Stroh

Stroh war früher ein begehrtes Material für die Tierhaltung, da es als Streu verwendet wurde.

Heute, durch die zweifelhafte moderne Viehzucht mit automatischem Dungaustrag, wird in diesem Bereich kein Stroh mehr benötigt. In biologisch geführten Bauernhöfen wird natürlich Stroh traditionell als Streu verwendet, welches die Unmengen von Gülle vermeidet und dafür ein wichtiges Düngemittel produziert oder als Grundstoff für eine Biogasanlage verwendet werden kann. Geringe Mengen an Stroh werden zu Heizzwecken in speziellen Feuerungsstätten benutzt.
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit von Stroh bietet das Baugewerbe. Früher wurde Stroh als Wärmedämmstoff oder als Zuschlagsstoff für Lehm eingesetzt. Aufgrund der heutigen baubiologischen Erkenntnisse kann sich das Einsatzgebiet von Stroh im Bau in naher Zukunft positiv entwickeln. Stroh-Bauplatten, speziell für den Innenausbau und zur Wärmedämmung, werden schon industriell hergestellt. Nach dem Pressen des Stroh bei ca. 250 Grad C wird beidseitig ein Spezialpapier aufgeklebt.
Die entstandene Bauplatte zeichnet sich durch eine gute Wärmedämm- und Sorptionsvermögen aus. Imprägnierung macht Stroh verrottungsfest und resistent gegen Ungeziefer. Die Stroh-Bauplatte hat keine toxischen Ausgasungen (wenn die Pflanzen nicht vorher gespritzt wurden, Pflanzenschutzmittel) und ist nach dem Ausbau gut kompostierbar.
Stroh könnte sicherlich noch weiter als vielseitiger Werkstoff für den Hausbereich z.B für Stroh-Matratzen eingesetzt werden. Nachwachsende Rohstoffe und deren Verwendung werden vom Bundesminister für Forschung und Technologie durch Forschungsgelder unterstützt.

Stoßlüften

Stahl im Wohnbereich

Hauptanwendungsgebiet von S. ist die Bewehrung von Decken, Fensterstürzen und Unterzügen (Beton).

Stahlmöbel, Armaturen, Herde, Kühlschränke u.a. werden heute aus Stahl, bzw. aus Eisenblech hergestellt. Um Teppichböden antistatisch auszurüsten, werden den Garnen superfeine Stahlfasern (4-12 mycrom im Durchmesser) als antistatische Beimischung von unter 10% zugesetzt.
Alle Eisen- bzw. Stahlgegenstände können die elektrostatischen, elektrischen und magnetischen Felder eines Raumes verändern. Bei Stahlmöbeln kann es zu kapazitiven Ankopplungen an elektrische Wechselfelder im Raum kommen, was bei Elektrosensiblen evtl. zu gesundheitlichen Beeinträchtigungen führt.

siehe ebenso: Elektrosmog

Sperrholz

Holzplatten, die aus mindestens drei aufeinandergeleimten Holzlagen (Furniere) bestehen, deren Faserrichtungen senkrecht zu denen benachbarter Lagen laufen (DIN 68 705).

Eine besondere S.-Platte ist die Tischlerplatte, die eine Mittellage aus plattenförmig aneinandergesetzten Holzleisten besitzt und mindestens eine Furnierlage auf jeder Seite enthält. Nach Art der Verleimung (und damit der Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Witterungseinflüsse) unterscheidet man Innen-S. und Außen-S.. Je nach Beschaffenheit der Außenfurniere unterteilt man Furnierplatten in die Güteklassen I-III, Tischlerplatten in die Güteklassen I und II.
Die verwendeten Leime sind meist auf Kunstharzbasis (Melamin, Harnstoff-Formaldehyd, Phenolharzformaldehyd). Der Leimauftrag ist im Normalfall geringer als der Leimgehalt der Spanplatte.
Die Herstellung von S.-Platten erfolgt in folgenden Schritten: Wasserlagerung oder Dämpfen, Schälen, Fehlstellen ausclippen, Trocknen, Zusammensetzen, Verleimen, Pressen und Format schneiden.
Zur S.-Herstellung ist elektrische Energie und Wärme nötig, die meist in einer firmeneigenen Wärmekraftanlage aus Holzabfällen gewonnen wird. Die Luft- und Wasserverschmutzung ist geringer als bei der Span- oder Holzfaserplattenherstellung.

Spanplatten

S. werden durch Verpressen von Holzspänen unter Zugabe von Bindemitteln hergestellt.

In Europa werden fast ausschließlich Nadelholzspäne aus Durchforstungen, Restholz von Sägewerken, Produktionsabfälle der Holzindustrie und z.T. Altholz verwendet. Als Bindemittel kommen Harnstoff-, Melamin-, und Phenolformaldehydharze (Formaldehyd), Isocyanate, Magnesit sowie Gips und Zement zum Einsatz. 90% aller S. werden mit Aminoplastharzen (Harnstoff- und Melaminformaldehydharzen) hergestellt. Dieses Kunstharz hat den höchsten Formaldehydgehalt. Die Formaldehydabgabe läßt sich durch Zusätze von Phenol sowie durch nachträgliche Beschichtung erheblich verringern.

Hauptproblem des Einsatzes von S. sind deren Formaldehydabgaben. Liegen diese unter 0,1 ppm, was dem derzeit gültigen Richtwert des Bundesgesundheitsamtes für Innenraumluft entspricht, erhalten die S. die E1-Klassifizierung, was also nicht zwangsläufig formaldehydfrei bedeutet.

Isocyanatgebundene S. sind zwar formaldehydfrei, stellen aber aufgrund möglicher Belastungen der Arbeiter bei der Herstellung und des nicht genau bekannten Emissionsverhaltens keine überzeugende Alternative dar (Isocyanate).

Abgesehen von der E1-Klassifizierung werden S. je nach empfohlenem Anwendungsbereich noch folgendermaßen gekennzeichnet:

V-20 E1 sind für alle Einsatzgebiete im trockenen Innenbereich geeignet,
V-100 E1 entsprechen den V-20-Platten und sind zusätzlich für den Einsatz in Räumen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit, z.B. für Fußböden, geeignet und
V-100 G E1 entsprechen den V-100-Platten und sind zusätzlich mit dem amtlich zugelassenen Pilzschutzmittel gegen Pilzbefall geschützt, und werden bevorzugt im Außenbereich und im Fertighausbau eingesetzt.
Neben diesen "Bau-S." werden für den Möbelbau Platten des Typs FPY und FPO mit E1-Klassifikation eingesetzt.
Der Primärenergiebedarf (Energie) zur Herstellung einer S. schwankt erheblich aufgrund der eingesetzen Größe und Feuchte des Rohmaterials sowie der verschiedenen Herstellungsverfahren und Qualitätsunterschiede des Endprodukts. Im Mittel beträgt der Primärenergiebedarf an elektrischer Energie 129 kWh/m3 und an thermischer Energie 690 kWh/m3. Gesundheitliche Belastungen der Arbeiter während der S.-Herstellung entstehen v.a. durch den großen Lärm-Schallpegel in den Fabrikhallen, den Formaldehyd-ausgasungen der Bindemittel und der Feinstaubbelastungen während des Trocknungs- und Schleifprozesses (Holzindustrie).

siehe ebenfalls: Mitteldichte Faserplatte

Sonnenkollektoren

S. sind ein Bestandteil solarthermischer Anlagen. Sie absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozesswärme genutzt werden kann. (Stromerzeugung: Photovoltaik-Anlagen, Solarzellen, Solarkraftwerke)

Man unterscheidet zwischen Flachkollektoren, Vakuumflachkollektoren und Vakuumröhrenkollektoren. Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.

Details:
Die gebräuchlichste und preiswerteste Bauart von S. sind die Flachkollektoren. Allerdings besitzen diese, im Gegensatz zu den anderen Bauarten, höhere Wärmeverluste. Bei Vakuumflachkollektoren befinden sich die Absorber in einem luftleeren Raum mit ca. 700 mbar Unterdruck. Sie besitzen eine sehr gute Wärmedämmung und einen höheren Wirkungsgrad. Die teuerste Bauart, allerdings auch die besten Wirkungsgrade weisen Vakuumröhrenkollektoren auf. Der Absorber befindet sich hier, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr. Man unterscheidet zwei Prinzipien:

1. Heat Pipe
In einem geschlossenem Glasrohr (Wärmerohr) verdampft eine Primärflüssigkeit (z.B. Alkohol). Der leichte Dampf steigt in das obere Rohrende, das in einem Wärmeträger mündet und gibt seine Energie an die Solarflüssigkeit ab. Dort kommt es aufgrund der Energieabgabe zu Kondensation und die Flüssigkeit fliest nach unten, worauf sie durch Wärmezugabe erneut verdampft. Der Prozess beginnt von vorne.

2. Direkt durchflossene Röhren
Im Gegensatz zum Heat Pipe System, fliest hier die Solarflüssigkeit direkt durch eine als Doppelrohr ausgeführte Absorberröhre. Dieses hat den Vorteil, dass auch ein waagerechter Einbau ermöglicht wird.

Am meisten verbreitet ist der Einsatz von S. in Anlagen zur Brauchwassererwärmung. Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000-fach praktisch erprobt.

Eine weitere sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt. In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m² große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m³ angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt.

Sonnenkollektor

S. absorbieren die einfallende Solarstrahlung (Globalstrahlung) und wandeln sie in Wärme um, die zur Warmwasserbereitung, zu Heizzwecken oder als Prozeßwärme genutzt werden kann.

