Was ist Energie?

Und was kann man damit machen?

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Quelle: Wikipedia: CC BY:SA 3.0 Namensnennung: AwOiSoAk KaOsIoWa

Ablauf des Tages

1. Begrüßung, Einstieg, Papierkram

2. Was ist Energie? Für eine praktisches Verständnis von Energie in unserem AlltagWerner Müller (Institut Technik und Bildung)

3. Was ist eigentlich Wärme? 4. …und wie funktioniert Dämmung?

Heinfried Becker (energiekonsens)

5. Bauphysik in der eigenen PraxisFazit und Videoarbeit

Dazwischen: Pausen

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http://www.nordkurier.de/sites/default/files/styles/artikel_bild_640px/public/dcx/2013/10/23/doc6cdzi4ykn74kk2glee__file6cdur12ka3a2z17xhky.jpg?itok=uHEY96me

http://www.karriere.de/media/Job/3/PauseN_420_JeanB.-Fotolia.jpg

Kaffee- und Mittagspause wie vereinbart, aber flexibel

Raucherpausen nach Bedarf

Kaffee, Tee und andere Getränke sind kostenlos;

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Hinweise zur Organisation

Aufwärmen

Und was wissen Sie bereits über Energie?Welche Fragen haben Sie?

4Bild: Janne Karaste - Eigenes Werk, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=169278

„Was ist Energie?“ - kleines Video zum Ankommen und Aufwärmen. (https://www.youtube.com/watch?v=2qFLhKayuyQ)

Mensch sein mit Energie – kleine Geschichte der Energienutzung

Historisch betrachtet nutzen Menschen zunächst ihre eigene Muskelkraft (durch Werkzeuge verstärkt) und Tiere zur Fortbewegung und zum Lastentransport. Mit der Beherrschung des Feuers folgen Nahrungsmittelzubereitung, Wärme, Metallverarbeitung, Licht und wohl auch neue Formen der Urbarmachung von Land und der Kriegführung. Quelle: http://www.equitrekking.com/images/uploads/donkeys%20carry%20heavy

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Erst gegen Ende des Römischen Reichs (9. Jhd.), als Sklaven knapp und teuer werden, wird Wasserkraft als mechanische Energiequelle in zunehmendem Maße genutzt.Windmühlen wurden im mittleren Osten etwa ab dem 10. Jhd. genutzt.

Besonders die Herstellung von Eisen mit Holz führte schon bald zu den ersten „Energiekrisen“ (für 1 T Eisen wurden ca. 1.000 T Holz benötigt).Kohle schien hierfür eine gute und dauerhafte Lösung zu sein…Mehr dazu: http://www.oekosystem-erde.de/html/energiegeschichte.html

Quelle: http://www.bine.info/publikationen/basisenergie/publikation/wasserkraft/ © triolog, Freiburg

Mensch sein mit Energie – kleine Geschichte der Energienutzung

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”Im Jahre 1859 entdeckte die Menschheit in ihrem Keller eine riesige Schatzkiste. Es waren dies Öl und Gas, fantastisch billige und leicht nutzbare Energiequellen. Wir ... taten das, was jeder tun würde, der in seinem Keller einen Schatz entdeckt - nämlich auf den Putz hauen, und so haben wir dann mit großem Vergnügen diesen Schatz verjubelt.”

(Kenneth E. Boulding, Wirtschaftsprofessor University of Colorado, 1978)

Dann kam die industrielle Revolution……Heute verbraucht ein Deutscher rund 132 kW/h pro Tag. Das entspricht der Leistung von über 75 körperlich schwer arbeitenden Menschen.

Mensch sein mit Energie – kleine Geschichte der Energienutzung

Was ist Energie?

Physikalisch betrachtet ist Energie die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

Wenn ein Auto durch einen Motor angetrieben wird, dann wird mechanische Arbeit verrichtet. Hier wird chemische Energie (die im Treibstoff steckt) in Bewegungsenergie umgewandelt.

Energie kann von einer Art in eine andere umgewandelt werden. Außerdem weiß man, dass sie nicht verloren geht und auch nicht geschaffen werden kann.

