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Was ist energie
Das Dokument behandelt das Thema Energie, ihre Definition und die Möglichkeiten ihrer Nutzung im Alltag sowie die Entwicklung der Energienutzung durch die Geschichte. Es werden verschiedene Energieträger, ihre Umwandlung und der Verbrauch, insbesondere im Gebäudesektor, diskutiert. Des Weiteren wird auf die Notwendigkeit einer nachhaltigen Energieversorgung und Strategien zur Reduktion des Energiebedarfs hingewiesen.
Was ist energie
- 1. Was ist Energie? Undwas kann man damit machen? 1 Quelle: Wikipedia: CC BY:SA 3.0 Namensnennung: AwOiSoAk KaOsIoWa
- 2. Ablauf des Tages 1.Begrüßung, Einstieg, Papierkram 2. Was ist Energie? Für eine praktisches Verständnis von Energie in unserem Alltag Werner Müller (Institut Technik und Bildung) 3. Was ist eigentlich Wärme? 4. …und wie funktioniert Dämmung? Heinfried Becker (energiekonsens) 5. Bauphysik in der eigenen Praxis Fazit und Videoarbeit Dazwischen: Pausen 2
- 3. 3 http://www.nordkurier.de/sites/default/files/styles/artikel_bild_640px/public/dcx/2013/10/23/doc6cdzi4ykn74kk2glee__file6c dur12ka3a2z17xhky.jpg?itok=uHEY96me http://www.karriere.de/media/Job/3/PauseN_420_JeanB.-Fotolia.jpg Kaffee- und Mittagspause wievereinbart, aber flexibel Raucherpausen nach Bedarf Kaffee, Tee und andere Getränke sind kostenlos; https://t1.ftcdn.net/jpg/00/59/76/26/240_F_59762654_9PdPFs0Zx8fOFPQhfXn0H9WSc2shrm9r.jpg Hinweise zur Organisation
- 4. Aufwärmen Und was wissenSie bereits über Energie? Welche Fragen haben Sie? 4 Bild: 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)
- 5. Mensch sein mitEnergie – 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 %20load_brooke.jpg
- 6. Erst gegen Endedes 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
- 7. 7 ”Im Jahre 1859entdeckte 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
- 8. Was ist Energie? Physikalischbetrachtet 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. 8
- 9. Fakt ist: Ohne Energieist nichts. Überhaupt nichts.
- 10. 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 10
- 11. Von der Primärenergiezum Nutzen 11 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 mussPrimärenergie muss aufbereitet werden, um sieaufbereitet werden, um sie z.B. als Strom nutzen zuz.B. als Strom nutzen zu können.können. Endenergie ist die Energie, die man als Verbraucher direkt nutzt. Sie wird durch Umwandlung von Primärenergie bereitgestellt.
- 12. Erscheinungsformen von Energie Manunterscheidet verschiedene Erscheinungsformen von Energie: 12
- 13. Wandlungsverluste Quelle: Wikipedia CC-by-sa-3.0 13 Heutebenötigt 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.
- 14. Die Kilowattstunde Die Einheitmit 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“?
- 15.
- 16. Energiemengen 1 kWh entsprichtca. 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/waerme pumpen-die-heiztechnik-alternative/
- 17. Graue Energie Alle Produkteund 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
- 18. Energie speichern undtransportieren In Form der Energieträger kann Energie auch gespeichert und transportiert werden. 18 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.
- 19. Energie speichern undtransportieren 19 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
- 20. Jetzt wird‘s malphysikalisch 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. 20
- 21. Energieverluste Wandlungsverluste Jede Maschine arbeitetmit 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
- 23. Eine neue Energieversorgung UnsereEnergieversorgung 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.
- 24. Klimawandel… …wie war dasnoch mal? https://www.youtube.com/watch? v=dMDQzXvEBTE 24
- 25. Strategien für denWandel 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
- 26. Gebäude und Gebäudetechniksind 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.
- 27. Effizienz steigern, Verlustesenken Dicke von Baumaterialien bei gleichen Dämmeigenschaften: Quelle: eigene Entwicklung Werner Müller
Hinweis der Redaktion
- #5 Die Nennungen der TN werden mit Karten an einer Pinwand oder digital in einer Mindmap gesammelt. Die Ordnung der Nennungen ergibt eine erste Übersicht.
- #6 Ein Blick auf die historische Entwicklung zeigt, worum genau es bei der Energienutzung geht: Transport, Nahrung, Wärme, Licht und schließlich technische Entwicklung und Kriegführung.
- #7 Energiekrisen sind nicht neu. In der Forstwirtschaft wurde deshalb auch das Prinzip der Nachhaltigkeit entdeckt und praktiziert (nimm nur so viel Holz aus einem Wald, wie auch nachwachsen kann).
- #12 Energieformen und –träger können vielfach umgewandelt werden. Dabei entstehen Wandlungs-“verluste“ (z.B. hier Erwähnung des Energieerhaltungssatz) und bisweilen überraschende „Resultate“ Beispiel: Von der Sonnenenergie zur Pizza zur Hirntätigkeit… Wie viel Energie steckt eigentlich in einer Idee? Unser Gehirn hat eine Leistung von ca. 20W. Strom lässt sich leicht in die in unserem Alltag erforderlichen Energieformen wandeln: Deshalb sprechen manche von der „Edelenergie Strom“ (bei der es dann leider auch das Problem der Speicherung gibt).
- #13 Hauptsächliche Energieformen im Haushalt sind Strom und Wärme - und die chemische Energie unserer Nahrungsmittel. Auf diese wird in der Folge wesentlich Bezug genommen.
- #17 Flüssiges Wasser hat eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität von etwa 4200 J/(kg·K). Man braucht also für die Erhitzung eines Kilogramms um ein Kelvin 4,2 Kilojoule an thermischer Energie. Das bedeutet, dass Wasser im Vergleich mit anderen Flüssigkeiten recht viel Energie aufnehmen kann, ohne dass sich die Temperatur dabei deutlich erhöhen würde. Dadurch wird auch beim Abkühlen ebenso viel Energie wieder frei. Erhitzt man 1 kg Wasser (~ 1 Liter) von 15 °C auf 100 °C, dann benötigt man also 4200 J/(kg·K) · 85 K · 1 kg = 357 kJ. 3,6 MJ sind eine Kilowattstunde (kWh). Um einen Liter Wasser von Leitungstemperatur unter normalem Druck zum Kochen zu bringen, braucht man also etwa 0,1 kWh Energie.
- #18 Anmerkung: Die Prozesskette ist bei den meisten Produkten ziemlich komplex. Zahlenangaben für den Gehalt an grauer Energie eines Produkts sind dementsprechend unsicher, je nach Quelle oder Berechnungsweise verschieden und häufig auch umstritten.
- #24 Einführung