(Stromerzeugung: Solarkraftwerke, Solarzellen)
Am meisten verbreitet sind Anlagen zur Brauchwassererwärmung (s. Graphik). Die Anlagen sind heute technisch ausgereift und 100.000fach praktisch erprobt.

Alle Länder, deren Sonnenverhältnisse vergleichbar mit denen in Italien oder Spanien sind, könnten einen Großteil ihres Warmwassers mit Hilfe von S. bereitstellen. Bislang haben dies allerdings erst wenige Länder realisiert, wie z.B. Zypern, Israel, Jordanien, wo S. bereits 25-65% der Warmwasserbereitung in privaten Haushalten übernehmen.
In Westdeutschland waren Ende 1992 etwa 900.000 m2 S.-Fläche installiert, die überwiegend in den Jahren 1990-1992 angebracht wurde. Die großen Potentiale, die S. in Deutschland als Wärmelieferant besitzen, sind damit allerdings erst zu Bruchteilen ausgeschöpft (Regenerative Energiequellen).
Über 50% der installierten S. dienen der privaten Warmwasserbereitung, gefolgt von privaten und öffentlichen Schwimmbadanlagen. Zu Heizzwecken können S. erst dann sinnvoll eingesetzt werden, wenn kleine, preisgünstige Langzeitspeicher existieren, die die im Sommer eingefangene Sonnenwärme bis in den Winter hinein speichern können (Speicherung, Latentwärmespeicher).
Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.
Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m2 Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von den S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und S. Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 10.000-15.000 DM. Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren.
Die frostsichere Solarflüssigkeit im S.-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen.
Zur Brauchwassererwärmung genügen i.d.R. einfache Flachkollektoren mit Jahreswirkungsgraden von 25-35% (spezifischer Nutzgewinn pro Jahr 180 kWh/m2) und maximalen Temperaturen von 100 Grad C. Nur in speziellen Fällen lohnen sich Vakuumflachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, bei denen sich der Absorber, um Wärmeverluste zu vermeiden, in einem luftleeren Glasrohr befindet. Mit solchen hochwertigen (und teuren) Kollektoren können Temperaturen von über 100 Grad C erreicht werden, womit sie auch Prozeßwärme für industrielle Prozesse bereitstellen können (z.B. Wäschereien). Diese Möglichkeit wird in Deutschland bislang praktisch nicht genutzt.
Besonders einfache Systeme sind Schwimmbadkollektoren, die aus einfachen Kunststoffabsorbermatten bestehen und auch horizontal verlegt werden können. Für Freibäder stellen Schwimmbadkollektoren oft eine lohnende Investition dar, die sich auch ohne Fördermittel innerhalb weniger Jahre amortisiert.
Eine sehr interessante Möglichkeit des S.-Einsatzes sind Anlagen zur solaren Nahwärmeversorgung. Die von großen Kollektorfeldern gesammelte Wärme wird hier über große Warmwasserspeicher bis in die Heizperiode aufbewahrt.
In Schweden sind seit 1985 mehrere solare Nahwärmenetze in Betrieb. In Lyckebo versorgt eine 4.300 m2 große Kollektorfläche, die an einen unisolierten Felskavernenspeicher (Speicherung, Aquiferspeicher) von 105.000 m3 angeschlossen ist, 550 Einfamilienhäuser mit Wärme. Solaren Nahwärmenetzen werden auch in Deutschland gute Chancen für die nahe Zukunft vorhergesagt; als erste Standorte sind Offenburg und Stuttgart im Gespräch.
Nutzung von Solarenergie zur Stromerzeugung: Solarzelle

Solarzellen

S. sind Halbleiterbauelemente, die Licht (Globalstrahlung) direkt in elektrischen Strom umwandeln können (photo-voltaischer Effekt, daher auch der Name Photovoltaik).

I.d.R. dient Silizium als Grundmaterial. Man unterscheidet zwischen mono- und polykristallinen Siliziumzellen, amorphen Siliziumzellen und Dünnschichtzellen. Zum letzteren Zellentyp gehören Solarzellen, die nicht aus kristallinem Silizium hergestellt werden und sehr dünn sind. Wird die Solarzelle beleuchtet, steht an den elektrischen Anschlüssen eine Gleichspannung von etwa 0,5 Volt zur Verfügung. Der Strom und damit auch die Leistung, die entnommen werden kann, hängen von der Intensität der Sonneneinstrahlung und der Zellenfläche, d.h. der Größe der Empfängerfläche, ab. S. werden zu Solarmodulen zusammengeschaltet und mit weiteren Komponenten als Photovoltaik-Anlage zur Stromerzeugung genutzt.

Details:
Monokristalline S. aus industrieller Fertigung wandeln heute etwa 16 bis 18% (Labor: 20-25%) des auftreffenden Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Polykristalline S. weisen etwas schlechtere Wirkungsgrade auf. Das Verfahren der amorphen Zellen geht mit dem Basismaterial Silizium -da es nur als dünne Schicht aufgedampft wird- sehr sparsam um und vermeidet von vornherein die (energie-) aufwendigen und teuren Schritte der Kristallherstellung und des Zersägens in einzelne Scheiben wie bei den kristallinen S.. Amorphe Silizium-S. sind daher preiswerter herzustellen und als Dünnschichtzellen flexibler einsetzbar, haben allerdings nur einen Wirkungsgrad von 5-8% (Labor 13%).
Es gibt auch noch eine Reihe anderer Stoffe, die halbleitende Eigenschaften besitzen und geeignet sind, Licht in Strom umzuwandeln. Favorisiert werden heute unter anderem Dünnschichtzellen aus Cadmiumsulfid (CdS) bzw. Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Selenid (CuInSe2), deren Marktanteil heute bei ca. 5% liegt. Die Dünnschichttechnologie ist aufgrund des sparsamen Material- und Energieeinsatzes und der geringeren Produktionskosten (im Vergleich zu Siliziumzellen) ein Verfahren, das zukünftig einen höheren Marktanteil erwerben kann. In den Halbleiterschichten kommen jedoch in geringen Konzentrationen u. a. die Elemente Cadmium, Selen, Tellur und Kupfer (Cd, Se, Te, Cu) vor, die toxisch sein können. Somit sollten die möglichen Risiken für Umwelt und Gesundheit während der Produktion, des Betriebes und der Entsorgung dieser Module beachtet werden.
Silizium-S. bewirken am Einsatzort keine Belastung der Umwelt. Ausnahmen sind Cadmium-Tellurid-S., die bei Bränden Cadmium emittieren können. Es dauert allerdings einige Jahre bis die zur Herstellung von Silizium-S. benötigt Energie amortisiert ist (Photovoltaik-Anlagen).
In der Entwicklung stecken noch weitere Konzepte, wie z.B. die "High-Voltage-Zelle", welche eine Spannung von 2,8V bzw. 8V bei einem Wirkungsgrad von 10,2% bzw. 8,3% abgibt.
Für den Einsatz zur Stromerzeugung im Kraftwerksmaßstab sind S. auch in sonnenreichen Regionen derzeit noch erheblich zu teuer. Preiswerter sind nicht nur fossil gefeuerte Kraftwerke, sondern auch solarthermische Kraftwerke (Solarkraftwerke) und Windkraftwerke (Windenergie). Ein großer Einsatzbereich von S. wird auf absehbare Zeit der dezentrale Inselbetrieb in nicht elektrifizierten Gebieten sein. Gerade in dünnbesiedelten Regionen ist es heute schon preiswerter, Strom mit S. zu erzeugen, anstatt aufwendige und verlustreiche Stromnetze aufzubauen. Aus diesem Grund kommen in Entwicklungsländern S. heute schon vielfältig zum Einsatz: Photovoltaisch betriebene Wasserpumpen, Stromversorgung von abgelegenen Radiosendern und Krankenhäusern (Kühlung von Medikamenten) und standardisierte Systeme zur Minimalelektrifizierung privater Haushalte.
In Deutschland finden z.B. amorphe Siliziumzellen bei elektrischen Kleinverbrauchern (z.B. Taschenrechnern und Armbanduhren) ihren Einsatz.
Netzgekoppelte Anlagen, zur Unterstützung der häuslichen Stromversorgung, sind seit der Verabschiedung des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) wirtschaftlich zu betreiben. Grund dafür sind die hohen Einspeisevergütungen, weshalb der erzeugte Strom komplett eingespeist werden sollte. Weiter sind auch verschiedene Förderprogramme (z.B. das 100.000-Dächer-Programm) von Bund, Ländern und Städten zu beziehen.
Weltweit ließe sich technisch betrachtet die gesamte Energieversorgung auf S. in Verbindung mit der Wasserstofftechnologie als Speicher- und Transportmedium aufbauen. Selbst im sonnenschwachen Deutschland können 12% des Strombedarfs solar gedeckt werden, wenn etwa die Hälfte der nutzbaren Dachfläche mit S. bedeckt würde.
Kompletanlagen, siehe Photovoltaik-Anlage.
Literaturangabe:
Heinz Ladener: Solare Stromversorgung

Solarthermische Anlage

Bei S. wird Wärme aus Sonnenenergie gewonnen. Häufigster Einsatzort ist die Brauchwassererwärmung und Heizungsunterstützung. Diese Anlagen werden vom kleinen Gartenhaus bis hin zu Solarkraftwerken eingesetzt. Für die privaten Haushalte stellen S. für die Warmwasserbereitung die in unseren Breiten sinnvollste Nutzung regenerativer Energiequellen dar, die weder mit technischen noch finanziellen Risiken verbunden ist.

Die typische solare Brauchwasseranlage für einen Vierpersonenhaushalt in Deutschland besteht aus etwa 4-8 m² Flachkollektorfläche und einem gut isolierten Warmwasserspeicher von etwa 300-400 l. Eine solche Anlage kann über das Jahr gemittelt 50-75% der Warmwasserbereitung übernehmen. Im Sommer, wenn die Zentralheizung ihren schlechtesten Wirkungsgrad besitzt, wird die Warmwasserbereitung vollständig von der S. übernommen. In den übrigen Jahreszeiten speisen Heizung und Sonnenkollektoren Wärme in den Speichertank. Die Kosten einer kompletten Anlage liegen bei 3.000-12.000 €.
Steuerliche Sonderabschreibungen und Fördermittel können die Kosten je nach Bundesland und Kommune um bis zu 50% reduzieren, womit sich die Anlagen in etwa 10-15 Jahren amortisieren. Die Energieamortisationszeit (die Zeit, bis die zur Herstellung der Anlage benötigte Energie wieder eingespielt ist) liegt bei S. bei nur 1-1,5 Jahren. Die frostsichere Solarflüssigkeit im Kollektor-Kreislauf sollte nicht wassergefährdend und leicht biologisch abbaubar sein; Propylenglykol ist gegenüber Ethylenglykol vorzuziehen. Es gibt aber auch sogenannte "Flow-back-Systeme", welche ohne Zusatz, also mit reinem Wasser betrieben werden.
Weitere Komponenten einer S. sind Sonnenkollektor und Warmwasserspeicher.

siehe außerdem: Sonnenenergie, Warmwasserbereitung

Solarstromanlage

Solarpanel

Solarmodul

Bei S. werden viele Solarzellen, da sie nur mit niedriger Spannung arbeiten, für praktische Anwendungen zusammengeschaltet.

Beim Hintereinanderschalten der Zellen addieren sich die Zellenspannungen: Standart-Solarmodule bestehen aus 33 bis 40 Zellen in Reihenschaltung, die eine Spannung von 16 bis 22 Volt und eine Leistung von 30 bis 50 Watt liefern. Wird mehr Leistung oder eine höhere Spannung benötigt, können entweder größere Module mit mehr Zellen eingesetzt oder mehrere Module gleichen Typs zu einem größeren Solargenerator zusammengeschaltet werden.

Heizwärmebedarf

(auch: Jahres-Heizwärmebedarf) Der H. beschreibt die für die Beheizung eines Gebäudes benötigte Menge an Wärmeenergie (Energie) in Kilowattstunden je m² beheizter Nutzfläche und Jahr (kWh/m²/a).

Der H. ist eine rechnerisch ermittelte Größe, die als "Energiekennzahl" (siehe auch: Heizenergiebedarf) Aufschluss über die wärmeschutztechnische Qualität eines Gebäudes gibt.

Bei der Berechnung des H. wird einerseits der Wärmebedarf berücksichtigt, der durch den Wärmedurchgang durch die Außenbauteile (k-Wert, Wärmedämmung) und durch den Luftaustausch (Luftwechsel, Lüften, Stoßlüften) bedingte Wärmeverluste entsteht. Andererseits fließen Wärmegewinne z.B. durch Elektrogeräte oder Wärmeabstrahlung von Personen (interne Wärmegewinne) sowie die durch die Sonneneinstrahlung durch Fenster oder andere transparente Flächen bedingten solare Wärmegewinne in die Berechnung mit ein.

Der H. hängt also wesentlich von der bauphysikalischen und konstruktiven Beschaffenheit des Gebäudes ab: Bauform, verwendete Baustoffe (k-Wert , Wärmedämmung), Fensterfläche und Fensterart (Fenster) und Bauausführung (Luftdichtigkeit, Niedrigenergiehaus). Der H. eines bestehenden Gebäudes kann mit Hilfe einer Energiebedarfsanalyse ermittelt und in einem Energiepass offenkundig gemacht werden.

Für neu zu errichtende Gebäude muss der H. Sinne der gültigen Wärmeschutzverordnung durch einen Wärmebedarfsausweis nachgewiesen werden. Der berechnete H. erlaubt allerdings lediglich eine grobe Abschätzung, wie viel Heizenergie (Primärenergie) tatsächlich für die Gebäudeheizung benötigt wird, da weder Nutzergewohnheiten (Raumklima, Lüften, Stoßlüften) noch die Art der Energiebereitstellung (Heizungsart, Brennwertkessel, Niedertemperatur-Heizsysteme) und die damit verbundenen Energieverluste berücksichtigt werden. Der H. stellt in älteren Gebäuden mit ca. 75 % den höchsten Anteil am Energieverbrauch (Energie).

Heizungsanlagenverordnung

Die H. setzt folgende Anforderungen an die energiesparende Ausrüstung und den Betrieb von Heizungsanlagen:

Verhinderung der Überdimensionierung von Wärmeerzeugern,
Dämmung von Wärmeerzeugern und Rohrleitungen,
außentemperaturabhängige Regelung der Heizungsvorlauftemperatur,
Möglichkeit der Abschaltung der Heizung zu bestimmten Zeiten über eine Zeitschaltuhr,
Ausrüstung der Heizkörper mit Thermostatventilen,
Begrenzung der Verluste von Brauchwasseranlagen,
Pflicht zur Wartung und Instandhaltung der Heizungsanlage.

Bei Einhaltung der H. können erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Allerdings wird die Einhaltung der H. von keiner Behörde überprüft. Mieter von Gebäuden mit hohen Heizkosten sollen überprüfen, ob die Heizungsanlage des Gebäudes die Vorschriften der H. einhält. Bei Nichteinhaltung kann der Hausbesitzer mit einem Bußgeld belegt werden.

Heizung

Im Jahr 2000 waren die privaten Haushalte mit fast 28 Prozent am gesamten Endenergieverbrauch Deutschlands beteiligt; 1990 waren es erst 25 Prozent. Damit stehen die privaten Haushalte an zweiter Stelle hinter dem Verkehr (mit rund 30 Prozent), aber noch vor der Industrie (26,5 Prozent). In den privaten Haushalten liegt der Anteil der H. am Energieendverbrauch sogar bei 76 Prozent und 11 Prozent für Warmwasserbereitung.

Wie viel Energie ein Haus zum Heizen benötigt, hängt in erster Linie von seiner Wärmedämmung (k-Wert) ab, die den Wärmebedarf bestimmt und bei guter Ausführung Umweltbelastungen und Energieverbrauch mehr als halbieren (Niedrigenergiehaus; Passiv-haus,) oder sogar ganz vermeiden kann (Nullenergiehaus). Seit 1.02.2002 gilt die Energie-einsparverordnung für Gebäude (EnEV) und verbreitet die Niedrigenergie-Bauweise als Standard.

Die H.-Systeme unterscheiden sich deutlich hinsichtlich Primärenergieverbrauch und Emis-sionen. Eine große Rolle spielt zudem das Nutzerverhalten (Raumklima, Lüften, Stoßlüften). Umweltschonende H.-Systeme, die geringe Energieverluste aufweisen und wenig Schadstoffe emittieren, sind v.a. Nahwärme, Fernwärme und Erdgas-Brenner. Moderne Gasfeuerungen erreichen Wirkungsgrade von über 90 Prozent im Winterbetrieb (Sommerbetrieb 50 bis 60 Prozent, Sonnenkollektoren). Bei den Gasbrennern stellt der Brennwertkessel in Verbindung mit Niedertemperatur-Heizsystemen die optimale Lösung dar. Auch Ölbrenner arbeiten heute mit hohen Wirkungsgraden und auch mit Brennwerttechnik. Probleme bereiten aber die relativ hohen Schwefeldioxid-Anteile im Abgas von Heizöl. Wobei Strom die am leichtesten zu transportierende Energie ist und die Risiken von Tankwagentransporten, Erdgaspipelines und die Folgen der Transporte (Umweltbelastung durch Abgase, Straßenbau usw.) entfallen.

Ökologisch ungünstig sind v.a. elektrisch Heizen (Elektrospeicherheizung), Ofenheizung, und alte Erdöl-Brenner. Alte Zentral-H. haben oft nur einen Wirkungsgrad von unter 70 Prozent, bedingt durch hohe Wärmeverluste über die Abgase, Überdimensionierung der Anlagen und falsche Brennereinstellung. Die Anschaffung einer neuen H. kann sich schon innerhalb weniger Jahre amortisieren. Viele Hausbesitzer müssen in den nächsten Jahren ihre H. austauschen, weil sie mehr Schadstoffe auspustet als zulässig. Mit der neuen Energiespar-verordnung, die im Februar 2002 in Kraft trat, will die Bundesregierung technisch veraltete H. (Einbau vor dem 1.10.1978) spätestens bis zum Jahr 2008 aus dem Verkehr ziehen.

Die Staubemissionen aus Hausfeuerungen als auch der Abgasverlust werden in den Verordnungen zum Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchV) begrenzt. Nach der BImSchV gilt der Abgasverlust, der im Schornsteinfegerprotokoll ausgewiesen ist, als Maß der Dinge: bei H. zwischen 4 und 25 Kilowatt Leistung darf er maximal 11 Prozent betragen, bei 25 bis 50 Kilowatt Leistung maximal 10 Prozent. Werden diese Werte überschritten, muss die H. bis zum 1.11.2004 nachgerüstet oder still gelegt werden.

Literatur:
Knieriemen, Heinz; Frei Peter: Heizen mit

Holz - ökologisch und gesund; Das Praxisbuch für traditionelle und moderne Öfen, Herde und Heizsysteme; AT Verlag 2003; ISBN 3855029296; EUR 27,90

Richtig heizen - Heizsysteme und Warmwasser; Konsument extra; ISBN 3901359427; Ver-ein für Konsumenteninformation Verlag 1998; EUR 11,48

Fröse, Heinz-Dieter: Elektrische Heizsysteme; ISBN 3790506982; Pflaum Verlag 1995; EUR 27,61

Siehe auch: Wärmepumpe, Heizkostenverordnung, Heizungsanlagenverordnung, Verbrauchsabhängige Heizkostenabrechnung, Rußzahl, Verbrennung

Heizöl

Leichtes und schweres H. wird in Raffinerien (Naphtha) aus Erdöl gewonnen. Leichtes (EL) H. wird zur Heizung von Gebäuden verwandt.

Das zähflüssigere schwere (S) H. benutzt man als Industriebrennstoff und zur Feuerung von Kraft-, Heizkraft- und Heizwerken. Bei Herstellung und Verbrennung von H. werden zahlreiche Schadstoffe frei, so z.B. Schwefeldioxid, Stickoxide und Kohlendioxid (Kohlendioxid-Problem, Treibhauseffekt).

Der Gehalt an Schwefel, der zu Schwefeldioxid verbrennt, ist für leichtes H. seit 1979 auf 0,3% begrenzt (Schwefelgehaltsverordnung). Eine weitergehende Entschwefelung auf 0,15% wird von den Raffinerien bereits praktiziert; eine generelle Senkung scheitert bislang an einer fehlenden EG-Richtlinie. Private und öffentliche Kunden können jedoch bei nur geringen Mehrkosten von 1 bis 2 Pf/l bei fast allen H.-Händlern schwefelarmes H. beziehen.

Schweres H. enthält bis zu 3% Schwefel. Um die Auflagen der Großfeuerungsanlagenverordnung ohne Rauchgasentschwefelungsanlage einhalten zu können, verfeuern Kraftwerke mit weniger als 300 MW thermischer Leistung schweres H. mit einem Schwefelgehalt von 1,4%.
Emissionen bei der Verarbeitung und Verbrennung von H.: Raffinerie, Heizung, Ofenheizung, Kraftwerk, Fernwärme

Heizkraftwerk

In H. wird in Kraft-Wärme-Kopplung Strom und Wärme erzeugt.

Der Wirkungsgrad moderner Anlagen beträgt 80% (25% als Strom und 55% als Wärme). Bei der Verteilung der Wärme über Fernwärmenetze gehen zusätzlich ca. 10% als Leitungsverluste verloren.
Gegenüber Kraftwerken, die mit einem Wirkungsgrad von 35-40% Strom erzeugen und die Wärme ungenutzt in die Umwelt abgeben, bedeutet der Einsatz von H. eine beträchtliche Ressourcenschonung und Emissionssenkung. Kleine H. zur dezentralen Energieversorgung nennt man Blockheizkraftwerke.
Schadstoffemissionen von H.: Fernwärme, Kraftwerk

Siehe auch: Kraft-Wärme-Kopplung, Strom

Hausfeuerung

Globalstrahlung

Die G. gibt an, wieviel Sonnenenergie auf der Erdoberfläche zur Verfügung steht.

Um diese Energie zu bestimmen, beginnt man mit dem Strahlungsangebot außerhalb der Atmosphäre. Die sog. Solarkonstante gibt die Strahlungsleistung an, die außerhalb der Erdatmosphäre senkrecht auf eine Fläche trifft. Ihr Wert liegt bei etwa 1,35 kW/m2. 90% dieser Solarstrahlung liegt im Bereich des sichtbaren Lichts (Tageslicht) und des nahen Infrarots.

Auf dem Weg durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche gehen 53% der Solarleistung durch Reflexion und Absorption verloren. Die verbleibenden 47% setzen sich zusammen aus direkter Solarstrahlung und diffuser Himmelsstrahlung, die Summe beider Komponenten wird als G. bezeichnet. Unter direkter Solarstrahlung versteht man den Anteil der Strahlung, der direkt aus der Sonnenrichtung als Parallelstrahlung einfällt. Diffuse Himmelsstrahlung dagegen ist der Anteil, der durch Streuung an Molekülen und Aerosolen der Atmosphäre aus allen Richtungen auf die Erdoberfläche trifft.

Die Energie, die jährlich als G. auf die Erdoberfläche gelangt, liegt mit 705 Mio TWh um das 7.000fache über dem jährlichen Weltenergieverbrauch (Energie, regenerative Energiequellen, Solarenergie).
In Wüstengebieten (Wüste) im Sonnengürtel der Erde finden wir eine jährliche G. von über 2.200 kWh/m2 mit einem Direktstrahlungsanteil von über 80%.

Solche Gebiete eignen sich ganz besonders zum Betrieb von Solarkraftwerken, die die Solarstrahlung mit Spiegeln fokussieren.
In Deutschland liegt die jährliche G. bei nur 900-1.100 kWh/m2 bei einem Direkstrahlungsanteil von durchschnittlich 50%, der bei starker Bewölkung ganz entfallen kann.
Vgl. auch Graphik: Strahlungsbilanz

Siehe auch: Sonnenergie

Gezeitenkraftwerk

Mond und Sonne verursachen durch ihre Anziehungskräfte zusammen mit der Rotationsbewegung der Erde Ebbe und Flut.

G. nutzen diese regenerative Energiequelle zur Stromerzeugung. Hierzu werden ganze Meeresbuchten durch eine Staumauer vom Meer abgetrennt. Das in die bzw. aus der Bucht strömende Wasser treibt Turbinen zur Stromerzeugung an. Nur wenige Meeresbuchten eignen sich für G., da ein großer Tidenhub (Höhendifferenz Flut-Ebbe) notwendig ist.

G. verändern das Ökosystem der abgetrennten Bucht und können die Gezeiten der Nachbarbuchten beeinflussen. Das älteste G. befindet sich in der Mündung der Rance (Bretagne), weitere G. arbeiten in der ehem. UdSSR und Kanada. Kanada und England planen bis 2010 zwei große G. in Betrieb zu nehmen (Kanada: 5.000 MW).

Siehe auch: regenerative Energiequellen

Geothermische Energie

Anlagen zur Nutzung von G. verwenden die im Erdinnern gespeicherte Erdwärme als Energiequelle. Dies ist nur in vulkanischen und geologisch mobilen Gebieten möglich, wo heiße Wasseradern (z.B. Thermalquellen) bis an die Erdoberfläche treten.

Das heiße Wasser kann zu Heizzwecken, der heiße Dampf zur Stromerzeugung (Strom) genutzt werden. Die weltweit umfangreichsten Nutzungen von G. finden sich in Kalifornien, wo 1987 etwa 2.100 MW elektrische Leistung genutzt werden, in der Toscana (Italien) versorgen G.-Kraftwerke von insgesamt 450 MW die gesamte Toscana und die italienische Eisenbahn mit Strom. In Island heizen 80% der Bevölkerung mit G.. Mögliche Gebiete zur Nutzung der G. in Deutschland sind das Norddeutsch-Polnische Becken, der obere Rheingraben und Süddeutschland.

Die in Norddeutschland und im Rheingraben genutzten G.-Vorkommen liegen im Temperaturbereich zwischen 40 und 100 Grad C und werden aus tiefliegenden Sandsteinschichten (1.000 bis 2.500 m Tiefe) gefördert. Umweltbelastungen treten insb. dann auf, wenn das zu Heizzwecken genutzte Wasser bzw. der in Kraftwerken zu Wasser kondensierte Dampf ungereinigt in Flüsse geleitet wird. Hierbei gelangen je nach Quelle große Mengen Salz, Schwefel und anderer Mineralien in die Umwelt.

Durch das Zurückpumpen des Wassers in den Erdboden können diese Belastungen und evtl. Bodenabsenkungen durch die Wasserentnahme vermieden werden. Die Rückführung des genutzten Wassers ist zudem oft eine wichtige Voraussetzung zur Erhaltung der Ressourcen. Arbeiter müssen vor den aus den Bohrlöchern entweichenden, teils giftigen Gasen (z.B. Schwefelwasserstoff) geschützt werden.

Siehe auch: Regenerative Energiequellen

Gefriergeraete

G. belasten die Umwelt durch Stromverbrauch und FCKW-Freisetzungen (Ozonabbau).

Darüber hinaus ist Tiefkühlkost aufgrund energieaufwendiger Verarbeitung, Lagerung und Transporte das energieintensivste Nahrungsmittel überhaupt. G. gehören zu den Haushaltsgeräten mit dem höchsten Energieverbrauch. Je nach Güte der Isolation verbrauchen K. unterschiedlich viel Energie, wobei sparsame Geräte nicht nur die Umwelt schonen (Strom, Kraftwerk), sondern auch Geld sparen (Haushaltsgeräte).

Zur FCKW-Problematik: Kühlschrank
Tips zum Stromsparen: Keine warmen Speisen einfrieren, unnötiges Öffnen vermeiden, Wandabstand zum Wärmetauscher (Metallgitter) mindestens 10 cm, regelmäßiges Säubern des Wärmetauschers, Aufstellung an möglichst kühlem Ort (auf keinen Fall neben dem Herd), evtl. zusätzliche Wärmedämmung anbringen und auf defekte Türdichtungen achten (insbesondere bei Gefrierschränken).

Gefrierschränke verbrauchen bei gleichem Volumen etwa 50% mehr Energie als Gefriertruhen (Haushaltsgeräte). Truhen sind i.d.R. deutlich besser isoliert als Gefrierschränke und beim Öffnen geht erheblich weniger Kälte verloren (dies gilt auch für defekte Türdichtungen älterer Geräte).

Siehe auch: Stromverbrauch