Das Besondere: Energie zeigt sich erst dann richtig, wenn sich etwas tut, wenn sie wirkt oder genauer die Umwandlung stattfindet.

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Fakt ist:

Ohne Energie ist nichts.

Überhaupt nichts.

Energieträger

Energieträger sind Medien, in denen Energie gespeichert werden kann.

Primäre Energieträger (=Energiespeicher)•fossile Energieträger wie Erdöl, Kohle, Erdgas•Kernbrennstoffe wie Uran•Biomasse (Holz, Palmöl, Mais…)•Fette, Kohlenhydrate und Proteine in der Nahrung

Energiegehalt von Primärenergieträgern (Beispiele)•Erdgas: 8,2 kWh/m³ (L-Gas), 11,1 kWh/m³ (H-Gas)•Benzin: 8,76 kWh/l, Heizöl 11,0 kWh/l•Pellets: 4,8 kWh/kg

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Von der Primärenergie zum Nutzen

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Primärenergie

• Erdgas• Erdöl • Kohle (Stein- Braun-)• Kernenergie• Erneuerbare:

Wind, Photovoltaik, Biomasse, Geothermie, Wasserkraft

Endenergie

• Strom• Heizöl• Benzin, Diesel, Kerosin• Erdgas• Brennholz, Pellets

Nutzen

• Transportieren• Heizen• Kühlen• Antreiben• Beleuchten• Informations- u.

Kommunikationstechnik (IuK)• Ernähren

Eigene Grafik Werner Müller

Primärenergie muss Primärenergie muss aufbereitet werden, um sie aufbereitet werden, um sie z.B. als Strom nutzen zu z.B. als Strom nutzen zu können.können.

Endenergie ist die Energie, die man als Verbraucher direkt nutzt. Sie wird durch Umwandlung von Primärenergie bereitgestellt.

Erscheinungsformen von Energie

Man unterscheidet verschiedene Erscheinungsformen von Energie:

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Wandlungsverluste

Quelle: Wikipedia CC-by-sa-3.0

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Heute benötigt man für die Erzeugung einer kWh elektrischen Stroms fast 2,6 kWh Primärenergie (Kohle, Erdgas, Erdöl).

Aus der Endenergie Strom wird z.B. die Nutzenergie Licht. Da konventionelle Glühbirnen nur ca. 5% des Stroms in Licht umsetzen, werden am Ende nur 2-4% der ursprünglichen Primärenergie genutzt – der Rest verpufft als Wärme.

Die Kilowattstunde

Die Einheit mit der wir in Beruf und Alltag am meisten zu tun haben, ist die kWh.

Doch was heißt das? Wie viel ist das? Und was kann man damit machen?Wie viel Energie kann ein Mensch „erzeugen“?

manpower

https://www.youtube.com/watch?v=Tn4N55JL5wI

Energiemengen

1 kWh entspricht ca. dem Energiegehalt von • 250 g Holz, 208 g Pellets• 85 g Heizöl• 160 g Schokolade• 238 g Spaghetti

Oder dem Energiebedarf von• 7 h Fernsehen• 5,6 kg Wäsche mit 40° waschen (Energieklasse A)• 10 l Wasser von 20 auf 100° C erhitzen• 1 T Masse 367m hoch heben• 50 h denken.

http://www.bine.info/publikationen/basisenergie/publikation/waermepumpen-die-heiztechnik-alternative/

Graue Energie

Alle Produkte und Dienstleistungen benötigen Energie (und Rohstoffe) zur Herstellung, bzw. Bereitstellung. Diese nennt man auch „graue Energie“. Graue Energie wird auch in Energiebilanzen beim „kumulierten Energieaufwand“ (KEA) berücksichtigt. Beispiele:•1 kg Schokolade: 2,5 kWh•1 Aludose 5 kWh •1 l Benzin 1,6 kWh•500 Blatt Kopierpapier chlorfrei gebleicht: 41 kWh; 500 Blatt Kopierpapier recyclet: 28 kWh•1 PC: 3.000 kWh (plus 1,5 Tonnen Rohstoffe) •1 Automobil: ca. 25.000 – 50.000 kWh

Energie speichern und transportieren

In Form der Energieträger kann Energie auch gespeichert und transportiert werden.

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Das Speichermedium bei Wärmespeichern ist in der Regel Wasser. Anfallende Wärme, zum Beispiel von einer Solaranlage, wird gespeichert, damit auch dann warmes Wasser vorhanden ist, wenn die Sonne mal nicht scheint.

Energie speichern und transportieren

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Elektrische Energie kann man z.B. in Pumpspeicherkraftwerken als Lageenergie speichern. Bei geringer Stromnachfrage wird Wasser mit elektrischer Energie in den höher gelegenen Speichersee gepumpt. Wird dann wieder elektrische Energie benötigt, kann das gespeicherte Wasser zum Antrieb der Kraftwerksturbinen genutzt werden, um wieder Strom zu gewinnen.

Quelle: bine-info

Jetzt wird‘s mal physikalisch

Die SI-Einheit für Energie ist Joule (J).

Andere gebräuchliche Einheiten sind je nach Anwendungsgebiet Wattsekunde (Ws) oder Voltamperesekunde (VAs).Auch Newtonmeter (Nm, Einheit für Drehmoment) wird teilweise als Bezeichnung für Energie benutzt.Glücklicherweise ist die Umrechnung recht einfach: 1J = 1 Ws = 1 VAs = 1 Nm. Das entspricht übrigens etwa der Energiemenge, die beim Anheben einer Schokoladentafel (ca. 100 g) um 1 Meter in dieser gespeichert wird.

Nur die Kalorie (cal) fällt aus dem Schema: 1 cal = 4,186 Ws.

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Energieverluste

Wandlungsverluste

Jede Maschine arbeitet mit Energieverlust, d.h. sie nimmt mehr Energie auf, als sie an nutzbarer Energie abgibt. Ein großer Teil der Verluste ist auf unerwünschte Effekte, wie Reibung und Wärmeentwicklung zurückzuführen.

In Gebäuden sind es vor allem Verluste durch Lüftung und Transmission, also Wärmetransport durch Gebäudeteile (Außenwände, Dach, Fenster etc.).

Quelle: Callux-Projekt

Eine neue Energieversorgung

Unsere Energieversorgung befindet sich derzeit im Wandel. Bislang sind die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas die wichtigsten Lieferanten. Diese werden heute knapper. Der technische Aufwand für ihre Entnahme und die damit verbundenen Risiken und Eingriffe in die Natur nehmen zu.

Sicher ist: Wollen wir den Klimawandel auf ein einigermaßen erträgliches Maß begrenzen, müssen wir so viel wie möglich „in der Erde lassen“.

Die wichtigsten Gründe für eine nachhaltigere Energiewirtschaft sind:•Die Endlichkeit der vorhandenen Ressourcen fossiler Energieträger und die mit deren Entnahme verbundenen Schäden•Die Gewährleistung der Energieversorgung•Die Verhinderung des Klimawandels („Treibhauseffekt“) durch Senkung der Kohlendioxid (CO2)-Emissionen.

Klimawandel…

…wie war das noch mal?https://www.youtube.com/watch?v=dMDQzXvEBTE

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Strategien für den Wandel

Um einen Wandel der Energieversorgung zu erreichen, werden im Wesentlichen drei Strategien verfolgt:•Verringerung des Energiebedarfs•Erhöhung der Energieeffizienz•Verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien.

Sichtbare Beispiele für den beginnenden Wandel sind Windkraftanlagen und Photovoltaikpanels auf vielen Dächern.

Quelle: Powerpoint ClipArt

Gebäude und Gebäudetechnik sind zentral

Fast 40 Prozent des Energieverbrauchs in Deutschland gehen auf das Konto des Gebäudesektors. In Privathaushalten benötigen allein Heizung und Warmwasseraufbereitung 85 Prozent der Energie – hier liegen deshalb auch große Einsparpotenziale.

Die Bundesregierung strebt an, dass der Gebäudebestand bis zum Jahr 2050 nahezu klimaneutral wird. Dafür muss der Bedarf an Primärenergie um 80 Prozent gesenkt werden.

Effizienz steigern, Verluste senken

Dicke von Baumaterialien bei gleichen Dämmeigenschaften:

Quelle: eigene Entwicklung Werner Müller