium erfolgreich durchgeführt werden konnte. Dazu eine Schülerin aus der Jugend-forscht-Gruppe des Energiesparteams: "Unser Engagement hat Bewußtsein geschaffen. Dieses Bewußtsein hat an unserer Schule und auch bei manchem Schüler zu Hause einen verantwortungsvollen Umgang mit Energie bewirkt. Außerdem hat unser Beispiel Schule gemacht im Kreis Euskirchen, in Schleiden, in Bonn, in Pulheim, in Dresden, ... ."
Nach den Sommerferien war bei einigen LehrerInnen und SchülerInnen ein erschreckender Rückfall in alte, energieverschwenderische Verhaltensweisen (Heizung an und Fenster auf, Licht an nach der 6. Stunde, ...) zu beobachten. Aus diesem Grund planen wir für die Zeit nach den Herbstferien eine intensive Werbekampagne zur Motivationsaufrischung für unser Energiesparprojekt.
Auch für das Energiesparprojekt scheint also der zweite Hauptsatz der Thermodynamik zu gelten. Ohne einen - vom Energieteam ausgehenden - stetigen Energiefluß durch das Projekt, ist es im wahrsten Sinne des Wortes zum Wärmetod verurteilt.
Anmerken möchten wir auch, daß man ein Energiesparprojekt in der Schule nicht von oben herab verordnen kann. Trotz aller überzeugender Argumente wird es an einer Schule nur dann erfolgreich durchgeführt werden können, wenn sich in einem Energieteam Leute zusammenfinden, denen der Schutz der Umwelt eine Herzenssache ist.
Kontraktüber die Bedingungen und Bewertungskriterien des Projektes zur umweltbewußten Energienutzung am Städt. St. Michael-Gymnasium Bad MünstereifelZwischen der Stadt Bad Münstereifel, vertreten durch den Stadtdirektor
und dem Städt. St. Michael-Gymnasium Bad Münstereifel, vertreten durch den Schulleiter
wird folgender Kontrakt geschlossen: 1. Idee und Zielsetzung des Projektes
2. Bemessungsgrundlage und Bewertung
3. Aufteilung der eingesparten Mittel
4. Mittelverwendung
5. Dauer des Kontraktes
Bad Münstereifel, den 30. April 1996
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Zur Berechnung der eingesparten Kosten muß der aktuelle Verbrauchswert mit dem klimaentreinigten Bezugswert verglichen werden.Die hierzu notwendigen Klimadaten erhielten wir vom Deutschen Wetterdienst:
Monat | 7/95 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 1/96 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | Abrechnungsjahr | |
Gt | 24 | 70 | 265 | 234 | 470 | 661 | 632,4 | 630,9 | 589,9 | 374,3 | 342,3 | 159,9 | Σ = 4453,7 | |
z | 4 | 9 | 30 | 26 | 30 | 31 | 31 | 29 | 31 | 30 | 31 | 18 | Σ = 300 |
G15;95/96 = Gt - z * 5Kd = 4453,7Kd - 300 * 5Kd = 2953,7Kd
Evg(93/94 → 95/96) = Evb;93/94 * (G15;95/96 : G15m)
= 1.975.453 kWh * ( 2953,7Kd : 2930,5Kd)
= 1.991.092,1 kWh
Dieser Energiebetrag wäre 1995/96 verbraucht worden, wenn das Nutzerverhalten 1995/96 genau dem Nutzerverhalten von 1993/94 entsprochen hätte.
Zur Berechnung des eingesparten Geldbetrages wird der Wert Evg(93/94 → 95/96) = 1.991.092,1 kWh in die Jahresabrechnung 1995/96 der GVE eingesetzt.
Verbrauch | Arbeitsbetrag | Grundbetrag | Summe | |||
kWh | Arbeitspreis Pf je kWh |
DM | Grundpreis DM/Jahr |
Tage | DM | DM |
66.398,1* | 3,500 | 2.323,93 | 13.153,32 | 28 | 1.009,02 | 3.332,95 |
1.924.694,0* | 3,300 | 63.514,90 | 13.153,32 | 341 | 12.288,44 | 75.803,34 |
Rechnung vor Mehrwertsteuer 79.136,29 DM.
Mehrwertsteuer 15,00% von 79.136,29 DM = 11.870,44 DM
Gesamtbetrag bei unverändertem Verbraucherverhalten 91.006,73 DM
Für die im Abrechnungszeitraum 1995/96 - aufgrund des geänderten Nutzerverhalten -wirklich verbrauchte Heizenergie Evg;95/96 = 1.357.489 kWh brauchte der Schulträger jedoch nur den in der Jahresabrechnung 1995/96 der GVE (siehe Anlage) aufgeführten Wert zu zahlen:
Gesamtbetrag bei verändertem Verbraucherverhalten 64.309,30 DM
Daraus ergibt sich nun der eingesparte Betrag von
(nur Heizenergie)
Berechnung der Einsparung beim Stromverbrauch für den Abrechnungszeitraum Nov. 1995 bis Okt. 1996
Bezugswerte laut Kontrakt mit dem Schulträger:
Der Gesamtverbrauch von 189.723 kWh (Bezugswert) wird entsprechend den vorliegenden Monatsmittelwerten für den Bezugszeitraum in:
aufgeteilt, um die Änderung der Preisregelung des RWEs von L 125 (94) auf L125 (96) zu berücksichtigen.
Die Bezugswerte aus dem Kontrakt und die sich hieraus ergebenden Zahlenwerte in DM wurden in Rot zu den Werten der aktuellen RWE- Jahresabrechnung geschrieben.
Aus den Rechnungen ergibt sich:
Geplante Maßnahmen, um den Energieverbrauch weiter zu senken:
Maßnahme | Kosten DM | oo Einsparung DM/a xx Amortisationszeit a |
Instandsetzung der Kesselregelung | 3.450,- | oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo [11060]
xx [ 0,34 ] |
Zeitregelung der Zirkulationspumpen | 690,- | oo [ 469 ]
xxxxxx [ 1,60 ] |
Wärmedämmung der Decke im Altbau zum Dachraum | 39.400,- | oooooooooooooooooooooooooooooo [ 7778 ]
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx[ 5,52 ] |
Erneuerung der Wärmedämmung der Verteilung im Altbau | 12.000,- | oooooo [1497]
xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx [ 8,74 ] |
Es ist ein Wettbewerb zwischen drei verschiedenen Klassenräumen geplant, wobei die Heizung in je einem Raum: