Wechselwirkungen und Auswirkungen von … · 6.1.3 Parameter zur ökologischen und ökonomischen...

TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN

Fakultät für Maschinenwesen

Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Wechselwirkungen und Auswirkungen von

Planungsalternativen auf die Gesamtenergiebilanz und

die CO2-Emissionen von Logistikzentren

Julia Freis

Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen

der Technischen Universität München

zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)

genehmigten Dissertation.

Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart

Prüfer der Dissertation:

1. Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner

2. Prof. Dr.-Ing. Jens Heger

Die Dissertation wurde am 28.06.2017 bei der Technischen Universität München

eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am 22.08.2017 angenom-

men.

Herausgegeben von:

Prof. Dr.-Ing. Johannes Fottner

fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Technische Universität München

Zugleich:

Dissertation. München: Technische Universität München, 2017

Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbe-

sondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der

Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in

Datenverarbeitungsanlagen bleiben – auch bei nur auszugsweiser Verwendung –

vorbehalten.

Layout und Satz: Julia Freis

Copyright © Julia Freis 2017

ISBN: 978-3-941702-85-1

Printed in Germany 2017

I

Vorwort

Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit am Lehrstuhl für Förder-

technik Materialfluss Logistik (fml) der Technischen Universität München und im

Rahmen des Forschungsprojekts „Das CO2-neutrale Logistikzentrum – Entwicklung

von ganzheitlichen Handlungsempfehlungen für energieeffiziente Logistikzentren“.

Dazu habe ich über die Jahre am Lehrstuhl eine Menge Unterstützung erhalten, für

die ich mich hier bedanken möchte.

Zuerst geht mein großer Dank an meinen Doktorvater Herrn Prof. Dr.-Ing. Willibald A.

Günthner für das fortwährende Vertrauen sowie die vielen Möglichkeiten, mich fach-

lich und persönlich an seinem Lehrstuhl fml weiter entwickeln zu können. Zudem bin

ich Herrn Prof. Dr.-Ing. Jens Heger für die Übernahme des Koreferats als auch Herrn

Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart für die Übernahme des Vorsitzes der Prüfungskom-

mission sehr dankbar.

Mein weiterer besonderer Dank gilt meinen Kolleginnen und Kollegen am Lehrstuhl

fml für das angenehme, freundliche und konstruktive Arbeitsumfeld sowie meinen

Freunden, die mir inhaltlich, methodisch und mental stets weitergeholfen haben.

Ebenso gilt mein Dank meinen Studenten, die meine Arbeit am Lehrstuhl in vielfälti-

ger Art und Weise bereichert haben. Darüber hinaus möchte ich mich bei Philipp

Vohlidka vom Lehrstuhl für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen

der Technischen Universität München für die gute Zusammenarbeit im For-

schungsprojekt bedanken. Auch danke ich den beteiligten Industriepartnern für die

Unterstützung meiner Forschungsarbeit.

Mein größter Dank gilt meiner Familie, die mich bedingungslos und geduldig

immer gefördert hat und meine Ideen und Vorstellungen jederzeit unterstützt.

Julia Freis

III

Kurzfassung

Mit dieser Arbeit werden Auswirkungen von Planungsalternativen aus den Bereichen

Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle auf die Gesamtenergiebilanz und auf die

dadurch verursachten CO2-Emissionen von Logistikzentren unterschiedlicher Arten in

der Nutzungsphase untersucht. Dazu erfolgt eine Identifikation der Stellhebel in Logi-

stikzentren zur Steigerung der Energieeffizienz und Senkung der CO2-Emissionen in

der Planungsphase durch systemische Betrachtung energetischer Wirkbeziehungen

im Gesamtsystem.

Abstract

This research work examines impacts of design options for intra-logistics, building

technology, and building skin on total energy demand and the caused CO2 emissions

by energy use of different types of logistics centers during their use phase. To that

interrelations and synergy effects in both building and intra-logistics are assessed

with a systemic approach to identify suitable levers to lower energy demand and re-

lated CO2 emissions of logistics centers.

V

Inhaltsverzeichnis

Vorwort I

Kurzfassung III

Abstract III

Inhaltsverzeichnis V

Abkürzungsverzeichnis IX

Formelzeichenverzeichnis XIII

1 Einleitung 1

1.1 Hintergrund und Ausgangssituation 1

1.2 Problemstellung und Forschungsfragen 5

1.3 Zielsetzung und Arbeitshypothesen 10

1.4 Forschungsvorgehen und Aufbau der Arbeit 12

2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren 17

2.1 Umfeldanalyse zur Identifikation von Einflussfaktoren auf den Energiebedarf 18

2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen 25

2.2.1 Untersuchung der Struktur und wiederkehrender Grundelemente von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren 30

2.2.2 Analyse der Energieverbrauchsstrukturen von Logistikzentren 38

2.3 Vorgehen der Logistik- und Gebäudeplanung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren 39

2.3.1 Ablauf der Logistikplanung 41

2.3.2 Ablauf der Gebäudeplanung 44

2.4 Wissen und Methoden zur Erhöhung und Bewertung von Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung 48

2.4.1 Maßnahmen zur Senkung des Energiebedarfs und Reduzierung der CO2-Emissionen 49

2.4.2 Ansätze und Verfahren zur Ermittlung und Bewertung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen 51

2.5 Defizite und Fazit zum Stand der Technik 59

Inhaltsverzeichnis

VI

3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren 63

3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis 64

3.1.1 Untersuchungsvorgehen und Stichprobenbeschreibung 64

3.1.2 Ergebnisse zum Umsetzungsstand energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikanlagen und -gebäude 66

3.1.3 Ergebnisse zur Motivation und den treibenden Faktoren einer Umsetzung 69

3.1.4 Ergebnisse zu den Hemmnissen und Herausforderungen einer Umsetzung 74

3.1.5 Ableitung des Handlungsbedarfs 79

3.2 Untersuchung zum Forschungsstand 80

3.2.1 Ganzheitliche Ansätze zur Energieermittlung und Erkenntnisse über energetische Wechselwirkungen und Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren 82

3.2.2 Spezifische Ansätze und Erkenntnisse zur Energieermittlung und Energieeffizienzsteigerung in der Intralogistik 87

3.2.3 Spezifische Ansätze und Erkenntnisse zur Energieermittlung und Effizienzsteigerung des Logistikgebäudes 89

3.2.4 Ableitung des Forschungsbedarfs 89

4 Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen zur systemischen Betrachtung von Planungsalternativen 91

5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren 97

5.1 Grundlagen zum Untersuchungsgegenstand Energie in einem System 97

5.1.1 Energieketten und deren Energie- und Emissionskennwerte 98

5.1.2 Energiebilanzen von Systemen 103

5.2 Systemanalyse Logistikzentrum 104

5.2.1 Systemgrenzen 105

5.2.2 Systemelemente und Attribute 106

5.2.3 Systemstruktur 108

5.3 Modellaufbau integriertes Modell 109

5.4 Modellbewertung 113

6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen 117

6.1 Spezifikation von Randbedingungen und Parametern der Grundmodelle 117

Inhaltsverzeichnis

VII

6.1.1 Randbedingungen und Definition der unterschiedlichen Gebäudearten und Temperaturniveaus 117

6.1.2 Parameter der Grundelemente zur Modellierung und Energiebilanzierung der Gebäudearten 120

6.1.3 Parameter zur ökologischen und ökonomischen Bewertung von Planungsalternativen 124

6.2 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G1: manuelles Logistikzentrum 126

6.3 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum 133

6.4 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G3: vollautomatisches Logistikzentrum 142

7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren 151

7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik 151

7.1.1 Fördern 152

7.1.2 Lagern 163

7.1.3 Kommissionieren / Sortieren 171

7.1.4 Handhaben 175

7.1.5 Verpacken 178

7.1.6 Materialflusslayout 179

7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle 183

7.2.1 Dämmung 183

7.2.2 Fassadenfenster 189

7.2.3 Dachfenster 196

7.2.4 Verladetore 203

7.2.5 Kubatur 208

7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik 210

7.3.1 Beleuchtung 210

7.3.2 Lüftung 213

7.3.3 Heizsystem 215

7.3.4 Kühlsystem 225

7.3.5 Nutzung regenerativer Energie 228

8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren 235

8.1 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G1: manuelles Logistikzentrum 236

Inhaltsverzeichnis

VIII

8.2 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G2: halbautomatisches Logistikzentrum 246

8.3 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G3: vollautomatisches Logistikzentrum 255

9 Entwicklung einer Wissensbasis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren 265

9.1 Leitlinie für eine integrierte Logistik- und Gebäudeplanung 267

9.2 Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen 269

10 Bewertung der Forschungsergebnisse 271

10.1 Überprüfung der Arbeitshypothesen 273

10.2 Diskussion der Forschungsergebnisse 279

10.3 Ausblick 283

11 Zusammenfassung 285

Literaturverzeichnis 291

Abbildungsverzeichnis 319

Tabellenverzeichnis 335

Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen A-1

IX

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung Bedeutung

A/V Oberfläche-zu-Volumen

aHRL automatisches Hochregallager

AKL automatisches Kleinteilelager

BHKW Blockheizkraftwerk

BMUB Bundesministeriums für Umwelt Naturschutz Bau und Reaktorsicher-heit

BREEAM Building Research Establishment Environmental Assessment Method-ology

DGNB Deutsche Gesellschaft für nachhaltiges Bauen

DS Doppelspiel

EDL-G Gesetz über Energiedienstleistungen und andere Energieeffizienz-maßnahmen

EED Energy Efficiency Directive (dt. Energieeffizienz-Richtlinie)

EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz

EEWärmeG Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz

EK Europäische Kommission

EMAS Eco-Management and Audit Scheme

eneff. energieeffizient(e)

EnEG Energieeinsparungsgesetz

EnEV Energieeinsparverordnung

EnMS Energiemanagementsystem

EPBD Energy Performance of Buildings Directive (dt. Richtlinie über die Ge-samtenergieeffizienz von Gebäuden)

EPD Environmental Product Declarations

EU Europäische Union

EVPG Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz

FBH Fußbodenheizung

FFZ Flurförderzeuge

FM Facility Management

FU Frequenzumrichter

G1 Grundmodell G1: manuelles Logistikzentrum


X

G2 Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum

G3 Grundmodell G3: vollautomatisches Logistikzentrum

GF Grundfläche

GHD Gewerbe-, Handel- und Dienstleistung

GLT Großladungsträger

GM Grundmodell

H2BZ Wasserstoff-Brennstoffzelle

HF Hochfrequenz

HO Honorarordnung für Architekten und Ingenieure

HRL Hochregallager

HUB Hauptumschlagsbasis

KLT Kleinladungsträger

KMU kleine und mittlere Unternehmen

KWK Kraft-Wärme-Kopplung

KWKK Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

LCA Life Cycle Assessment

LCE Life Cycle Engineering

LED lichtemittierende Diode

LEED Leadership in Energy and Environmental Design

LiFePO4 Lithium-Eisenphosphat

LPH Leistungsphasen

NAPE Nationalen Aktionsplan Energieeffizienz

NEEAP Nationale Energieeffizienzaktionsplan

NGF Netto-Grundfläche

NZEB Nearly Zero‐Energy Buildings (dt. Niedrigstenergiegebäude)

PV Photovoltaik

PzS Blei-Säure-Batterie

PzW Person-zur-Ware

QM Qualitätsmanagement

RBG Regalbediengerät

RLT Raumlufttechnik

RWA Rauch-Wärme-Abzugsanlage

TGA technische Gebäudeausrüstung

THG Treibhausgase

VRF variable refrigerant flow


XI

WA Warenausgang

WE Wareneingang

WP Wärmepumpe

WzP Ware-zur-Person

XIII

Formelzeichenverzeichnis

Zeichen Einheit Bedeutung

𝐶𝑤𝑖𝑟𝑘 [kJ/kgK] Wärmespeicherfähigkeit

𝐸 [J] [kWh] [kg] Energie

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑘 [kg], [kWh] Energiebedarf je Grundelement k des Bereichs Intralo-gistik

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹𝐹𝑍,𝑖 [kWh] Energiebedarf FFZ für einen Typ i

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘 [kWh] Energiebedarf GLT- oder KLT-Förderer für eine Art k

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑖 [kWh] Energiebedarf von m verschiedenen Zyklusausprägun-gen und deren Häufigkeiten von GLT- oder KLT-Förderer für eine Art k

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑖 [kWh] Energiebedarf für einen Zyklus i von GLT- oder KLT-Förderer für eine Art k

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘 [J] [kWh] Energiebedarf der Grundelemente k der Klasse Hand-haben

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘 [J] [kWh] Energiebedarf der Grundelemente k zur Ladungssiche-rung und Verpackung der Klasse Verpacken

�̅�𝐿𝑜𝑔,𝑅𝐵𝐺,𝑘,𝑖 [J] [kWh] mittlerer Energiebedarf je RBG k pro Jahr

�̅�𝐸𝑆,𝐸 [J] [kWh] mittlere Energie pro Einzelspiel (Einlagern) Jahr je RBG k

�̅�𝐸𝑆,𝐴 [J] [kWh] mittlere Energie pro Einzelspiel (Auslagern) je RBG k

�̅�𝐷𝑆 [J] [kWh] mittlere Energie pro Doppelspiel je RBG k

𝐸𝑀 [lx] Wartungswert der Beleuchtungsstärke

𝐸𝑀𝐶𝑂2 [kg CO2] Emissionsmenge CO2

𝐸𝑀𝐶𝑂2𝑒 [kg CO2e] Emissionsmenge CO2e

𝐸𝑉 [kg], [kWh] Energieverbrauch

𝐹𝐶𝑂2 [kg CO2 / EiEV]

Umrechnungsfaktor

𝐹𝐶𝑂2𝑒 [kg CO2e /it EV]

Umrechnungsfaktor

𝐹𝑡 - Teilbetriebsfaktor der Gebäudebetriebszeit für Beleuch-tung

𝑔‐𝑊𝑒𝑟𝑡 - Gesamtenergiedurchlassgrad von transparenten Bautei-len


XIV

𝑘𝐴 - Minderungsfaktor Bereich Sehaufgabe

𝑘𝐴𝐿 - Raumindex für Kunstlicht

𝐾𝑉 [kg] Kältemittelverlust

𝑛𝐹𝐹𝑍,𝑖 - Anzahl der FFZ des Typs i im System

𝑛𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑎,𝑖 - Häufigkeiten von m verschiedenen Zyklusausprägun-gen von GLT- oder KLT-Förderer für eine Art k mit a für die Anzahl der Zyklusabschnitte

𝑛𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘,𝑎 - Anzahl verpackter Einheiten im Jahr je Grundelemente k zur Ladungssicherung und Verpackung

𝜂𝐴𝑙𝑡 [%] Anteil Altanlagen Ökostrom

𝜂𝐵𝑒𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 [%] Anteil Bestandsanlagen Ökostrom

𝜂𝐵𝐴_𝐿𝑎𝑑𝑢𝑛𝑔,𝑖 [%] Wirkungsgrad der Batterieladung in Abhängigkeit des Ladegerätes für FFZ Typ i bei m FFZ Typen

𝜂𝑔𝑒𝑠,𝐿𝑜𝑔,𝑘 [%] Gesamtwirkungsgrad des Grundelements 𝑘 der Intralo-gistik

𝑃 𝐹𝐹𝑍,𝑖 [W] mittlere Leistungsaufnahme pro Stunde zur Durchfüh-rung eines Referenzspiels

𝑃𝐺𝐿 [W] Grundlastleistung je RBG k

𝑃𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘,𝑖 [W] zustandsbasierte elektrische Leistungsaufnahme im Zustand i für eine Zustandsdauer von Grundelement k der Klasse Handhaben

𝑃𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘 [W] Leistungsaufnahme pro verpackter Einheit der Grundelemente k zur Ladungssicherung und Verpak-kung

𝑃𝐺𝐿,𝑉𝑃𝑀,𝑘 [W] Grundlastleistung je Grundelemente k zur Ladungssi-cherung und Verpackung

𝑞50 - hüllflächenbezogene Luftdurchlässigkeit

�̇�𝑎𝑏 - austretenden Energiemengen

�̇�𝑠𝑝 - Veränderung von in der Anlage gespeicherter Energie (thermisch, mechanisch oder chemisch)

�̇�𝑧𝑢 - eintretenden Energiemengen

𝑄𝐴𝐿𝑜𝑔 - arbeitsfähige Energie Intralogistikanlagen nach Um-wandlung eingesetzte Gesamtenergie

𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 - eingesetzte Gesamtenergie zum Betrieb der Anlagen Intralogistikanlagen

𝑄𝑁𝐿𝑜𝑔 - Nutzenergie Intralogistikanlagen nach Umwandlung eingesetzte Gesamtenergie

𝑄𝑉𝐿𝑜𝑔 - Verluste Intralogistikanlagen nach Umwandlung einge-setzte Gesamtenergie


XV

𝑄𝐸𝐺𝑇𝐴 - eingesetzte Gesamtenergie zum Betrieb der Anlagen der Gebäudetechnik

𝑄𝑁𝐺𝑇𝐴 - Nutzenergie Gebäudetechnikanlagen nach Umwand-lung eingesetzte Gesamtenergie

𝑄𝑉𝐺𝑇𝐴 - Verluste Gebäudetechnikanlagen nach Umwandlung eingesetzte Gesamtenergie

𝑄𝐴𝐺𝑇𝐴 - arbeitsfähige Energie Gebäudetechnikanlagen nach Umwandlung eingesetzte Gesamtenergie

𝑄𝐸𝐿𝑍 - eingesetzte Gesamtenergie im Logistikzentrum

𝑡𝐹𝐹𝑍,𝑎,𝑖 [s] Betriebsstunden im Jahr

𝑡𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑗 [s] Dauer eines Zyklusabschnitts i von GLT- oder KLT-Förderer für eine Art k

𝑡𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘,𝑖 [s] Zustandsdauer für Zustand i von Grundelement k der Klasse Handhaben

𝑡�̅�𝑆 [s] mittlere Spielzeit eines Einzelspiels je RBG k

𝑡�̅�𝑆 [s] mittlere Spielzeit eines Doppelspiels je RBG k

𝑇𝐸𝑆,𝐸 [s] Einzelspielbetrieb (Einlagern) im Jahr je RBG k

𝑇𝐸𝑆,𝐴 [s] Einzelspielbetrieb (Auslagern) im Jahr je RBG k

𝑇𝐷𝑆 [s] Doppelspielbetrieb im Jahr je RBG k

𝑇𝐵𝑅 [s] Brachzeit pro Jahr je RBG k

𝑇𝐵𝑅,𝑉𝑃𝑀,𝑘 [s] Brachzeit pro Jahr je Grundelemente k zur Ladungssi-cherung und Verpackung

T-D65 - Lichttransmissionsgrad

𝑈 - innere Energie eines Systems

𝑈‐𝑊𝑒𝑟𝑡 [W/m²K] Wärmedurchgangskoeffizient von Bauteilen

𝑢𝑖 - beeinflussende Wirkungen durch die Randbedingungen der Umwelt

𝑣𝑖 - Verhaltenswirkungen der Grundelemente aufgrund von Parametern

𝑤𝑖 - Wirkungen zwischen den Grundelementen aufgrund von Parametern

1

1 Einleitung

Unser Wohlstand und unser Wirtschaftswachstum werden durch globale und lokale

Warenketten gesichert. Die dafür notwendigen und steigenden Transportaktivitäten

sowie Lager-, Umschlags- und Handhabungsprozesse an Logistikstandorten sind

dabei für einen bedeutenden Anteil am Ausstoß von Treibhausgasen verantwortlich.

Die Logistikwirtschaft hat damit immer größer werdende Auswirkungen auf unsere

Umwelt und trägt maßgeblich zum weltweiten Klimawandel bei. [Cla-2011, S. 8]

1.1 Hintergrund und Ausgangssituation

Um dem Klimawandel ganzheitlich zu begegnen, haben beim Weltklimagipfel 2015 in

Paris 195 Staaten ein neues Abkommen gegen die Erderwärmung beschlossen [o.

V.-2015] und damit die Zwei-Grad-Obergrenze völkerrechtlich verankert. Mit diesem

Abkommen verpflichten sich erstmals nahezu alle Länder, die Erderwärmung im Ver-

gleich zum vorindustriellen Zeitalter auf unter zwei Grad Celsius zu begrenzen und in

der zweiten Hälfte des Jahrhunderts treibhausgasneutral zu wirtschaften. Dieser Ver-

trag stellt ein Nachfolgeabkommen zum Kyoto-Protokoll dar und sieht vor, dass im

Jahr 2020 die Staaten ihre nationalen Klima-Ziele für den Zeitraum 2025 bis 2030

vorlegen [o. V.-2015a].

Die Europäische Union (EU) hat sich mit 27 Staaten bereits mit dem Kyoto-Protokoll

dazu bekannt, in der zweiten Verpflichtungsperiode (2013 bis 2020), die sieben wich-

tigsten Treibhausgase1 (THG) um 20 % gegenüber dem Basisjahr 1990 zu reduzie-

ren [UBA-2014]. Darüber hinaus haben sich die EU-Mitgliedstaaten im 2020-Rahmen

des Klima- und Energiepakets [EK-2015] auch verpflichtet, die Energieeffizienz um

20 % im Vergleich zu einer Entwicklung ohne weitere Effizienzanstrengungen zu

steigern und die Nutzung von regenerativen Energien auf 20 % des gesamten En-

denergieverbrauchs zu steigern. Diese sogenannten „20-20-20-Zielen“ werden durch

eigenständige Legislativ-Instrumente umgesetzt, insbesondere durch die Emissions-

handels-Richtlinie, Erneuerbaren-Richtlinie und Energieeffizienzrichtlinie. Im Oktober

2014 haben sich die Mitgliedstaaten auf einen neuen EU-Klima- und Energierahmen

bis 2030 verständigt. Hauptelemente des 2030-Rahmens [COM(2014)15,

COM(2014)520] sind verbindliche EU-interne Ziele (wieder gegenüber dem Basisjahr

1990) zur Minderung von Treibhausgasemissionen von mindestens 40 % und zur

Erreichung eines Anteils erneuerbarer Energien am Endenergieverbrauch von min- 1 Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O), Halogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW), Fluorkohlen-

wasserstoff (FKW), Schwefelhexafluorid (SF6) und Stickstofftrifluorid (NF3)

1 Einleitung

2

destens 27 %. Das Energieeinsparziel soll in 2020 hinsichtlich der Zielsetzung von

30 % noch einmal begutachtet werden. Denn aktuell geht die Europäische Kommis-

sion (EK) auf Grundlage der Untersuchungen der Maßnahmen der Mitgliedsstaaten

und zusätzlicher Prognosen in [COM(2014)520] davon aus, dass die EU lediglich

18 %-19 % Energieeinsparungen im Jahr 2020 erzielt und damit das 20 %-Ziel mit

1 %-2 % verfehlen wird. Sollten jedoch die Mitgliedsstaaten alle bestehenden Ge-

setzgebungen zur Energieeffizienz umsetzen, könnte das 20 %-Ziel in 2020 laut der

EK ohne weitere Maßnahmen erreicht werden [EK-2016]. Diese Umsetzung der be-

stehenden EU-Gesetzgebungen in nationales Recht ging bei den Mitgliedstaaten

bisher aber schleppend voran. So hatten lediglich fünf Mitgliedsstaaten die vollstän-

dige Umsetzung der Energieeffizienz-Richtlinie (engl. Energy Efficiency Directive

(EED)) der EU rechtzeitig mitgeteilt. Alle weiteren Mitgliedsstaaten waren im Verzug

diese von dem Europäischen Parlament und dem Rat initiierte und am 4. Dezember

2012 in Kraft getretene Richtlinie 2012/27/EU [EU-2012] zur Energieeffizienz in na-

tionales Recht bis zum 05. Juni 2014 umzusetzen.

Die Bundesrepublik Deutschland hatte fristgerecht die EK über aktuelle Rahmenbe-

dingungen und Erfolge der Energieeffizienzpolitik in Deutschland informiert, indem

der geforderte Nationale Energieeffizienzaktionsplan 2014 (NEEAP) [BMWi-2014] im

Juni übermittelt wurde [BMWi-2016]. Weiterhin hat die Bundesregierung Ende 2014

den Nationalen Aktionsplan Energieeffizienz (NAPE) [BMWi-2014a] beschlossen und

damit eine zusätzliche umfassende Strategie vorgestellt, um die europäischen, aber

auch die mit der Energiewende verbundenen nationalen Energieeffizienz-Ziele zu

erreichen [BMWi-2016a]. Ohne diese zusätzlichen politischen Maßnahmen würde

das angestrebte Energieeffizienz-Ziel von 20 % in 2020 in Deutschland mit Primär-

energieeinsparungen von prognostizierten 10 % bis 13 % klar verfehlt werden [Rin-

2016]. Diese Maßnahmen des NAPE, wie die Energieauditpflicht für große Unter-

nehmen, fokussieren vor allem die Industrie sowie den Gewerbe-, Handel- und

Dienstleistungssektor (GHD). Denn schon früher [ifeu-2011, S. 73ff.] wie auch aktuell

[Rin-2016, Tho-2016, S. 17] wird diesen Bereichen ein erheblicher Nachholbedarf bei

der Erschließung wirtschaftlicher Energieeinsparpotenziale zugeschrieben. Anfang

2016 hatte die Bundesregierung somit bereits zwei Drittel der im NAPE enthaltenen

Maßnahmen und Vorhaben auf den Weg gebracht. Noch ist jedoch nicht abzusehen,

ob die erwarteten Energieeinsparungen voll realisiert werden können [DENEFF-

2016].

Weitere politische Maßnahmen betreffen insbesondere den Gebäudesektor. Dieser

ist in der EU und in Deutschland für 36 % der CO2-Emissionen und 40 % des Ener-

gieverbrauchs verantwortlich [EK-2016a, BMWi-2014b]. Davon entfallen 35 % des

Gesamtgebäude-Energieverbrauchs auf den Betrieb von Nichtwohngebäuden [BDI-

2013] für Beleuchtung, Raumwärme, Warmwasser und Klimakälte. Aktuell expandiert

1.1 Hintergrund und Ausgangssituation

3

der Gebäudesektor und damit auch sein Energiebedarf [EU-2015], sodass energieef-

fizienten Gebäuden eine wichtige Rolle beim Erreichen der Energiewendeziele sowie

der Klima- und Energieziele der EU zukommt [Bür-2016, S. 52]. Dementsprechend

schreibt die schon im Mai 2010 verabschiedete Richtlinie 2010/31/EU [EU-2010]

über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (engl. Energy Performance of Buil-

dings Directive (EPBD)) ab 2021 alle Neubauten als Niedrigstenergiegebäude (engl.

Nearly Zero‐Energy Buildings (NZEB)) vor. Die Umsetzung dieser EU-

Gebäuderichtlinie und eines Effizienzstandards für Neubauten erfolgt in Deutschland

nach der aktuell geltenden Fassung der Energieeinsparverordnung (EnEV) [BMUB-

2016], wofür das Energieeinsparungsgesetz (EnEG) die gesetzliche Ermächtigungs-

grundlage bildet. Um für Neubauten den Niedrigstenergiegebäudestandard für priva-

te Gebäude ab 2021 in Deutschland einzuführen, wird die EnEV nach der letzten

Novellierung in 2014 mit verschärften Anforderungen ab 2016 auch in 2016 weiter

entwickelt [BMWi-2016b]. Zusätzlich sehen in Deutschland die Beschlüsse zur Ener-

giewende vom Juni 2011 einen klimaneutralen Gebäudebestand bis 2050 vor.

Damit stehen auch Logistikzentren in der Pflicht, eine hohe Gesamtenergieeffizienz

aufzuweisen und einen CO2-armen Betrieb zu gewährleisten. Der dann verbleibende

geringe Energiebedarf muss zu einem wesentlichen Teil durch Energie aus erneuer-

baren Quellen gedeckt werden.

Diese Anforderungen gilt es, mit zukünftigen Logistikgebäuden hinsichtlich des Ge-

bäudeenergiebedarfs zu erfüllen. Hier besteht ein großes Energieeinsparpotenzial

durch Logistikgebäude, denn diese bilden nach der Anzahl an neu gebauten Gebäu-

den [Off-2016, S. 41f.] mit über 160.000 Baufertigstellungen zwischen 1993-2012 die

größte Gruppe im Bereich der Nichtwohngebäude. Weiterhin beanspruchen diese

Baufertigstellungen von Handels- und Logistikgebäuden mit ca. 200.000.000 m2 die

meiste Nutzfläche im Nichtwohngebäudebereich, noch vor Fabriken und Werkstät-

tengebäuden mit ca. 120.000.000 m2. Damit müssen auch Logistikgebäude betrach-

tet und energetisch optimiert werden, um die nationalen Energieeffizienzziele zu er-

reichen. Jedoch muss beachtet werden, dass ein Niedrigstenergie-Logistikzentrum

ohne Berücksichtigung der spezifischen Nutzung und der dafür im Gebäude instal-

lierten und verwendeten Lager- und Fördertechnik nicht realisiert werden kann. So

bestehen zum einen energetische Wechselwirkungen zwischen der Intralogistik, der

Gebäudetechnik und der -hülle, die berücksichtigt werden müssen. Zum anderen

benötigt auch die Intralogistik Energie für den Betrieb, was den Gesamtenergiebedarf

von Logistikgebäuden wiederum ansteigen lässt. Somit müssen nicht nur das Logi-

stikgebäude, sondern auch die darin befindlichen Intralogistikanlagen als zusätzliche

Energieverbraucher in Zukunft noch energieeffizienter betrieben werden, um die be-

stehenden wirtschaftlichen Energieeinsparpotenziale in Industrie und GHD zu heben

und damit auch die von der Logistikbranche verursachten CO2-Emissionen zu sen-

1 Einleitung

4

ken. Auf der Suche nach den richtigen Stellhebeln zur Reduzierung des Energiebe-

darf und der damit verbundenen CO2-Emissionen sollten Logistikzentren daher

ganzheitlich und über alle Phasen ihres Lebenszyklus von der Planung, über die

Herstellung der gewählten Baumaterialien und Anlagen, der Errichtung und Nutzung

bis hin zur Phase nach der Nutzung mit Rückbau und Entsorgung betrachtet werden.

Abbildung 1-1 zeigt in der Mitte die Aufteilung dieser Lebenszyklusphasen für Ge-

bäude über ihre Lebensdauer zur Untersuchung von Umweltauswirkungen von Bau-

werken [DIN 15643-2, DIN 15643-5].

Abbildung 1-1: CO2-Emissionen von Logistikzentren, aufgeteilt in nutzungsbedingte und nicht-

nutzungsbedingte CO2-Emissionen über die Phasen im Lebenszyklus von Logistik-zentren mit dazugehörigen Energie-Einsparpotenzialen, in Anlehnung an [UNEP-2008, DIN 15643-5 , Hof-2015]

Über den Lebenszyklusphasen sind in Abbildung 1-1 die durch Aktivitäten und ein-

hergehende Material- und Energieströme verursachten CO2-Emissionen in der jewei-

ligen Phase des Lebenszyklus von Logistikzentren schematisch dargestellt. Zu un-

terscheiden ist zwischen den nicht-nutzungsbedingten CO2-Emissionen, die durch

Strom

Energiebedarf(und verbundene

Emissionen)

Wärme

Rückbau, Transport,RecyclingEntsorgung

Abfall

Betrieb Gebäude

HeizungProzesskälteBeleuchtungLüftungDämmungVerladetoreetc.

Betrieb Intralogistik

LagertechnikFördertechnikSteuerungstechnikIdentifikations- und Kommunikationstechniketc.

nutzungsbedingte CO2-Emissionen[Logistikzentrum]

Gas

nicht-nutzungsbedingte CO2-Emissionen[Umwelt]

RohstoffbeschaffungTransport / LagerungHerstellung

Kraftstoff

Umfang der Festlegungen für Energiebedarf und CO2-Emissionen in den Lebenszyklusphasen von Logistikzentren

hoch

wenig

niedrig

viel

Energie-Einsparpotential in den Lebenszyklusphasen von Logistikzentren

PlanungHerstel-

lungErrich-tung

Nutzungnach

Nutzung

Phasen im Lebenszyklus von Logistikzentren

Herstellung Gebäudetechnik / -hülle


Herstellung Intralogistik

Errichtung Gebäude

TransportErrichtungEinbau

Errichtung Logistik


(vor- / nachgelagerte) AktivitätenEnergiefluss CO2-Emissionen

1.2 Problemstellung und Forschungsfragen

5

Herstellung, Errichtung und Rückbau von dem Gebäude und der Intralogistik entste-

hen, sowie den nutzungsbedingten CO2-Emissionen, die durch den Energiebedarf für

den Betrieb der Anlagen in der eigentlichen Nutzung des Logistikzentrums samt des-

sen Instandsetzung und Wartung anfallen. In dieser Lebenszyklusphase der Nutzung

fallen die meisten CO2-Emissionen für den Betrieb in der Lebensdauer an. Denn Un-

tersuchungen zu den Lebenszyklusemissionen und Umweltauswirkungen der In-

tralogistik [Schi-2013] als auch des Gebäudes [Rai-2011] haben gezeigt, dass in der

Nutzungsphase der größte Anteil an CO2-Emissionen im Lebenszyklus verursacht

wird, wenn keine Energieeffizienzmaßnahmen ergriffen werden. Auch Dobers et. al

[Dob-2014] haben in eigenen Untersuchungen herausgefunden, dass mit CO2-

Eimissionen mehr als 70 % der THG Emissionen im Lebenszyklus von Logistikzen-

tren durch Stromverbrauch und Wärmeerzeugung in der Nutzungsphase entstehen.

Das höchste Energieeinsparpotenzial und somit das größte Potenzial zur Reduzie-

rung der CO2-Emissionen von Logistikzentren liegt folglich in der Nutzungsphase.

Die größten Stellhebel, diese Energieeinsparpotenziale in der Nutzung des Logistik-

zentrums zu nutzen, liegen wiederum in der Planungsphase. Wie in Abbildung 1-1 im

unteren Teil dargestellt, sind die Energieeinsparpotenziale in der Planung sehr hoch,

weil der Umfang der Festlegungen, die den zukünftigen Energiebedarf in der Nut-

zung von Gebäuden determinieren, gering ist [Hof-2015]. Ist das Logistikzentrum ge-

plant und errichtet, können nur operative Maßnahmen, die die Logistikprozesse aber

nicht die festgelegte Infrastruktur samt installierter Lager-, Fördertechnik und Gebäu-

detechnik betreffen, einfach und kostengünstig umgesetzt werden. Energie und

Energieeffizienz müssen somit als Kriterien schon in der Planung aufgenommen

werden, um eine höchstmögliche Gesamtenergieeffizienz und einen CO2-neutralen

Betrieb von Logistikzentren zu erreichen. Dafür dürfen nicht nur einzelne Bereiche

oder Anlagen separat vom Gesamtsystem betrachtet werden. Denn sowohl die In-

tralogistik, mit ihrer Förder- und Lagertechnik, als auch die Gebäudetechnik, wie Hei-

zung oder Beleuchtung, sowie die gesamte Gebäudehülle, mit ihren Verladetoren

und Fenstern, haben Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf und stehen zueinander

in Wechselwirkung.


Mit steigenden politischen und gesellschaftlichen Anforderungen hinsichtlich Klima

und Energie stehen Logistikplaner, Planer für technische Gebäudeausrüstung (TGA),

Architekten, Bauherren und Investoren zunehmend in der Pflicht, Energieeffizienz-

maßnahmen und Konzepte zur Nutzung regenerativer Energie für Logistikzentren zu

erarbeiten und umzusetzen. Für eine höchstmögliche Energieeffizienz ist es dafür in

der Planung unabdingbar, einen integrierten Ansatz in der Logistik- und Gebäude-

planung zu verfolgen, welcher die Intralogistik mit der Konstruktionsweise des Ge-

1 Einleitung

6

bäudes samt der installierten Gebäudetechnik umfasst. Nur so können Synergieef-

fekte genutzt und die Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Dies erfordert eine

starke Zusammenarbeit zwischen den jeweiligen Fachdisziplinen. Im Zuge üblicher

Ausschreibungen werden die Gewerke jedoch meist unabhängig voneinander aus-

geschrieben und vergeben. Deswegen erschließen sich die Wechselwirkungen in-

nerhalb und zwischen den genannten Bereichen dem jeweiligen Fachplaner nicht

sofort, sondern erfordern eine gezielte Untersuchung. Bisher bestehen aber wenige

Erkenntnisse über die Wechselwirkungen in Logistikzentren und die Stellhebel, wel-

che für den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen im Gesamtsystemsystem

verantwortlich sind.

Dies liegt zum einen darin begründet, dass in der Logistikbranche die CO2-

Emissionen des Transportsektors, getrieben durch ein steigendes Transportvolumen

in Folge eines wachsenden eCommerce, im Fokus von Effizienzmaßnahmen stehen.

Logistikzentren als Knoten- und Verteilpunkte innerhalb der Lieferkette werden bei

den bisherigen Optimierungsbestrebungen oft vernachlässigt, wie Dhooma und Ba-

ker [Dho-2012], Marchet et al. [Mar-2014] und Fichtinger et al. [Fic-2015] in Ihren

Forschungsarbeiten bestätigen. Im einzelnen standen im Mittelpunkt der langjährigen

Aktivitäten die Effizienzsteigerung der Transporte, durch neue Ansätzen zur Ver-

kehrsträgerverlagerung, Prinzipien der Verkehrsvermeidung oder Untersuchung und

Anwendung von alternativen Antrieben für Transportfahrzeuge [Tho-2015]. Auch As-

pekte der Zahlungsbereitschaft in der Gesellschaft zur Reduzierung der Umweltaus-

wirkungen von Straßentransporten [Ler-2014] und für eine grüne Warendistribution

[Schn-2014] wurden in diesem Rahmen bereits untersucht. Neben der Transportop-

timierung wird in der Logistik weiterhin primär an Methoden und Ansätzen zur Evalu-

ierung der Performance von grünen Liefer- und Versorgungskettenketten [Sta-2015]

oder zur Bewertung von grünen Wertschöpfungskette-Strategien [Haz-2011] ge-

forscht. Logistikzentren und darin ablaufende Lageraktivitäten haben bisher bei den

Bestrebungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen in den globalen Warenketten

wenig Beachtung in Praxis und Forschung bekommen, obwohl sie Energie verbrau-

chen, CO2-Emissionen verursachen und mit ihrem großen und wachsenden Flä-

chenbedarf zur Bodenversiegelung beitragen.

Zum anderen liegt der Fokus der Aktivitäten im Gebäudesektor auf der energeti-

schen Bewertung und Optimierung von Wohn- und Bürogebäuden. Industriebauten

und insbesondere Logistikzentren sind bisher kaum hinsichtlich der Stellhebel zur

Senkung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen ganzheitlich untersucht wor-

den. Diesen Aspekt benennen auch Rai et al. [Rai-2011] in ihrer Forschungsarbeit, in

welcher sie das Verhältnis von direkten und nutzungsbedingten CO2-Emisisonen,

verursacht durch alternative Baustoffe für die Gebäudehülle im Betrieb eines Leicht-

bau-Distributionslager, zu den indirekt und nicht-nutzungsbedingt verursachten CO2-


7

Emissionen durch Herstellung und Transport dieser alternativen Baustoffe untersuch-

ten. Neben dieser Bewertung von unterschiedlichen Bau- und Dämmstoffen für die

Gebäudehülle sind nur zwei weitere Arbeiten zur energetischen Bewertung von Logi-

stikgebäuden bekannt. In einer davon untersuchten Cook und Sproul [Coo-2011] zu

der Gebäudehülle auch die Auswirkungen von Planungsalternativen für Fenster und

Beleuchtung auf den Energiebedarf eines Handelslagergebäudes. Auch hier wird

lediglich der Energiebedarf des Logistikgebäudes, ohne den Einfluss der im Gebäu-

de verwendeten Betriebsmittel der Intralogistik dargestellt. In der anderen Arbeit un-

tersuchten Pudleiner und Colton [Pud-2015] die Auswirkungen von unterschiedlichen

Parametern zur Steuerung der Gebäudetechnik und der Konstruktionsweise eines

Lagers für Impfstoffe auf den Gebäudeenergiebedarf. Ziel war die Analyse der

Wechselwirkungen der Gebäudehülle mit der Gebäudetechnik für unterschiedliche

Standorte in Entwicklungsländern, um die Notwendigkeit einer integralen Gebäude-

planung für Architektur und Gebäudetechnik aufzuzeigen. Auch hier werden die

Wechselwirkungen mit der Intralogistik für unterschiedliche Arten von Logistikzentren

nicht evaluiert und in Verbindung mit der Logistikplanung gebracht.

So bestehen zwar Erkenntnisse und Forschungsergebnisse zu möglichen Energie-

einsparungen und CO2-Reduzierungen für die Bereiche Logistik und Gebäude. Diese

fokussieren aber nur einzelne Teilaspekte und Bereiche ohne Betrachtung der Stell-

hebel im Gesamtsystem, welche für den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen

in Logistikzentren verantwortlich sind.

Folglich mangelt es an Erkenntnissen über die energetischen Wechselwirkungen

zwischen der eingesetzten Materialflusstechnik, der Gebäudetechnik und der -hülle

sowie an Erkenntnissen über die Auswirkungen von Planungsalternativen für diese

Bereiche auf den Gesamtenergiebedarf von unterschiedlichen Arten von Logistikzen-

tren.

Wie in Abbildung 1-2 in der Mitte für die Lebenszyklusphasen dargestellt, fehlen die-

se Erkenntnisse in der Planungsphase von Logistikzentren. Mit diesem Wissen könn-

ten Planer, Bauherren und Investoren im Entscheidungsprozess bei der Auswahl und

Festlegung der Systemstrukturen und Anlagen unter energetischen Aspekten unter-

stützt werden. Dazu muss, wie in Abbildung 1-2 unten dargestellt, der Betrachtungs-

fokus zur ganzheitlichen Planung über alle Disziplinen hinweg erweitert werden, um

eine hohe Gesamtenergieeffizienz zu erzielen und einen CO2-neutralen Betrieb in

der Nutzung zu gewährleisten. So greifen bisherige Ansätze zu kurz und betrachten

in der Regel lediglich die Potenziale in der Nutzung durch Optimierung von Einzelan-

lagen oder -prozessen. Zur Generierung der notwendigen Erkenntnisse für die Pla-

nung müssen die in Abbildung 1-2 aufgezeigten Fragestellungen untersucht werden.

1 Einleitung

8

Abbildung 1-2: Problemstellung und Forschungsfragen zur Reduzierung des Energiebedarfs und

der CO2-Emissionen von Logistikzentren in der Planungsphase, in Anlehnung an [UNEP-2008, DIN 15643-5, Hof-2015, Rei-2011]

Zunächst müssen dafür in der Planung bei der Alternativenauswahl und Varianten-

generierung für unterschiedliche Arten von Logistikzentren die ökologischen und

ökonomischen Vorteile von Planungsalternativen für die Gebäudetechnik und -hülle,

als auch für die zu betreibende Förder- und Lagertechnik bekannt sein. Daraus ergibt

sich folgende Forschungsfrage, die es mit dieser Arbeit zu beantworten gilt:

F1: Wie groß ist der ökologische und ökonomische Vorteil einzelner Planungs-

alternativen bei Betrachtung des Energiebedarfs in der Nutzungsphase un-

ter Berücksichtigung unterschiedlicher Anforderungen und Rahmenbedin-

gungen?

Strom


Emissionen)

Regenerative

Energien?

Wärme


Abfall

Betrieb Gebäude

Heizung Arbeitsplätze Prozesskälte LagervolumenBeleuchtungLüftungDämmungVerladetoreetc.




Gas

Auswirkungen von

Planungsalternativen?

Auswirkungen von



Ökologische und

ökonomische Vorteil von



Kraftstoff

PlanungHerstel-

lungErrich-tung

Nutzungnach

Nutzung





Errichtung Gebäude


Errichtung Logistik


Ökologische und



Fragen in der Planung mit Einfluss auf Energiebedarf im Betrieb als Forschungsfragen




hoch

wenig

niedrig

viel

In der Planung fehlt es an Erkenntnissen über die energetischen Wechselwirkungen zwischen der eingesetzten

Materialflusstechnik, der Gebäudetechnik und der -hülle und an Erkenntnissen über die Auswirkungen von

Planungsalternativen für diese Bereiche auf den Gesamtenergiebedarf in der Nutzung!

Wirkbeziehungen

und Zusammenhänge ?

Betrachtungsfokus bestehender Ansätze:- Identifikation und Reduzierung des Energieverbrauchs und der Energieverschwendung- Optimierung von Einzelprozessen und Einzelanlagen

Notwendiger Betrachtungsfokus zur ganzheitlichen Energieeffizienzsteigerung:- Identifikation der Stellhebel zur Reduzierung des Energiebedarfs- Optimierung des Gesamtsystem unter Beachtung energetischer Wechselwirkungen und Auswirkungen - Ganzheitliche Planung über alle Disziplinen


9

Zur Bewertung der ökologischen und ökonomischen Vorteile der unterschiedlichen

Planungsalternativen müssen die Auswirkung und die Höhe des Einflusses auf den

Gesamtenergiebedarf und das damit verbundene Potenzial an CO2- und Energieko-

steneinsparungen bekannt sein. Dafür muss zusätzlich folgende Forschungsfrage

untersucht werden:

F2: Welche Auswirkungen haben unterschiedliche Planungsalternativen aus

den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle auf den Gesam-

tenergiebedarf von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren?

Hier ist die Betrachtung aller am energetischen Gesamtbedarf beteiligten Anlagen

und Komponenten notwendig, um eine Optimierung bezüglich höchster Energieeffi-

zienz und minimaler CO2-Emissionen mit Nutzung regenerativer Energien zu erzie-

len. Um die daraus resultierenden Synergieeffekte in unterschiedlichen Gesamtsy-

stemen zu kennen, muss weiterhin folgende Frage bearbeitet werden:

F3: Welche Zusammenhänge und energetische Wechselwirkungen bestehen

im Gesamtsystem Logistikzentrum zwischen und innerhalb den Bereichen

Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle?

Aus der beschriebenen Problemstellung und dem dargestellten Forschungsbedarf

leitet sich die forschungsleitende Fragestellung für diese Dissertation ab:

Wo liegen die Stellhebel zur Reduzierung des Energiebedarfs und der CO2-

Emissionen bei der Optimierung des Gesamtenergiebedarfs von unterschiedlichen

Arten von Logistikzentren in der Planungsphase?

Um diese Forschungsfragen zu beantworten und die notwendigen Erkenntnisse für

eine integrierte Gebäude- und Logistikplanung zu generieren, mangelt es darüber

hinaus an geeigneten Methoden und Ansätzen zur Untersuchung und Bewertung des

Energiebedarfs und der resultierenden CO2-Emissioinen von Logistikzentren, die das

Logistikzentrum als ein Gesamtsystem unter Einbezug der Intralogistik und der ge-

forderten Logistikleistung in Verbindung mit der Gebäudetechnik als auch der Kon-

struktionsweise betrachten. So existieren für die energetische Bewertung von Wohn-

gebäuden Energieausweise, wie das EU-Recht es vorschreibt [EU-2010], aber keine

Standards und Mindestanforderungen für die energetische Bewertung von Gewerbe-

und Logistikimmobilen [Fle-2016]. Hierin liegt weiterer Forschungsbedarf, sodass vor

der Untersuchung der forschungsleitenden Fragestellung und der damit verbundenen

Forschungsfragen zunächst folgende Fragestellung bearbeitet werden muss:

F4: Wie können die Stellhebel in Logistikzentren zur Reduzierung des Energie-

bedarfs und der CO2-Emissionen in der Planungsphase ermittelt und unter-

sucht werden?

1 Einleitung

10

1.3 Zielsetzung und Arbeitshypothesen

Um die zukünftigen Anforderungen an energieeffiziente und CO2-neutrale Logistik-

zentren zu erreichen, bedarf es einer integrierten Gebäude- und Logistikplanung, an

der alle Fachdisziplinen beteiligt sind. Hierfür mangelt es bisher an Untersuchungen

und entsprechenden Erkenntnissen über energetische Wirkbeziehungen im Gesamt-

system Logistikzentrum. Weiterhin mangelt es an Erkenntnissen über die Auswirkun-

gen von einzelnen Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistik-

zentren zur ganzheitlichen Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung der im

Betrieb verursachten CO2-Emissionen. So ergibt sich entsprechend der formulierten

Problemstellung und der Fragestellungen die konkrete Zielsetzung für die vorliegen-

de Arbeit:

Das Hauptziel stellt die Untersuchung und Beschreibung energetischer Wechselwir-

kungen zwischen den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle sowie die

Bestimmung der Auswirkungen von Planungsalternativen aus diesen Bereichen auf

die Gesamtenergiebilanz von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren dar.

Das angestrebte Ergebnis bildet eine zu erarbeitende Wissensbasis für eine inte-

grierte Logistik- und Gebäudeplanung, bestehend aus den identifizierten Stellhebeln

zur Optimierung des Energiebedarfs und Reduzierung der CO2-Emissionen für un-

terschiedliche Arten von Logistikzentren. Die Wissensbasis soll Entscheidungshilfen

und Vergleichsmöglichkeiten für die Grob- und Vorplanung bei der Variantenauswahl

für unterschiedliche Arten von Logistikzentren geben, um die Gesamtenergieeffizienz

von Planungsvarianten schnell und einfach zu bewerten. Mit der Entwicklung der

Wissensbasis wird das Ziel verfolgt, die mit der Untersuchung gewonnen For-

schungserkenntnisse nutzerspezifisch für die Anwendung zur Entscheidungsfindung

in der Planungspraxis zu transformieren. Damit soll die von Carter [Car-2008] kriti-

sierte Lücke zwischen der Forschung und der Praxis geschlossen werden. Denn mit

der zu entwickelnden Wissensbasis sollen Planer dazu befähigt werden, energieeffi-

ziente und CO2-neutrale Logistikzentren zu konzipieren und damit die Auswirkungen

von Logistikzentren auf die Umwelt zu minimieren. So stellen auch Davarzani und

Norrman [Dav-2015] in ihren Empfehlungen für eine zukünftige Forschungsagenda

für die Lagerhaltung die Wichtigkeit von unterstützenden Aspekten für die Lagerwirt-

schaft und den Betrieb von Logistikzentren heraus. Darüber hinaus hat eine Markter-

hebung zu Energie-Audits [IPA-2016] ergeben, dass in der Praxis sehr viel Zeit für

die Datenerhebung verwendet wird, welche bei der Identifikation von geeigneten

Maßnahmen zur Effizienzsteigerung fehlt. Diese Datenerhebung in der Planung neu-

er Logistikzentren soll mit der Wissensbasis und den darin enthaltenen Leitlinien und

Entscheidungshilfen zur Konzeption und Auswahl von Planungsalternativen verein-

facht und bestenfalls verkürzt werden.

1.3 Zielsetzung und Arbeitshypothesen

11

Zur Erreichung der Zielsetzung ist es notwendig, zunächst die Forschungsfrage F4

zu beantworten, wie die Stellhebel identifiziert und bewertet werden können. Somit

liegt das erste Unterziel in der Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung

der Gesamtenergiebilanz von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren. In diesem

Zusammenhang sollen die externen und internen Einflussfaktoren auf den Energie-

bedarf von Logistikzentren bestimmt werden und ein Wirkungsgefüge zur Darstellung

der energetischen Zusammenhänge innerhalb und zwischen den Bereichen Intralo-

gistik, Gebäudetechnik und -hülle erarbeitet werden. Das erstellte integrierte Modell

soll anschließend auch von Planern bei der Erstellung von Energiebilanzen für eige-

ne Untersuchungen genutzt werden können. Um den Einfluss der Wechselwirkungen

und die Höhe der Auswirkungen von Planungsalternativen auf den Gesamtenergie-

bedarf mit dem erarbeiteten integrierten Modell zu quantifizieren, liegen weitere Un-

terziele in der Untersuchung sowie in der ökologischen und ökonomischen Bewer-

tung dieser Auswirkungen und Zusammenhänge. Dazu soll die Struktur des Energie-

verbrauchs von Logistikzentren analysiert und die Höhe des Einflusses auf den Ge-

samtenergiebedarf von unterschiedlichen Planungsalternativen aus den Bereichen

Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle aufzeigt werden.

Für die Beantwortung der Forschungsfragen und Bearbeitung der formulierten Ziel-

stellung werden folgende untersuchungsleitende Arbeitshypothesen aufgestellt, die

es zu verifizieren oder falsifizieren gilt:

H1: Die Intralogistik hat einen größeren Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf

eines Logistikzentrums als das Gebäude.

Im KfW Research Beitrag zur Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe schreibt

Brüggemann [Brü-2015], dass im Sektor GHD das Gebäude mit 47 % Anteil am

Energieverbrauch für Raumwärme der größte Energieverbraucher ist (gefolgt von

mechanischer Energie mit 16 % und der Beleuchtung mit 15 %). Weil Logistikzentren

nicht immer beheizt oder gering beheizt werden, wird daher die Hypothese aufge-

stellt, dass nicht das Gebäude, sondern die Intralogistik für mechanische Energie

den größten Anteil am Gesamtenergiebedarf aufzeigt und damit die größten Poten-

ziale zur Reduzierung des Energiebedarfs in der Planungsphase bietet.

H2: Der Anteil des Energiebedarfs der Intralogistik steigt mit dem Automatisie-

rungsgrad der Förder- und Lagertechnik, während der Anteil des Energie-

bedarfs des Gebäudes und somit dessen Einfluss auf den Gesamtenergie-

bedarf sinkt.

Brüggemann [Brü-2015] folgend, kann für Deutschland bis 2030 ein wirtschaftlich

realisierbares Energieeinsparpotenzial in Höhe von 409 PJ berechnet werden. Die

größten Einsparungen davon werden dem GHD-Sektor durch die energetische Ge-

1 Einleitung

12

bäudesanierung im Bestand und dem Neubau hocheffizienter Gebäude zugeschrie-

ben. Für Logistikzentren wird jedoch mit der ersten Arbeitshypothese aufgestellt,

dass der Einfluss und das Einsparpotenzial des Gebäudes eines Logistikzentrums

gering sind und weiterhin, mit einem steigenden Automatisierungsgrad der Intralogi-

stik sogar abnehmen. So soll mit der zweiten Arbeitshypothese für Logistikzentren

belegt werden, dass zunächst die Intralogistik als größter Stellhebel energetisch zu

optimieren ist, um definierte Energieeffizienz- und CO2-Reduzierungsziele ganzheit-

lich für neu gebaute Logistikzentren zu erreichen.

H3: Energieeffiziente Planungsalternativen amortisieren sich durch niedrigere

Betriebskosten aufgrund von Energiekosteneinsparung innerhalb deren Le-

bensphase.

Im Rahmen zahlreicher Demonstrationsprojekte wurde die technische Machbarkeit

klimaneutraler Sanierungen und Neubauten hinreichend belegt [Bür-2016 S. ]. Die

Wirtschaftlichkeit solcher Projekte wurde bisher wenig untersucht, insbesondere in

der Intralogistik fehlen Langzeiterkenntnisse über den tatsächlichen Energieeinspa-

reffekt und damit verbundenen CO2-Emissionen und Kosten. Damit wird für die Be-

wertung der ökonomischen und ökologischen Vorteile von Planungsalternativen die

dritte untersuchungsleitende Arbeitshypothese aufgestellt, dass sich energieeffiziente

Planungsalternativen für die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle im

späteren Betrieb von Logistikzentren wirtschaftlich lohnen.

H4: Es ist möglich, CO2-neutrale Logistikzentren in der Nutzungsphase zu kon-

zipieren.

Die vierte Arbeitshypothese für diese Arbeit behauptet, dass mit dem Einsatz von

energieeffizienten Planungsalternativen für alle Bereiche eines Logistikzentrums, in

der Planungsphase Logistikzentren konzipiert werden können, die einen

CO2-neutralen Betrieb in der Nutzungsphase ermöglichen.

1.4 Forschungsvorgehen und Aufbau der Arbeit

Der wissenschaftlich-theoretische Ansatz dieser Arbeit ist theoriebildend. Es wird

eine empirisch-qualitative Explorationsstrategie [Bor-2006, S. 354ff.] für die For-

schungsarbeit gewählt. Das Forschungsvorgehen wird dazu in vier aufeinander auf-

bauende Arbeitsphasen, bestehend aus der Initialphase, Modellierungsphase, Unter-

suchungsphase und der Entwicklungsphase, gegliedert. In Abbildung 1-3 ist der Auf-

bau der Arbeit mit den zu den Arbeitsphasen zugehörigen Kapitel dargestellt.

Nach der Einleitung mit Formulierung der Forschungsfragen und der Zielstellung in

Kapitel 1 folgt die Initialphase. Die Initialphase dient der Klärung des Forschungsbe-


13

darfs. In dieser Arbeitsphase erfolgen eine Analyse des Stands der Technik und die

Evaluierung des Handlungs- und Forschungsbedarfs. Daraus resultierend wird die

Forschungslücke konkretisiert und die Untersuchungsmethodik für die folgenden Ar-

beitsphasen festgelegt. In der Analyse zum Stand der Technik in Kapitel 2 wird zu-

nächst eine Umfeldanalyse zur Erarbeitung der externen und internen Anforderungen

und Einflussgrößen an Logistikzentren hinsichtlich Energieeffizienz und CO2-

Neutralität durchgeführt. Anschließend werden in Kapitel 2 die Arten von Logistikzen-

tren und deren Energieverbrauchsstrukturen untersucht. Dazu werden weiterhin

Felduntersuchungen zur Beschreibung der Struktur von unterschiedlichen Arten von

Logistikzentren durchgeführt, um wiederkehrende Grundelemente von Logistikzen-

tren zu identifizieren und die Rahmenbedingungen zur Klassifikation von Systempa-

rametern dieser Grundelemente für die folgende Modellierungsphase zu ermitteln.

Weiterhin wird literaturbasiert das aktuelle Planungsvorgehen in der Logistik- und

Gebäudeplanung untersucht. Anschließend werden bestehende Energieeffizienz-

maßnahmen als Planungsalternativen sowie etablierte Ansätze und Verfahren zur

Bewertung und Ermittlung des Energiebedarfs von Logistikzentren analysiert und

dargestellt.

Abbildung 1-3: Forschungsvorgehen und Aufbau der Arbeit

In einem abschließenden Fazit zum Stand der Technik werden bestehende Defizite

in der Planung energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren identifiziert. Die

Evaluierung des Handlungs- und Forschungsbedarfs und Bestätigung der For-

Kapitel 1

Initialphase

Modellierungsphase

Untersuchungsphase

Entwicklungsphase

Einleitung

Kapitel 10 Bewertung der Forschungsergebnisse

Kapitel 2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren

Kapitel 3Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren

Kapitel 5Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren

Kapitel 7Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren

Kapitel 9Entwicklung einer Wissensbasis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren

Kapitel 11 Zusammenfassung

Kapitel 4Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen zur systemischen Betrachtung von Planungsalternativen

Kapitel 6Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen

Kapitel 8Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren

1 Einleitung

14

schungslücke erfolgt in Kapitel 3. Dazu wird zunächst der Umsetzungsstand und

Handlungsbedarf in der Praxis mittels einer Unternehmensbefragung untersucht.

Denn trotz existierender technologischer und innovativer Lösungen bestehen in der

Praxis Implementierungsbarrieren von energieeffizienten Konzepten und Technolo-

gien [Gha-2014, S. 118]. Anschließend wird in einer Literaturanalyse der Stand der

Forschung in der Wissenschaft zum Thema dargestellt und auf Forschungsdefizite

hinsichtlich des Handlungsbedarfs in der Praxis analysiert. Abschließend wird auf

Grundlage der Erkenntnisse der Initialphase die Aufgabenstellung für das For-

schungsvorgehen konkretisiert und die Untersuchungsmethodik für die weiteren Ar-

beitsphasen festgelegt. Es wird erarbeitet, wie das notwendige Wissen über die

Wechselwirkungen und Auswirkungen einzelner Planungsalternativen auf die Ge-

samtenergiebilanz von Logistikzentren generiert werden kann und wie diese Er-

kenntnisse über die Stellhebel in Logistikzentren zur Steigerung der Gesamtenergie-

effizienz und Reduzierung der CO2-Emissionen in eine Wissensbasis für eine inte-

grierte Gebäude- und Logistikplanung transferiert werden können.

In der Modellierungsphase erfolgt zunächst die Entwicklung eines integrierten Mo-

dells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von unterschiedlichen Arten von Logi-

stikzentren in Kapitel 5. In Kapitel 6 werden dann Referenzgebäudemodelle für die

anschließenden Untersuchungen mit Hilfe der Systemwissenschaften erarbeitet und

deren Energiebilanzen mit dem entwickelten integrierten Modell zur Energieermitt-

lung erstellt. In der Untersuchungsphase werden das aus der Modellierungsphase

erlangte Verständnis und die damit erstellten Modelle für die Untersuchungen der

energetischen Wechselwirkungen und Auswirkungen von Planungsalternativen für

die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle auf die Gesamtenergiebilanz

mit Hilfe von Parameterstudien in Kapitel 7 genutzt. Zur Evaluierung der gewonne-

nen Erkenntnisse werden die erarbeiteten Ergebnisse in Kapitel 8 angewendet, in-

dem alle einzeln untersuchten Planungsalternativen in Summe zu einem optimierten

Gesamtsystem kombiniert und die Wechselwirkungen dieser Kombinationen auf den

Gesamtenergiebedarf untersucht werden. Schließlich dient die Entwicklungsphase

der Erstellung der Wissensbasis für eine integrierte Gebäude- und Logistikplanung

zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren in Kapitel 9. Ab-

schließend erfolgt in der Bewertung der Ergebnisse in Kapitel 10 die Überprüfung der

aufgestellten Arbeitshypothesen. Dieser Falsifikation oder Verifikation wird eine Dis-

kussion der gesamten erzielten Forschungsergebnisse hinsichtlich derer Implikatio-

nen und Limitationen angeschlossen, um darauf aufbauend weiteren Forschungsbe-

darf in einem Ausblick aufzuzeigen. Kapitel 11 gibt eine Zusammenfassung über die

gesamte Arbeit.

Teile dieser Arbeit bauen auf dem von der Autorin mitbearbeiteten Forschungsprojekt

398ZN „Das CO2-neutrale Logistikzentrum - Entwicklung von ganzheitlichen Hand-


15

lungsempfehlungen für energieeffiziente Logistikzentren“ [Gün-2014] und dessen

erzielten Ergebnissen auf. Dieses Forschungsprojekt wurde gemeinsam mit dem

Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik der TUM bearbeitet, sodass im Folgenden

nicht explizit auf die Veröffentlichung des Forschungsberichtes verwiesen wird.

Sämtliche, nur die Gebäudetechnik und -hülle betreffenden Parameter, Energiebe-

rechnungen und Analysen sind dem Forschungsbericht direkt entnommen. Diese

gemeinsam generierten Ergebnisse fließen in Kapitel 6, Kapitel 7 und Kapitel 8 ein.

Weitere Erstveröffentlichungen als Teile der vorliegenden Arbeit bilden die Ergebnis-

se der durchgeführten Studie zum Thema „Energieeffiziente und CO2-neutrale Logi-

stikanlagen und -gebäude – Umsetzungsstand und Handlungsbedarf“ [Gün-2015],

die in Kapitel 3.1 einfließen; die Ergebnisse der Erstveröffentlichung im Logistics

Journal [Fre-2016], die in Kapitel 5 einfließen und die Ergebnisse der Veröffentli-

chung im Journal Sustainability [Fre-2016a], die in Kapitel 6, Kapitel 7 und Kapitel 8

eingehen.

17

2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren

Die Logistikbranche gehört auf Grund ihres Umsatzvolumens und der Wachstums-

dynamik zu Europas wichtigstem Wirtschaftszweig. Deutschland stand auch 2014 im

europaweiten Vergleich, gemessen am Marktvolumen von knapp 24 % Anteil an al-

len Umsätzen in Höhe von 940 Mrd. Euro, wieder an erster Stelle. Dieser Erfolg liegt

insbesondere in der optimalen geografischen Lage Deutschlands in Europa für die

Errichtung von Logistikzentren als Knoten- und Verteilpunkte und in dem gut ausge-

bauten Netzwerk aller Verkehrsträger zur Verbindung der Logistikzentren begründet.

[bul-2015, S. 9]

Die Leistungsfähigkeit dieser Netzwerke hängt maßgeblich von der Transportzeit

und -kapazität als auch vom Durchsatz und der logistischen Leistung der Logistik-

zentren als stationäre Anlagen innerhalb der Lieferketten ab. Zur Erfüllung der gefor-

derten Leistungsfähigkeit von Logistikzentren im Netzwerk gehört auch ein effizienter

Umgang mit Ressourcen, wie ein effizienter Einsatz von Energie. Inwieweit beste-

hende Anforderungen und zukünftige Einflüsse im Kontext von Energieeffizienz und

CO2-Neutralität bei der Konzeption und Planung von neuen Logistikzentren schon

heute zu Anpassungen führen, wird in Kapitel 2.1 bis Kapitel 2.4 untersucht. Dazu

wird zunächst eine Umfeldanalyse in Kapitel 2.1 zur Identifikation von externen und

internen Anforderungen sowie Einflüssen an und auf Logistikzentren hinsichtlich

Energie und CO2-Emissionen durchgeführt. In Kapitel 2.2 werden der Aufbau und die

funktionalen Bereiche von Logistikzentren sowie die unterschiedlichen Arten und

Ausprägungen auf Grund der gegebenen Einflüsse dargestellt. Danach wird die ak-

tuelle Planungspraxis in Kapitel 2.3 beschrieben und auf Defizite im Vorgehen be-

züglich einer Berücksichtigung der ermittelten Einflüsse und Anforderungen aus Sicht

der Logistik- und Gebäudeplanung untersucht. In Kapitel 2.4 werden bestehende

Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung der CO2-

Emissionen aufgezeigt, die im Rahmen der Planung von Logistikzentren Anwendung

finden. Abschließend werden etablierte Methoden sowie festgelegte Richtlinien in der

Planungspraxis zur Bewertung und Ermittlung des Energiebedarfs und der CO2-

Emissionen von Logistikzentren in Kapitel 2.4 aufgeführt. In einem Fazit in Kapi-

tel 2.5 werden die Ergebnisse der Analyse des Stands der Technik zur Energieeffizi-

enz und CO2-Neutralität von Logistikzentren zusammengefasst und die Defizite der

aktuellen Planungspraxis evaluiert.


18

2.1 Umfeldanalyse zur Identifikation von Einflussfaktoren auf den Energiebedarf

Megatrends und daraus resultierende Einflüsse auf die Logistikbranche führen zu

sich schnell ändernden Anforderungen an die gesamten Logistikprozesse und damit

auch an die Art und Struktur von Logistikzentren. Dies führt zum Anpassungsdruck in

der Logistik- und Immobilienbranche hinsichtlich der Planung und Ausführung von

neuen Logistikzentren. Zu den Megatrends gehören nach der Studie „Logistik und

Immobilien 2015“ der bulwiengesa AG [bul-2015, S. 23] die Globalisierung und Loka-

lisierung, die Urbanisierung, der demografische Wandel, die Digitalisierung von Kon-

sum, Produktion und Distribution sowie die politische De- und Regulierung. Einen

weiteren Megatrend stellt die Nachhaltigkeit dar, die ebenfalls einen großen Einfluss

auf die Logistik hat [Pfl-2016, o. V.-2016a].

Im Zuge der Globalisierung und Lokalisierung nimmt in Deutschland der Bedarf an

zusätzlicher Logistikfläche zu. Im globalen Netzwerk von Produktion und Konsum

müssen die Standorte mit ihren Logistikzentren als Knoten- und Verteilpunkte von

Gütern in der Lage sein, die gestiegenen Anforderungen zu erfüllen [bul-2015, S. 26].

Mit dem E-Commerce-Wachstum wurden in den vergangenen Jahren große bis sehr

große Logistikzentren mit einer Fläche von teilweise über 100.000 m2 errichtet [bul-

2015, S. 58]. So wächst quantitativ der Bedarf an zentral gelegenen großen und mitt-

leren Logistikstandorten, gleichzeitig nimmt mit der Lokalisierung und Urbanisierung

der Bedarf an kleinen und mittelgroßen Logistikflächen an dezentralen Standorten

ebenfalls zu [bul-2015, S. 26]. Denn kleinteilige und dezentrale Netze bringen für die

konzentrierte Bevölkerung in Ballungsräumen mehr Vorteile [bul-2015, S. 58]. Mit

diesen Megatrends wird durch Neubauprojekte immer mehr Fläche für die Logistik

erschlossen. Eine Studie des Fraunhofer SCS über den Markt für Logistikimmobilien

schätzt den gesamten Logistikimmobilienbestand in Deutschland auf 330 Mio. m2

(+/- 10 %) [Neh-2011], davon sind etwa 200 Mio. m2 Nutzfläche fertiggestellter Neu-

bauten zwischen 1993 und 2012 [Off-2016, S. 42]. Das entspricht im Durchschnitt ca.

3 ha zusätzlicher Flächenerschließung am Tag in diesen 19 Jahren zwischen 1993

und 2012 für die Logistik und damit einer zunehmenden Bodenversiegelung und

Nutzung der Ressource unbebaute Landschaft, welche für Tiere und Pflanzen einen

Lebensraum und Erholungslandschaft für Menschen darstellt [Bun-2002, S. 99f]. Ins-

gesamt wird in Deutschland der Flächenvorrat jedoch immer geringer. Die Flächen-

versiegelungsstrategie der Bundesregierung sieht daher vor, die Bodenversiegelung

von aktuell ca. 100 ha am Tag in Summe auf maximal 30 ha am Tag im Jahr 2020 zu

reduzieren [Bun-2002, S. 99f, Mau-2013, S. 23]. Damit wird die Verfügbarkeit an Lo-

gistikflächen limitiert, obwohl der Bedarf steigt. Immer öfter wird der Flächenbedarf

der deutschen Logistikimmobilienwirtschaft schon heute durch neu ausgewiesene

Gewerbegebietsflächen nicht mehr gedeckt [bul-2015, S. 35]. Damit wachsen die


19

Anforderungen an die Planung von Logistikzentren hinsichtlich des Aufbaus und des

Layouts, denn es muss zukünftig mehr Gewerbefläche revitalisiert werden [bul-2015,

S. 35]. Die klassische Planung auf grüner Wiese (Greenfield) ohne große Restriktio-

nen wird seltener. Daher müssen die Warenflüsse mit dem Logistikgebäude zuneh-

mend an die Gegebenheiten der Fläche an einem Standort, der früher für industrielle

Zwecke genutzt wurde (Brownfield), angepasst werden. Dies hat zur Folge, dass die

Warenflüsse und die Konstruktion und Kubatur des Gebäudes nicht immer energe-

tisch optimal ausgelegt werden kann und längere Wege und gestiegene Warenbe-

wegungen entstehen werden, welche mehr Energie benötigen.

Mit der Digitalisierung der Produktion müssen Fabriken und auch Logistikzentren fle-

xibel und multifunktional für die Industrie 4.0 ausgerichtet sein. Damit steigen die An-

forderungen an Logistikstandorte, indem sie ein leistungsfähiges Daten- und Ener-

gienetz anbieten müssen, schreibt die bulwiengesa AG [bul-2015, S. 34]. Der bul-

wiengesa AG folgend ist mit der Digitalisierung des Konsums eine höhere Flexibilität

von Logistikprozessen gefordert, um die Durchlaufzeiten innerhalb der Lieferkette zu

reduzieren. So bestehen immer mehr Online-Kunden auf einer immer schnelleren

Belieferung. Die Kunden erwarten, dass die bestellte Ware spätestens am nächsten

Tag ausgeliefert wird. Der Trend geht von einer „same day“ Belieferung bis hin zur

Lieferung innerhalb von wenigen Stunden nach der Bestellung [Nic-2016]. Damit ste-

hen vor allem Logistikdienstleister und der Handel vor der Herausforderung, ein gro-

ßes Sortiment in zentralen, großen Distributionszentren vorrätig zu halten und dieses

lokal über kleine Verteilzentren schnell dem Kunden zuzustellen [bul-2015, S. 34f].

Mit einem wachsenden und schnell wechselnden Sortiment müssen die Lager- und

Kommissionierflächen von Logistikzentren daher flexibel nutzbar sein. So nimmt

auch eine weitere Anforderung an zukünftige Logistikzentren zu: die Multifunktionali-

tät. Bedingt durch veränderte Verbraucherbedürfnisse muss eine zunehmende Bün-

delung von Vertriebskanälen in Omni-Channel Logistikzentren erfolgen, um damit

mehrere Absatzkanäle aus einem Logistikzentrum bedienen zu können [DHL-2015].

Dabei ist die Koordination und Integration aller Absatzkanäle komplex und erfordert

erhebliche Investitionen [DHL-2015], u. a. an die Infrastruktur der Datennetze aber

auch der Energieversorgung der Informations- und Kommunikationstechnologien.

Neben den Marktanforderungen der Kunden und damit verbundenen Anforderungen,

sich vom Wettbewerb durch immer schnellere Lieferzeiten abzusetzen, sieht sich die

Logistikbranche weiterhin mit einer geringen Akzeptanz in der Gesellschaft konfron-

tiert [BVL-2010]. Obwohl der E-Commerce-Handel zunimmt, steigt der Widerstand in

der Öffentlichkeit von Kommunen und Städten hinsichtlich der Ansiedelung neuer

Logistikzentren aufgrund von Verkehrslärm und großflächigen, hohen, unansehnli-

chen Bauten in der Landschaft [Jör-2015]. Einer ökologisch nachhaltigen und ästhe-

tischen Bauweise von Logistikzentren kommt damit eine steigende Bedeutung, als


20

wichtiger Einflussfaktor auf die Planung und Realisierung, zu. Um die Akzeptanz in

der Öffentlichkeit für neue Logistikflächen wieder zu erhöhen aber auch einem ge-

stiegenen Umweltbewusstsein in der Gesellschaft gerecht zu werden, müssen zu-

künftige Logistikzentren nachhaltig und optisch ansprechend gestaltet sein. So neh-

men die Themen Umweltmanagement und Nachhaltigkeit in der Logistikbranche ra-

sant an Bedeutung zu und haben sich unter dem Schlagwort „Green Logistics“ oder

„Grüne Logistik“ bereits etabliert. Dabei gilt auch, keine Grüne Logistik ohne nachhal-

tige Logistikzentren. Ein wesentlicher Treiber für sämtliche Nachhaltigkeitsmaßnah-

men in Unternehmen sind dabei oft die eigenen Kunden. Dies bestätigen die von

PwC im Jahr 2013 befragten 102 Führungskräfte im Rahmen einer Studie zur Nach-

haltigkeit in der Transport- und Logistikbranche, indem sie Kundenanforderungen als

stärksten Treiber angeben [PwC-2013]. Der Druck auf die Branche wird seitens der

Kunden künftig zunehmen, denn Unternehmen achten aus Gründen der Reputation

zunehmend auf effiziente und klimafreundliche Lieferketten inklusive der Logistikzen-

tren, die maßgeblich am CO2-Ausstoß beteiligt sind [WEF-2009]. Als weiteren inter-

nen Einfluss lassen sich schließlich Überlegungen zum eigenen Unternehmensimage

und der unternehmerischen Verantwortung anführen. Vor dem Hintergrund einer ge-

stiegenen öffentlichen Wahrnehmung zwischen Energieverbrauch und dessen Um-

weltwirkungen können mit energiesparenden und CO2-neutralen Produkten und

Dienstleistungen und damit auch mit energieeffizienten und nachhaltigen Logistikan-

lagen und -gebäuden positive Marketing- und Wettbewerbseffekte erzeugt werden.

So geben unter dem Schlagwort „Grüne Logistik“ 57 % der von dem Logistikdienst-

leister DHL befragten Unternehmen an, dass sie in den kommenden Jahren einen

grünen Logistikanbieter einem kostengünstigen Anbieter vorziehen würden [DVZ-

2012].

Einen weiteren großen Einfluss auf das nachhaltige Agieren in der Logistik und die

Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen in Logistikzentren hat der gestiegene

Kostendruck in der Branche. So ergeben sich als interne Anforderung an Logistik-

zentren geringe Energiekosten für den Betrieb der Anlagen. Denn insbesondere der

Strompreis ist in den vergangenen Jahren in Deutschland bedingt durch einen immer

höheren Anteil staatlicher Abgaben und Umlagen verbunden mit der Energiewende

deutlich gestiegen [BMWi-2013]. In einer von Siemens durchgeführten Kundenbefra-

gung zur Energiewende machen die Energiekosten bei den befragten 252 Unter-

nehmen auf der Stromverbraucherseite rund 17 % der gesamten Umsatzkosten aus

[Sie-2013].

Mit den Energiekosten und zunehmenden Anforderung zur Energieeinsparung be-

kommt eine ergonomische Gestaltung von Arbeitsplätzen in Logistikzentren als wei-

tere interne Anforderungen aufgrund des demografischen Wandels als externer Ein-

flussfaktor eine größer werdende Bedeutung [o. V.-2016a]. Dies hat Auswirkungen


21

auf die Intralogistikprozesse und Gestaltung von Logistikzentren. Schlussendlich hat

dies auch Auswirkungen auf den Energiebedarf des Gesamtsystems, denn der zu-

sätzliche Einsatz von technischen Hilfsmitteln zur Entlastung der Mitarbeiter (Mecha-

nisierung), z. B. bei der Handhabung von schweren Gütern, führt zu steigendem

Strombedarf. Neben den Einflüssen, die sich aus dem demografischen Wandel er-

geben, stellt die Anspruchsgruppe der Mitarbeiter als Nutzer der Logistikzentren wei-

tere Anforderungen an den Gesundheitsschutz und an das thermische (Raumtempe-

ratur), akustische (Schallschutz) und visuelle (Beleuchtung und Sichtbezug nach Au-

ßen) Behaglichkeit am Arbeitsplatz [Bau-2016]. Diese Aspekte der Nachhaltigkeit

von Gebäuden müssen in der Planung mit den Anforderungen hinsichtlich Energieef-

fizienz und CO2-Neutrlität in Einklang gebracht werden.

Die am weitesten reichenden Einflüsse auf neue Logistikzentren hinsichtlich Energie

und CO2-Neutralität haben politische Regulierungsmaßnahmen. Die Entwicklung der

Energie- und Klimapolitik der EU und der Bundesregierung stellen Weissenber-

ger-Eibl et al. [Wei-2013, S. 18] zufolge für Unternehmen immer wieder neue Heraus-

forderungen dar. Energie- und klimarelevante Vorgaben müssen zunehmend in den

betrieblichen Abläufen und insbesondere in der Planung neuer Anlagen und Gebäu-

de berücksichtigt werden. Aktuell bestehen unterschiedliche Gesetze und Richtlinien

bzw. Verordnungen, die Einfluss auf die Gebäudeplanung von Logistikzentren und

partiell Einfluss auf die Logistikplanung haben. Diese sind im Folgenden nach Offer-

mann et al. [Off-2016 S. 60ff] aufgeführt und um weitere für Logistikzentren relevante

Aspekte ergänzt.

Aktionsprogramm Klimaschutz 2020

Die Bundesregierung hat ein ambitioniertes Aktionsprogramm Klimaschutz 2020 am

03.12.2014 verabschiedet. Es betrifft die Sektoren Energiewirtschaft, Verkehr und

Landwirtschaft, Bau- und Wohnungswirtschaft, Industrie, Gewerbe, Handel, Dienst-

leistungen und Privathaushalte und enthält konkrete Einzelmaßnahmen zur Zielerei-

chung in Deutschland für die Jahre 2020 und 2050. Die Umsetzung hat bereits be-

gonnen. Aktuell wird noch geprüft, wie die formulierten Ziele bestmöglichst umge-

setzt werden können.

EU-Energieeffizienz-Richtlinie (EED)

Mit der Einführung der EED 2012/27/EU werden Energieverbrauchsreduktionen und

die Steigerung der Energieeffizienz erwartet. Aus dieser zentralen Richtlinie kommt

das deutsche Gesetz über Energiedienstleistungen und andere Energieeffizienz-

maßnahmen (EDL-G). Damit wird u. a. die Anforderung der EED, Energieeffizienz-

verpflichtungssysteme gemäß Artikel 8 einzuführen, umgesetzt. Mit der Novellierung

des EDL-G im April 2015 wurde dafür die Energieauditpflicht für produzierende aber


22

auch nicht produzierende Unternehmen, die als Nicht-KMU (kleine und mittlere Un-

ternehmen) nach EU Definition gelten, eingeführt. Damit müssen große Unterneh-

men ein Energieaudit nach DIN EN 16247-1 durchführen, oder alternativ ein Ener-

giemanagementsystem (EnMS) nach ISO 50001 oder eine Umweltmanagementsy-

stem nach EMAS (Eco-Management and Audit Scheme) einrichten. Das Energieau-

dit musste bis zum 05.12.2015 das erste Mal durchgeführt werden und ist minde-

stens alle vier Jahre zu wiederholen. Davon sind alle Unternehmensbereiche und

auch alle Logistikzentren der Unternehmen betroffen. Die Planung und Ausführung

neuer Logistikzentren ist von dieser Anforderung nicht direkt betroffen. Ebenfalls mit

der EED in Verbindung stehend sind die festgelegten Verpflichtungen der Ökode-

signrichtlinie 2009/125/EU zur umweltgerechten Gestaltung von energiebetriebenen

und energieverbrauchsrelevanten Produkten sowie die Richtlinie 2010/30/EU zur

Energieverbrauchskennzeichnung. In deutsches Recht wird die EU-Ökodesign-

Richtlinie mit dem Energieverbrauchsrelevante-Produkte-Gesetz (EVPG) umgesetzt.

Diese Anforderungen betreffen bisher nur bestimmte Hersteller von z. B. Elektro-

Großgeräten, wie Waschmaschinen, aber auch Hersteller von Lüftungsanlagen,

Raumklimageräten oder Ventilatoren. Intralogistikanlagen, als Investitionsgüter mit

unterschiedlichen Nutzungsprofilen, sind davon bisher nicht betroffen. Weiterhin

müssen entsprechend der Ökodesign-Richtlinie Motoren zum 1. Januar 2015 mit ei-

ner Nennausgangsleistung von 7,5 bis 375 kW entweder die Energieeffizienzklasse

IE3 (Premium-Wirkungsgrad) erreichen oder alternativ die Energieeffizienzklasse

IE2, dafür aber mit einer Drehzahlregelung durch Drive Controller (Frequenzumrich-

ter (FU)) ausgestattet sein [ZVEI-2014].

Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

Auch die Verpflichtungen der im Mai 2010 verabschiedeten Richtlinie 2010/31/EU

über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) stehen in Verbindung mit

der EED. Die Richtlinie legt fest, dass alle Neubauten bis zum 31.12.2020 Niedrig-

stenergiegebäude sein müssen. In Deutschland sehen die Beschlüsse zur Energie-

wende vom Juni 2011 zusätzlich einen klimaneutralen Gebäudestand bis 2050 vor.

Energieeinsparverordnung EnEV

Die Grundlage der EnEV ist das EnEG und stellt die nationale Umsetzung der Richt-

linie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden in Deutschland dar. Die EnEV

ist die zentrale Instanz, in der an die bauliche Substanz und die technische Ausstat-

tung von Gebäuden Anforderungswerte gestellt werden. Mit den Jahren werden die-

se Anforderungswerte entsprechend der Richtlinie immer weiter verschärft. Diese

steigenden Anforderungen betreffen auch den Neubau von Logistikzentren bezüglich

der gebäudetechnischen und baulichen Aspekte.


23

Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich (Erneuerbare-

Energien-Wärmegesetz EEWärmeG)

Das am 01.01.2009 in Kraft getretenen EEWärmeG verfolgt das Ziel, den Anteil der

erneuerbaren Energien am Endenergieverbrauch für Wärme bis zum Jahr 2020 auf

14 % zu erhöhen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat der Gesetzesgeber bei Bereitstel-

lung von Raum-, Kühl-, Prozesswärme und Warmwasser eine anteilige Nutzungs-

pflicht erneuerbarer Energieträger bei zu errichtenden Wohn- und Nichtwohngebäu-

den und somit auch bei Logistikzentren vorgesehen. Eine Befreiung vom EEWärmeG

kann nur erfolgen, wenn keine erneuerbaren Energien genutzt noch Ersatzmaßnah-

men ergriffen werden können.

Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz:

EEG)

Ziel des EEG ist es, den Anteil an erneuerbaren Energien an der Stromversorgung in

Deutschland bis zum Jahr 2050 auf mindestens 80 % zu steigern. Derzeit ist das

EEG die Grundlage für den Ausbau erneuerbarer Energien im Strombereich und

verpflichtet die Stromnetzbetreiber, Anlagen, die Strom aus erneuerbaren Energien

erzeugen, vorrangig an ihr Netz anzuschließen und den Strom abzunehmen sowie

diesen zu vergüten. Der Preis für diesen erzeugten Strom aus Photovoltaik-Anlagen

(PV-Anlagen), Windkraft-Anlagen etc. wird durch das EEG geregelt und ist über ei-

nen Zeitraum von 20 Jahren mit sinkender degressiver Vergütung garantiert [Wei-

2013, S. 15f]. Dieses Gesetz ist für die Planung der Energieversorgung von Logistik-

zentren dahin gehend relevant, dass Überlegungen zur Eigenstromerzeugung

durchgeführt werden müssen sowie die Wahl zwischen Eigennutzung oder Einspei-

sung ins Stromnetz zur Vergütung getroffen werden muss.

Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft-Wärme-

Kopplung (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz)

Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz hat, im Interesse der Energieeinsparung und der

Erreichung der Klimaschutzziele der Bundesregierung, das Ziel, den Beitrag der

Stromerzeugung aus Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) bis zum Jahr 2020 auf 25 % zu

erhöhen. Durch die Förderung der Modernisierung und des Neubaus von KWK-

Anlagen, die Unterstützung der Markteinführung von Brennstoffzellen, die Förderung

des Neu- und Ausbaus von Wärme- und Kältenetzen sowie des Neu- und Ausbaus

von Wärme- und Kältespeichern, in die Wärme oder Kälte aus KWK- bzw.

KWKK-Anlagen eingespeist wird, soll das Ziel erreicht werden.

Aus den dargestellten Einflüssen, bedingt durch die vorherrschenden Megatrends,

ergeben sich die beschriebenen Anforderungen an Logistikzentren im Kontext von


24

Energieeffizienz und CO2-Neutralität. Diese konkreten Anforderungen an den Betrieb

des Gebäudes und der Intralogistik lassen sich unterschiedlichen Anspruchsgruppen

von energieeffizienten und CO2-neutralen Logistikzentren zuordnen. Abbildung 2-1

zeigt die Ergebnisse der Umfeldanalyse mit den identifizierten Anforderungen und

der zugehörigen Anspruchsgruppen.

Abbildung 2-1: Anspruchsgruppen und deren Anforderungen an energieeffiziente und CO2-

neutrale Logistikzentren aufgrund von internen und externen Einflussfaktoren

Zu den Anspruchsgruppen gehören zum einen die Mitarbeiter, Nutzer und Mieter des

Logistikzentrums, die mit ihren Anforderungen einen internen Einfluss auf den Ener-

giebedarf und die CO2-Emissionen in der Nutzung haben. Mitarbeiter stellen be-

stimmte Ansprüche an die thermische, akustische und visuelle Behaglichkeit und an

die Arbeitsplatzgestaltung. Nutzer als Eigennutzer, die im Besitz des Logistikzent-

rums sind, oder als Mieter, die einen Mietvertrag mit dem Eigentümer haben, fordern

geringe Energiekosten und CO2-Emissionen sowie flexibel nutzbare Logistikflächen,

um sich den Marktanforderungen und Kundenwünschen schnell anpassen zu kön-

nen. Zum anderen gehören zu den Anspruchsgruppen auch Investoren, Bauherren

und Projektentwickler sowie die Öffentlichkeit mit der Gesellschaft, den Kunden und

Behörden (Politik), die Anforderungen als externe Einflüsse an die Energieeffizienz

und CO2-Neutralität von Logistikzentren stellen. Diese Anforderungen sind zum Teil

konträr, sodass Bauherren und Projektentwickler in der Regel geringe Investitionen

Strom


Emissionen)

Wärme

Betrieb Gebäude

HeizungProzesskälteBeleuchtungLüftungDämmungVerladetoreetc.



interne Einflüsse auf Energie und CO2-Emissionen[Logistikzentrum]

Gas

externe Einflüsse auf Energie und CO2-Emissionen[Umwelt]

Kraftstoff

Digitalisierung von Produktion und Konsum


Behaglichkeitergonomische Arbeitspl.

Mitarbeiter

niedrige Betriebskostengeringe Energiekostengeringe CO2-EmissionenFlexibilität

Nutzer / Mieter

Anforderungen an Logistikzentren Anspruchsgruppe

hohe RenditeDrittverwendungsfähigkeithohe Qualitätsstandardssehr guter Standort

Investoren

geringe Investitionenkurze Realisierungszeitenhohe Qualitätsstandards

Bauherren / Projektentwickler

geringe CO2-Emissionenverantwortungsvolles Agierengeringe Logistikkosten

Gesellschaft / Kunden

Demografischer Wandel

Erfüllung der Gesetze, Richtlinien und VorladungenKlimaschutzRessourcenschonung

Politik / Behörden

Globalisierung und Lokalisierung politische Regulierungen

Nachhaltigkeit

2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen

25

mit schnellen Amortisationszeiten fordern und die Nutzer als Mieter wiederum gerin-

ge Betriebs- und damit Energiekosten fordern. So sind bessere Baustoffe und ener-

gieeffiziente Anlagen in der Regel teurer in der Anschaffung. Damit entsteht das

klassische Nutzer-Investor-Dilemma aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen.

Die baulichen und technischen Ansprüche an Logistikzentren sind hingegen bei die-

sen Anspruchsgruppen gleich [Fle-2012]. Auch die Forderung nach flexibel nutzba-

ren Logistikflächen der Mieter, damit sich diese an ihre wechselnden Kunden anpas-

sen können, deckt sich mit den Interessen einer Drittverwendbarkeit des Logistik-

zentrums der Projektentwickler und Investoren. Denn auch diese möchten aufgrund

von kurzen Mietverträgen keinen Leerstand ihrer Logistikzentren haben. So werden

Logistikzentren von Projektentwicklern standardisiert nach bestimmten Mindestan-

forderungen an das Logistikgebäude errichtet. Das hat zur Folge, dass wenig Auto-

matisierungstechnik im Logistikzentrum verbaut wird und dass das Logistikzentrum

von unterschiedlichen Mietern genutzt werden kann. Ist der Bauherr des Logistik-

zentrums auch der spätere Nutzer als Eigentümer, wird das Logistikzentrum entspre-

chend den eigenen, speziellen Bedürfnisse und Anforderungen erstellt und höher

automatisiert. Aktuell liegt das Verhältnis von Vermietung und Eigennutzung der Lo-

gistikzentren in Deutschland bei 57 % Vermietung zu 43 % Eigennutzung [JLL-2015,

S. 10f]. Damit haben neue Logistikzentren mit hohen allgemeinen Standards auf-

grund der Drittverwertungsfähigkeit und an die Bedürfnisse der Eigennutzer maßge-

schneiderte Logistikzentren den gleichen Stellenwert.


Koltermann [Kol-2010] beschreibt das Logistikzentrum als Kernelement der Lieferket-

te, welches eine Vielzahl von Funktionen wie Bevorraten, Sortieren oder Kommissio-

nieren verbindet. Es leistet Koltermann folgend zur Leistungsfähigkeit und Flexibilität

einer Lieferkette einen wichtigen Beitrag und wird entsprechend den Zielanforderun-

gen der Supply Chain Strategie gestaltet. Diese Anforderungen bestimmen die not-

wendige Logistikleistung und die abzuwickelnden Prozesse in einem Logistikzen-

trum. Die Prozesse determinieren wiederum das Layout und die einzusetzende Ma-

terialflusstechnik als auch die Gebäudekonstruktion samt der Gebäudetechnik. Be-

zogen auf den Leistungserstellungsprozess ist das Ergebnis eine Logistikleistung.

Dabei beinhalten Prozessvorgänge, wie Lagern oder Transportieren, Veränderungen

nicht stofflicher Merkmale von Gütern und besitzen dadurch einen Dienstleistungs-

charakter, der Logistikprozesse von Produktionsprozessen unterscheidet [Web-

2012]. Um die notwendige Logistikleistung in einem Logistikzentrum rationell auszu-

führen, werden die nach Gudehus [Gud-2012, S. 19] definierten Standardfunktionen


26

in Abbildung 2-2 in diesem zentralisiert. Kernelement zur Durchführung dieser Funk-

tionen in einem Logistikzentrum bildet der Bereich der Intralogistik. Die Intralogistik

umfasst dabei die Organisation, Steuerung, Durchführung und Optimierung des in-

nerbetrieblichen Materialflusses als Verkettung der unterschiedlichen Funktionen in

Verbindung mit den dazugehörigen Informationsströmen [Gün-2006, S: 6]. Dafür ein-

gesetzt wird die Materialflusstechnik, die nach Günthner [Gün-2012, S. 429] der

Fortbewegung, Lagerung und Handhabung der Güter des Materialflusses in beliebi-

ger Richtung über begrenzte Entfernungen dient. Aufgabe der Materialflusstechnik ist

es, die benötigten Förder- und Lageraufgaben unter technischen, wirtschaftlichen

und organisatorischen Gesichtspunkten unter bestimmten Rahmenbedingungen zu

realisieren [Gün-2012, S. 429].

Abbildung 2-2: Standardfunktionen eines Logistikzentrums zur Erfüllung einer geforderten Logi-

stikleistung [Gud-2012, S. 19]

Abbildung 2-3 zeigt eine Kategorisierung der Materialflusstechnik nach Günthner

[Gün-2013a]. Die Leistungserbringung mit Hilfe dieser Materialflusstechnik erfolgt in

einem zusammenhängenden Gebäudekomplex, der von einer nach außen abge-

grenzten Verkehrsfläche umgeben ist. Damit bildet das Logistikgebäude mit seiner

Tragwerksstruktur und der gesamten Gebäudehülle inklusive Verladetoren, Fenstern

und dem Fußboden einen weiteren Bereich eines Logistikzentrums. Zu dem Logi-

stikgebäude gehört auch der Bereich der Gebäudetechnik, der mit den Funktionen

Raumkonditionierung und Beleuchtung indirekt an der Leistungserbringung beteiligt

ist. Die Leistungsfähigkeit eines Gebäudes wird nach Wiendahl [Wie-2014, S. 326]

im Wesentlichen durch die Ausprägung der gewählten gebäudetechnischen und

Standardfunktion der Logistikleistung[Logistikzentrum]

Warenannahme

Entladen, Eingangskontrolle, Aus-und Umpacken

Bearbeiten

Warenauszeichnung, Qualitätsprüfung, Zusammenstellung, Ladehilfsmittelwechsel, Einlagervorbereitung

Lagern

Puffern (Kurzzeitlagerung), Aufbewahren (Langzeitlagerung), Ansammeln (Terminlagerung), Bereithalten (Dispositionslagerung)

Kommissionieren

Zusammenstellen Kundenaufträge, Eigenaufträge, Filialaufträge, Transportaufträge

Verpacken

Einwegverpackung, Mehrwegverpackung

Versand

Auftragszusammenführung, Verdichten, Ausgangskontrolle, Sendungsbereitstellung, Verladung

Entsorgung

Verpackung, Leergut, Wertstoffaufbereitung, Retourenbearbeitung

Standardfunktion [Lieferanten]

Standardfunktion [Kunden]

Zulauf Distribution

Rücklauf

BeschaffungOrganisationDisposition oder AnliefertransporteSammeltouren

Rücknahme

BeschaffungOrganisationDisposition oder AusliefertransporteVerteiltouren


27

baukonstruktiven Lösungen, aber auch mit der gewählten Materialflusstechnik, be-

stimmt.

Abbildung 2-3: Kategorisierung der Materialflusstechnik der Intralogistik [Gün-2013a]

Für eine Kategorisierung von Logistikzentren nach ihrer Art bestehen mit den vielfäl-

tigen Ausprägungen der Bereiche Intralogistik, Gebäudehülle und -technik als Kern-

bereiche von Logistikzentren zahlreiche Möglichkeiten. In Abbildung 2-4 sind diese

Möglichkeiten zur Kategorisierung nach Nehm und Veres-Homm [Neh-2012] aufge-

zeigt und nachfolgend beschrieben. Demnach kann ein Logistikzentrum mit seinen

Funktionen nach der Stellung im Wertschöpfungsprozess beschrieben werden, wenn

z. B. die Stufe im Distributionsprozess (Zentrallager, Regionallager, etc.) im Mittel-

punkt steht. Bei Betrachtung der Anzahl der Nutzer wird zwischen Logistikzentren mit

einem Nutzer (One Customer Warehouse) oder mit mehreren Nutzern (Multi Shared

Warehouse, Güterverkehrszentrum, etc.) unterschieden. Bei dem Unterscheidungs-

ansatz nach der Art der Nutzung, als Lager-, Umschlagshalle oder Distributionszen-

trum, stehen die Funktionen zur Erbringung der Logistikleistung im Fokus. Nach bau-

lichen Merkmalen oder der technischen Ausstattung können Logistikzentren z. B. in

Hochregallager oder Kühllager eingeteilt werden. Eine Einteilung kann auch nach der

Branche der Nutzer erfolgen (KEP-Depot, Versandhandelszentrum, etc.). Werden

zur Kategorisierung die gelagerten Güter herangezogen, so kann zwischen Gefahr-

gutlager, Zolllager etc. unterschieden werden. Aus diesen unterschiedlichen Katego-

risierungsmöglichkeiten ergeben sich differenzierte Ausprägungen der Intralogistik,

der Gebäudetechnik und -hülle und damit unterschiedliche Typen und Arten von Lo-

gistikzentren. Eine vollständige Erfassung aus nur einer Perspektive der dargestell-

ten Arten ist daher nicht möglich. Deshalb müssen immer mehrere Aspekte und Ty-

pen betrachtet werden, um eine Logistikzentrum-Art zu bestimmen.

Damit steht der Begriff ‚Logistikzentrum‘ als Synonym für die aufgezeigten Arten von

Logistikzentren, welcher ganzheitlich die unterschiedlichen Ausprägungen der Berei-

Hebezeuge Stetigförderer Flurförderer Lagertechnik Sondergebiete

• Brückenkrane• Auslegerkrane• Portalkrane• Fahrzeugkrane• Schwimmkrane• Andere

Kranemechanische Förderer

gleislose Förderer

Lagereinrichtung Aufzüge

• Flaschenzüge• Elektrozüge• Zahnstangenwinden• Spindelhebeböcke• Hebebühnen• Andere

Serienhebezeuge

• Bandförderer• Rollenförderer• Becherwerke• Kettenförderer• Schwingförderer• Schneckenförderer• Andere

• Handwagen• Schlepper• Hubwagen• Gabelstapler• Fahrerlose

Transportsysteme• Andere

• Palettenregal• Durchlaufregal• Umlaufregal• Behälterregal• Andere

Seilbahnen

Be- / Entladetechnik

Handhabungs-technik

Andere

pneumatische Förderer

• Verschiebe-einrichtungen

• Wagen• Andere

gleisgebundene Förderer • Hochregalstapler

• Regalbediengerät• Andere

Lagerbedienung

hydraulische Förderer

Steuerungstechnik

Kommissionier-technik


28

che Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle betrachtet. Einen weiteren gängigen

Begriff für ‚Logistikzentrum‘ stellt der Begriff ‚Logistikimmobilie‘ dar, der synonym in

Literatur und Praxis verwendet wird. Beim Gebrauch des Begriffs ‚Logistikimmobilie‘

liegt in der Regel der Fokus auf der bautechnischen Seite und subsumiert darunter

unterschiedliche Gebäudearten, die alle aufgrund ihrer Nutzung der Logistikbranche

zuzuschreiben sind [Neh-2011, S. 24]. Damit stehen bauliche Merkmale der Logi-

stikimmobilie mit Ihren Funktionen im Vordergrund. Während mit dem Begriff ‚Logi-

stikzentrum‘ die technischen Merkmale der Intralogistik mit Ihren Funktionen den Be-

trachtungsschwerpunkt legen. In dieser Arbeit subsumiert der Begriff Logistikzentrum

oder Logistikimmobilie alle Ausprägungen der Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik

und -hülle, während der Begriff Logistikgebäude die Ausprägung der Gebäudetech-

nik und -hülle ohne der Intralogistik meint.

Abbildung 2-4: Kategorisierungsansätze für Logistikzentren [Neh-2012, S. 380]

Grundsätzlich kann abhängig von der Funktion und den baulichen Merkmalen nach

Nehm et al. [Neh-2011, S. 26ff] zwischen drei Typen von Logistikzentren unterschie-

den werden: der Lagerimmobilie, der Umschlagsimmobilie und der Distributionsim-

mobilie. Dazu kommen nach Nehm et al. die sonstigen Lagerimmobilien. Diese viert

Typen werden folgend in diesem Absatz nach Nehm et al. [Neh-2011, S. 26ff] be-

schrieben. Die Lagerimmobilie als klassische Lagerhalle wird durch einen Verlader

oder Logistikdienstleister im Outsourcing genutzt. Diese ist eng mit der Produktion

verknüpft und dient deren Ver- bzw. Entsorgung. In der Lagerhalle werden klassisch

Technische Merkmale

Stellung im Wertschöpfungs-

prozess

Art der GüterArten von Logistikzentren

Branche der Nutzer

Bauliche Merkmale

Art der Nutzung

Anzahl derNutzer

Produktionslogistisches Zentrum

Beschaffungslager

Werklager

Fertigwarenlager

Zentrallager

Regionallager

Ersatzteil-Depot

Gefahrgutlager

Warenverteilzentrum

Versandhandelszentrum

Speditions-Depot

KEP-Depot

Kühllager

HRL / AKL

Hochlagerhalle

Transshipment-Point

Crossdocking Center

Umschlagshalle

Distributionszentrum

Lagerhalle

Güterverkehrszentrum

Logistisches Dienstleistungszentrum

One Customer Warehouse

Multi Usage Warehouse


29

Güter gelagert, insbesondere Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe für die Produktion vor-

gehalten und Halbzeuge oder Fertigprodukte zwischengelagert. Die Umschlagsim-

mobilie stellt im Gegensatz zur Lagerimmobilie ein Logistikzentrum dar, in dem die

Güter ausschließlich umgeschlagen werden, in dem sie z. B. in einer

Hauptumschlagsbasis (HUB) auf ein anderes Transportmittel verladen werden oder

in einem Cross-Docking-Center zu bzw. aus einzelnen Sendungen gebündelt bzw.

vereinzelt werden. Aufgrund dieser Funktionen kann die Umschlagsimmobilie auch

als ein bestandsloses Lager bezeichnet werden. Typischerweise müssen diese Ge-

bäudearten von zwei Seiten andienbar sein. Diese Art von Logistikzentren wird mei-

stens nur von Logistikdienstleistern mit globalen oder regionalen Netzwerken ver-

wendet. In der Distributionsimmobilie werden mehrere logistische Funktionen mitein-

ander verbunden. Darunter fallen die speziellen Ausprägungen von Distributionsim-

mobilien wie Zentrallager, Warenverteilzentrum oder Versandhandelszentrum. In ei-

ner Distributionsimmobilie ist häufig das gesamte Sortiment vorrätig, sodass hier un-

terschiedliche Kundenaufträge zusammengestellt werden können. Sonstige Lage-

rimmobilien beinhalten die Spezial- und Hochregallager. Der Typ Hochregallager

wird meist als hochautomatisiertes Lager in Silobauweise ausgeführt, d. h. dass die

äußere Gebäudehülle von der Regalkonstruktion getragen wird. Daher stellt das

Hochregallager in Silobauweise keine klassische Immobilie dar, denn es besteht kein

eigenständiges, selbsttragendes Gebäude. Dieser Aspekt ist in der Planung relevant,

da Hochregallager in Silobauweise nicht als Gebäude, sondern als Betriebseinrich-

tung steuerrechtlich behandelt werden und sich damit andere Abschreibungsmög-

lichkeiten dafür ergeben [SSI-2016]. Grundsätzlich gelten aber Logistikimmobilien ab

einer Höhe von 15 m als Hochregallager, ob es als ein Gebäude gilt oder nicht, hängt

dann von der Regalkonstruktion ab. Weitere bautechnische Besonderheit, die sich

aus der logistischen Funktion entsprechend der geforderten Logistikleistung und der

Anforderungen der zu handhabenden Güter ergeben, stellen die Gefahrgutlager und

die Kühllager als Spezial-Logistikimmobilien dar. Diese Typen unterliegen häufig zu-

sätzlichen gesetzlichen Auflagen, die sie für den Betrieb erfüllen müssen. So unter-

liegen Gefahrgutlager bestimmten baulichen Maßnahmen, wie z. B. eine komplette

Verschalung des Hallenbodens, um Umwelt und Bevölkerung bei unsachgemäßer

Handhabung zu schützen. Diese drei Typen der Lagerimmobilie, der Umschlagsim-

mobilie und der Distributionsimmobilie sowie die sonstigen Logistikimmobilien bilden

mit der Ausprägung der technischen Merkmale der Intralogistik hinsichtlich der unter-

schiedlichen Materialflusstechnik und dem Automatisierungsgrad die Grundlage für

die weitere Analyse zur Klassifikation von unterschiedlichen Arten von Logistikzen-

tren für die anschließenden Untersuchungen der vorliegenden Arbeit.

Die in jedem dieser Typen von Logistikzentren durchgeführten Funktionen stellen die

notwendigen Logistikprozesse dar, um eine geforderte Logistikleistung zu erfüllen.

Damit ist die Ausprägung der Materialflusstechnik und der Grad der Automatisierung


30

der Logistikprozesse für die Betrachtung von Logistikzentren notwendig, da z. B. bei

Umschlagsimmobilien die Abwicklungskapazität eines der wichtigsten Merkmal bei

der Nutzung der Immobilie darstellt [Aqu-2013, S. 12]. Denn hier ist der Aspekt der

Geschwindigkeit ein zentrales Element, welches sich nur mit Automatisierung der

Materialflusstechnik steigern lässt. Das Gebäude wird schließlich an das resultieren-

de Materialflusslayout hin ausgerichtet. In der Regel sind Koltermann [Kol-2010] zu-

folge automatisierte Abwicklungen in der Intralogistik auf bestimmte Prozesse zuge-

schnitten und können deswegen nur mit hohem Aufwand auf neue Prozesse umge-

stellt werden. Manuelle flexible Abwicklungen können dahingegen jedoch mit relativ

geringem Aufwand auf neue Anforderungen und Prozesse reagieren, ziehen aber

hohe Personalkosten mit sich. Damit gestalten sich die Logistikprozesse und der

Einsatz von Materialflusstechnik in den unterschiedlichen Arten von Logistikzentren

immer individuell und an die Anforderungen der Nutzer angepasst. Im Bau von Logi-

stikgebäuden haben sich mittlerweile hingegen bestimmte Standards etabliert. Dazu

gehören Mindestanforderungen an Bodentragfähigkeit, Anzahl von Stützrastern, An-

zahl Ladetore pro m2 und Hallenhöhe [Neh-2011, S. 26].

2.2.1 Untersuchung der Struktur und wiederkehrender Grundelemente von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren

Weil die Logistikprozesse in einem Logistikzentrum immer individuell an die Anforde-

rungen der Nutzer angepasst werden, ergeben sich unterschiedliche Strukturen und

Layouts von Logistikzentren mit Einsatz unterschiedlicher Materialfluss- und Gebäu-

detechnik, die die Gebäudekonstruktion bestimmen. Um eine generische Struktur,

die für viele Arten von Logistikzentren gültig ist, für die Untersuchungen hinsichtlich

Energieeffizienz und CO2-Neutralität zu definieren und wiederkehrende Grundele-

mente, aus denen sich unterschiedliche Arten von Logistikzentren konzipieren las-

sen, zu bestimmen, wird im Folgenden eine Primärdatenerhebung durchgeführt. Da-

zu werden zunächst Besichtigungen von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren

durchgeführt, um gemeinsame Strukturen und Funktionen zu analysieren und die

übliche und gängige Baupraxis wiederzugeben. Aufbauend auf den Besichtigungen

wird anschließend eine Online-Befragung von Betreibern und Mietern von Logistik-

zentren durchgeführt. Die Online-Befragung dient der Identifikation von wiederkeh-

renden Grundelementen und der Feststellung von Randbedingungen und Parame-

tern als gängige Ausprägung dieser identifizierten Grundelemente.

Besichtigungen von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren zur Identifikation von Grundelementen

Die Besichtigungen wurden im Zeitraum Juni 2012 bis Mai 2013 durchgeführt. Zur

Datenerhebung während der Besichtigungen diente ein standardisierter Fragebogen.

Abgefragt wurden allgemeine Daten, wie Standort und Baujahr; Daten zur Gebäude-


31

technik; Daten zur Gebäudehülle und Konstruktion; Daten zu den eingesetzten In-

tralogistikanlagen und Daten zu betrieblichen und logistischen Kennwerten. Eine

Übersicht der acht besichtigten Logistikzentren aus der Vogelperspektive des bebau-

ten Grundstücks ist in Abbildung 2-5 gegeben.

Es wurden acht unterschiedliche Logistikzentren besichtigt. Dazu wurden zunächst

Logistikimmobilien entsprechend der drei Typen Lagerimmobilie, Umschlagsimmobi-

lie und Distributionsimmobilie nach Nehm et al. [Neh-2011, S. 26ff] ausgewählt. Die

Lagerimmobilie wird von Nr. 7, einem manuell bedienten Zentrallager für Fertigpro-

dukte, repräsentiert. Für die Umschlagsimmobilie stehen stellvertretend Nr. 2, ein

Umschlagszentrum für Fertigprodukte und Nr. 4, ein Zentral- und Pufferlager zur

Produktionsversorgung. Als Distributionsimmobilie wurden Nr. 1, ein Zentrallager für

für die Verteilung von Verbindungs- und Befestigungselementen, Nr. 5 und Nr. 8, je-

weils ein Zentrallager zum Verteilen von Automobil-Ersatzteilen, besichtigt. Weiterhin

wurden als Spezial-Logistikimmoblien Nr. 6, ein Gefahrstofflager als Sammel- und

Verteillager für Fertigprodukte, und Nr. 3, ein Kühllager als Zentrallager für pharma-

zeutische Produkte, untersucht.

Abbildung 2-5: Übersicht der besichtigten Logistikzentren (Bildquelle: google maps)

Zentrallager für Verbindungs- und Befestigungstechnik1

Umschlagszentrum für Fertigprodukte (Gleisanschluss)2

Zentrallager für Automobil-Ersatzteile5

Sammel‐ & Verteillager für Fertigprodukte (Gefahrstoffe)6

Gekühltes Zentrallager für pharmazeutische Produkte (GMP)3

Zentrallager zur Produktionsversorgung4

Manuelles Zentrallager für Fertigprodukte 7

Zentrallager für Automobil-Ersatzteile8


32

Zusammenfassend wurden folgende wiederkehrende Grundelemente mit den Be-

sichtigungen für die Bereiche Gebäudehülle und -technik identifiziert:

Gebäudedämmung nach EnEV Standard in allen Fällen

Vereinzelt Fassadenfenster, alle über Augenhöhe

Dachfenster in allen Fällen, meist nach gesetzlichen Minimalanforderungen des

Dachfensteranteil bezogen auf die Grundfläche

Meistens Umluftheizung als Wärmeübergabesystem, öl- oder gasbetrieben

Teilweise Raumlufttechnisches-System (RLT-System) in Kombination mit Heiz-

system

Teilweise strombetriebene Fan-Coils als Kälteübergabesystem

Folgende logistische Gemeinsamkeiten und wiederkehrende Grundelemente wurden

für den Bereich Intralogistik mit den Besichtigungen identifiziert:

Meistens automatisches Hochregallager (HRL), in einem Fall Regalbediengeräte

(RBG) mit Energierückspeiseeinheiten

Oft automatisches Kleinteilelager (AKL)

Oft manuell bedientes Lager

Meistens Ketten- und Rollenförderern für Großladungsträger (GLT) und Paletten

Oft Rollen- und Bandförderer für Kleinladungsträger (KLT)

Elektrisch betriebene Flurförderzeuge (FFZ) in allen Fällen

Teilweise Trafo-Technik der Batterie-Ladegeräte für Flurförderzeuge

Teilweise Hochfrequenz-Technik (HF-Technik) der Batterie-Ladegeräte für Flur-

förderzeuge (FFZ)

Meistens Verpackungsanlagen wie Kartonfaltmaschinen, automatische Etiket-

tieranlagen, etc.

Meistens Handhabungsanlagen wie Handhabungshilfen, Portalroboter, etc.


33

Online-Befragung von Betreibern von Logistikzentren zur Klassifikation und Parametrierung von Grundelementen

Die Besichtigungen von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren dienten der Be-

stimmung von energetisch, logistisch und baulich in sich gleichartigen, wiederkeh-

renden Grundelementen für die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle.

Ziel war die Identifikation und Beschreibung von systemrelevanten Grundelementen,

aus denen sich unterschiedliche Arten von Logistikzentren konzipieren lassen. Mit

einer Online-Unternehmensbefragung sollten im Anschluss die identifizierten

Grundelemente bestätigt, ggf. erweitert und um weitere Ausprägungen zur Parame-

trierung quantitativ ergänzt werden. Weiterhin sollten übliche Randbedingungen und

Anforderungen hinsichtlich Logistikleistung für die Untersuchungsphase aufgenom-

men werden. Das Ziel der Online-Unternehmensbefragung war damit, die übliche

Baupraxis von Logistikzentren mit einem quantitativen Ansatz ganzheitlich wiederzu-

geben. Dafür wurde die Befragung aus zeitökonomischen Gründen als Online-

Befragung mit einem auf einem Server abgelegten, standardisierten Fragebogen

durchgeführt. Verwendet wurde die Umfragesoftware Unipark von QuestBack [Que-

2017] als Online-Lizenz, welche umfangreiche Hilfsmittel zur Datenanalyse bietet.

Die Befragung wurde im Zeitraum Dezember 2012 bis April 2013 durchgeführt. Ziel-

gruppe der Befragung waren Nutzer, Mieter oder Betreiber von Logistikzentren aus

Industrie, Gewerbe und Handel sowie Dienstleistung. Die Online-Umfrage wurde ins-

gesamt 562 mal aufgerufen. Den Fragebogen komplett ausgefüllt haben 26 Unter-

nehmen, welche die gesamte Stichprobe darstellen. Im Folgenden wird zunächst die

Stichprobe beschrieben. Danach werden die Ergebnisse der Befragung dargestellt.

Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Modellierungsphase.

Die Stichprobe setzt sich aus Personen in leitender Funktion mit 65 % und Personen

im Angestelltenverhältnis zu 31 % zusammen. Weitere 4 % machten hierzu keine

Angabe. Betreffend die Größe der Unternehmen, aus denen die teilnehmenden Per-

sonen stammen, haben sich mit 34 % KMU (nach der Definition der EK) an der Um-

frage beteiligt, den Rest stellen große Unternehmen dar. Aufgeteilt nach Sektor ge-

hören 42 % der befragten Unternehmen zur Industrie, 31 % sind Dienstleister und

27 % stammen aus dem Handel und Gewerbe. 62 % der Befragten sind Eigentümer

des von ihnen betrachteten Logistikzentrums, der Rest verteilt sich auf Mieterverhält-

nisse mit unterschiedlichen Vertragslaufzeiten (vgl. Abbildung 2-6 links). Bei Betrach-

tung der Eigentumsverhältnisse aufgeteilt nach Sektor (vgl. Abbildung 2-6 rechts) ist

ersichtlich, dass vor allem Befragte aus Industrie mit über 80 % ihr betriebenes Logi-

stikzentrum selber besitzen, wohingegen befragte Dienstleistungsunternehmen mit

über 70 % ihr Logistikzentrum mieten. Damit weist die Umfragestichprobe eine ähnli-

che Verteilung, wie in der eingangs untersuchten Literatur, zwischen Eigentümer und

Mieter von Logistikzentren auf.


34

Frage: Sind Sie Mieter oder Eigentümer der hier betrachteten und von Ihnen genutzten Logistikimmobilie?

Abbildung 2-6: Verteilung der Befragten nach Miet- und Eigentumsverhältnis für das betrachtete

und eigen genutzte Logistikzentrum gesamt (links), aufgeteilt nach Sektor (rechts)

Abbildung 2-7 links zeigt die Verteilung der Logistikzentren nach Baujahr. Demnach

sind 42 % der von den befragten Unternehmen betrachteten Logistikzentren vor

1990 erbaut worden, was einer Lebensdauer von über 25 Jahren entspricht. Dem

gegenüber steht mit 23 % aber auch ein großer Anteil an neu errichteten Logistikzen-

tren nach 2010. Betreffend das Innenleben der Logistikzentren dominieren manuell

durchgeführte Logistikprozesse mit 50 % (vgl. Abbildung 2-7 rechts). 11 % der Be-

fragten geben mit vollautomatisierten Logistikprozessen an, das der Automatisie-

rungsgrad der Intralogistik in ihren Logistikzentren sehr hoch ist.

Frage links: Baujahr Logistikzentrum am Standort? Frage rechts: Wie hoch ist der Grad der Automatisierung in ihrem Logistikzentrum?

Abbildung 2-7: Baujahr Logistikzentrum am Standort (links), Grad der Automatisierung der Intralo-

gistik im Logistikzentrum (rechts)

Die Nutzfläche der von den Befragten betrachteten Logistikzentren variiert stark zwi-

schen <1.000 m2 bei 15 % der Befragten und >50.000 m2 bei 8 % der Befragten (vgl.

Abbildung 2-8 rechts). Den größten Anteil mit 23 % bilden Logistikzentren mit einer

Nutzfläche zwischen 10.000 m2 und 30.000 m2. Bei Aufteilung der gesamten Nutzflä-

che der Logistikzentren auf die Sektoren (vgl. Abbildung 2-8 links), bestätigt sich,

dass insbesondere Dienstleister mehr Logistikfläche nutzen.

Abbildung 3-7: Bewertung des Themas Grüne Logistik, insbesondere CO2-Reduzierungen in der Logistik, nach Branche (links) und Verteilung der Befragten, ob und wie CO2-Emissonen bilanziert werden nach Branche (rechts)

54%

0%

8%4%

23%

11%

Eingetümer (in Eigennutzung) Eigentümer (in Nutzung Vertragslaufzeit <3 Jahre)

Eigentümer (in Nutzung, Vertragslaufzeit >3 Jahre) Mieter (Mietvertrag <3 Jahre)

Mieter (Mietvertrag >3 Jahre) Mieter / Pächter (Mietvertrag >7 Jahre)

gesamt

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Logistikdienstleister

Handel

Industrie

19%

23%

8%

27%

23%

vor 1980 1980-1990 1990-20002000-2010 2010-heute

50%

35%

11%

4%

manuell halbautomatisiert

vollautmatisiert keine Angabe


35

Darstellung links: Flächenanteil der gesamten Nutzfläche der betrachteten Logistikzentren je Sektor Frage rechts: Wie hoch ist die Nutzfläche des von ihnen betrachteten Logistikzentrums insgesamt in m2?

Abbildung 2-8: Verteilung der Nutzfläche der von den Befragten betrachteten Logistikzentren in m2

(rechts), Darstellung des Flächenanteils der gesamten Nutzfläche je Sektor (links)

So entfallen auf den Dienstleistungssektor 42 % der gesamt betrachteten Nutzfläche

aller untersuchten Logistikzentren, obwohl der Dienstleistungssektor lediglich 31 %

der Befragten neben Industrie und Handel in der Stichprobe darstellt. Dieser Aspekt

ist bei der Industrie gegenteilig. Obwohl 42 % der Befragten aus der Industrie stam-

men, beläuft sich deren Flächenanteil an der gesamten Nutzfläche aller betrachteten

Logistikzentren auf 19 %. Innerhalb der Logistikzentren wird bei den Befragten im

Durchschnitt die Nutzfläche zu über 50 % zur Lagerung verwendet, 24 % der gesam-

ten Nutzfläche der Logistikzentren werden zur Kommissionierung, Sortierung und /

oder Verpackung genutzt und 20 % für den Wareneingang und Warenausgang. Bü-

ro- und Sozialräume nehmen bei den Befragten im Durchschnitt 5 % der gesamten

Nutzfläche des Logistikzentrums ein.

Auf die Frage, ob das Lagergut besondere Anforderungen an das Logistikzentrum

stellt, dargestellt in Abbildung 2-9 links, antworten 42 % der Befragten mit Nein. 31 %

der Befragten geben an, dass bei ihnen das Logistikzentrum besonderen baulichen

Anforderungen unterliegt, weil Gefahrstoffe gelagert werden. Bei 15 % der Befragten

stellt das Lagergut, wie Lebensmittel, Pharma oder Kosmetika, besondere Anforde-

rungen an die Umgebungstemperatur, sodass eine Temperaturführung des Logistik-

zentrums notwendig ist. Eine Tiefkühlung ist nur bei 8 % der Befragten erforderlich.

Betreffend die Handhabung der Lagergüter mit ihren Anforderungen, werden bei den

Befragten die temperaturgeführten Güter ausschließlich manuell bzw. mechanisiert

mit FFZ im Logistikzentrum gehandhabt, wie es in Abbildung 2-9 rechts ersichtlich ist.

Ausschließlich vollautomatisiert, sprich mit einem hohen Grad an Automatisierung

der eingesetzten Intralogistik, erfolgen die Logistikprozesse nur in Logistikzentren, in

denen die Lagergüter keine besonderen Anforderungen stellen. Die Durchführung

der manuell oder automatisierten Logistikprozesse erfolgt zur Erbringung der Logi-

stikleistung bei 35 % der befragten Unternehmen über den Tag verteilt in drei Schich-

ten (24/7), bei 27 % in zwei Schichten und bei 34 % in nur einer Schicht.

0% 5% 10% 15% 20% 25%

< 1.000 qm

1.000 - 5.000 qm

5.000 - 10.000 qm

10.000 - 30.000 qm

30.000 - 50.000 qm

> 50.000 qm

19%

39%

42%

19%

39%

42%

Industrie Handel Dienstleistung


36

Frage links: Unterliegt ihr Lagergut besonderen Anforderungen? (Mehrfachnennung möglich) Darstellung rechts: Anforderungen des Lagergutes und der Automatisierungsgrad der Handhabung

Abbildung 2-9: Verteilung der Anforderungen der Lagergüter aufgrund ihrer Beschaffenheit an das

Logistikzentrum bei den Befragten (links), Verteilung nach der Art der Handhabung (Automatisierungsgrad der Intralogistik) der Lagergüter entsprechend ihrer Be-schaffenheit (rechts)

Zur Klassifizierung und Parametrierung der systemrelevanten Grundelemente wur-

den die Teilnehmer der Online-Befragung weiterhin nach den eingesetzten Intralogi-

stikanlagen, sowie nach den eingesetzten Energieträgern, nach der Art der installier-

ten Gebäudetechnik und der Ausprägung der Gebäudehülle befragt. In Abbildung

2-10 sind die Angaben der Befragten zur Häufigkeit der eingesetzten Materialfluss-

technik im Logistikzentrum nach den identifizierten Funktionen in einem Logistikzen-

trum dargestellt.

Frage: Bitte markieren Sie im Folgenden die Techniken oder Systeme, welche Sie zum Erfüllen der aufgezeigten Aufgaben im Logistikzentrum je Funktion einsetzen! (Mehrfachnennung möglich)

Abbildung 2-10: Eingesetzte Technik und Systeme im Logistikzentrum bei den Befragten, geglie-

dert nach den zu erfüllenden Funktionen der Intralogistik

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Tiefkühlung

Temperaturführung

Luftfeuchtigkeite

Langgut / Sperrgut

Gefahrgut

keine Anforderungen

0% 20% 40% 60% 80% 100%

manuell halbautomatisiert vollautomatisiertHäufigkeit AnforderungenHandhabung

4%

12%

23%

23%

27%

96%

0% 25% 50% 75% 100%

Elektrohängebahn

Autonome FFZ

Rollen-Bandförderer KLT

Rollen-/Kettenförderer GLT

Sonstige

FFZ

0%

19%

19%

23%

69%

69%

0% 25% 50% 75% 100%

Shuttlelager

Sonstige

Manuelles Schmalganglager

AKL

automatisches HRL

Manuelles Lager

Lagern

38%

77%

0% 25% 50% 75% 100%

WzP-Kommissionierung

PzW-Kommissionierung

Kommissionieren

12%

15%

19%

27%

0% 25% 50% 75% 100%

Sorter freie Belegung

Sonstige

keine Angabe

Sorter Einzelplatzbelegung

Sortieren

4%

8%

31%

69%

0% 25% 50% 75% 100%

Sonstige

keine Angabe

Form-/Füll-/Aufrichtmaschinen

Manuelle Arbeitsplätze

8%

12%

42%

69%

0% 25% 50% 75% 100%

keine Angaben

Sonstige

Hebezeuge

Manuelle Arbeitsplätze

Verpacken

Handhaben

Fördern


37

Im Bereich Fördern werden bei 96 % der Befragten FFZ und bei 12 % autonome FFZ

eingesetzt. Fest installierte Fördertechnik für GLT oder Paletten und KLT besteht je-

weils bei 23 % der Befragten als Ketten- / Rollenförderer und Rollen- / Bandförderer.

Im Bereich Lagern betreiben 69 % u. a. ein manuelles Lager sowie ein automati-

sches HRL. 23 % der Befragten haben ein AKL. Die Person-zur-Ware-

Kommissionierung (PzW) kommt bei 77 % der Befragten zum Einsatz. Bei 38 % der

Befragten erfolgt die Kommissionierung auch nach dem Ware-zur-Person-Prinzip

(WzP). Im Bereich Handhaben und Verpacken sind die manuellen Arbeitsplätze mit

jeweils 69 % am meisten vertreten.

Betreffend die Energieversorgung des Logistikgebäudes sind in Abbildung 2-11 links

die eingesetzten Energieträger und Techniken zur Wärmeerzeugung und -verteilung

in Abbildung 2-11 rechts aufgezeigt. Mit 58 % ist Gas der Energieträger, der bei den

meisten Befragten zur Wärmeerzeugung verwendet wird. Mit der Wärmeerzeugung

ist auch die Verteilung der Wärmeenergie mit eingesetztem Heizsystem relevant.

Hier geben 58 % der befragten Unternehmen an, dass eine Luftheizung in dem von

ihnen betrachteten Logistikzentrum zur Wärmeverteilung verwendet wird. 19 % der

Befragten konditionieren ihre Logistikzentren mit einer Flächenheizung wie z. B. ei-

ner Fußbodenheizung.

Frage links: Wenn Wärmebedarf im Logistikzentrum besteht, wie wird die Wärme erzeugt? Frage rechts: Welches Heizsystem wird für die Logistikflächen eingesetzt?

(Mehrfachnennungen möglich)

Abbildung 2-11: Verteilung der verwendeten Energieträger und Techniken zur Erzeugung / Bereit-

stellung von Wärmeenergie im Logistikzentrum (links) und eingesetztes Heizsy-stem zur Verteilung der Wärmeenergie im Logistikzentrum für die Logistikflächen (rechts)

Abbildung 2-12 zeigt links die Verteilung der verwendeten Energieträger und Techni-

ken zur Erzeugung / Bereitstellung von Prozesskälte und rechts die Verteilung zum

eingesetzten System zur Kälteübergabe im Logistikzentrum zur Konditionierung des

Raums bei den Befragten mit Kühlbedarf (n=12). Bei diesen kommt bei 75 % eine

strombetriebene Kompressionskältemaschine zur Erzeugung der Prozesskälte zum

0%

0%

0%

4%

4%

12%

15%

15%

19%

23%

58%

0% 25% 50% 75% 100%

Sonstige

kein Wärmebedarf

Holzpallets / Hackschnitzel

Solarthermie

Wärmepumpe

KWK-Anlage (BHKW)

Öl

Strom

Abwärme / Prozesswärme

Fernwärme

Gas

Energieträger

0%

0%

0%

0%

4%

4%

8%

8%

19%

58%

0% 25% 50% 75% 100%

Sonstige

Deckenstrahler hell

Deckenstrahler dunkel

TAD (Bauteilaktivierung)

keine Heizung

nicht beantwortet

Heizkörper

RLT-Anlage

Flächenheizung

Luftheizung

Heizsystem


38

Einsatz. Die Kälteübergabe erfolgt bei 41 % der Befragten mittels einer Raumluftküh-

lung über eine RLT-Anlage und bei 33 % mittels Umluftkühlung z. B. mit Splitgeräten.

Frage links: Wenn Kühlbedarf im Logistikzentrum besteht, wie wird die Kälte erzeugt? Frage rechts: Wie erfolgt die Kälteübergabe?

(Mehrfachnennungen möglich, n=12)

Abbildung 2-12: Verteilung der verwendeten Energieträger und Techniken zur Erzeugung / Bereit-

stellung von Prozesskälte im Logistikzentrum (links) und eingesetztes Kühlsystem zur Kälteübergabe im Logistikzentrum für Logistikflächen (rechts)

Zur Frage nach dem Lüftungssystem geben 69 % aller Befragten an, dass sie ihr Lo-

gistikzentrum natürlich über Tore / Fenster lüften. Die Nutzung von Tageslicht erfolgt

bei 69 % über Dachoberlichter und bei weiteren 27 % über große Fensterflächen in

der Fassade. 4 % der Befragten geben auch an, dass die Nutzung von Tageslicht im

Logistikzentrum nicht erwünscht ist. Zur künstlichen Beleuchtung werden bei 85 %

der Befragten Leuchtstoffröhren mit Vorschaltgeräten verwendet. Bei 23 % der Be-

fragten wird mit lichtemittierenden Dioden (LED) und bei 15 % mit Halogen-

Metalldampf-Leuchten künstliches Licht erzeugt.

2.2.2 Analyse der Energieverbrauchsstrukturen von Logistikzentren

Im Kontext von Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren sind für den

Energiebedarf und dessen Optimierung die Art der zu fördernden und lagernden Gü-

ter und den damit einhergehenden Anforderungen an Logistikzentren relevant. Denn

das Lager- / Fördergut stellt mit seinem Gewicht, seiner Geometrie und Konsistenz

die wichtigsten Rahmenbedingungen bei der Auswahl der Materialflusstechnik, aber

auch der Gebäudetechnik und -hülle dar. So ergeben sich aus dem Lager- / Förder-

gut und dem Förderort, den Kenndaten des Fördervorgangs sowie den Vorgaben

des Anwenders und der Wirtschaftlichkeit die konkreten Anforderungen an das Mate-

rialflusssystem [Gün-2012, S. 429] und an die Logistikprozesse, welche den Ener-

giebedarf bestimmen. Mit seinen Eigenschaften stellt das Lager- / Fördergut eben-

falls Anforderungen hinsichtlich Luftfeuchtigkeit und -reinheit sowie Raumtemperatur

bei der Festlegung der Gebäudetechnik des Logistikzentrums. Die baulichen Merk-

male des Gebäudes, also der Gebäudehülle des Logistikzentrums, werden nicht nur

bei Gefahr- oder Sperrgütern maßgeblich von der Art des Lagergutes geprägt. Wei-

terhin ist die Art der Nutzung und der damit verbundene Grad der Automatisierung

der Materialflusstechnik ein wichtiger Einflussfaktor auf den Energiebedarf und die

0%

8%

8%

8%

75%

0% 25% 50% 75% 100%

Sonstige

nicht beantowrtet

Kältemaschine Wärem / Gas

Grund- / Wasser direkt

Kältemschiene Strom

0%

0%

16%

33%

41%

0% 25% 50% 75% 100%

wasserbasiertes System

flächiges wasserbasiertes System

Sonstige

Umluftkühlung

Raumluftkühlung

Energieträger Kühlsystem

2.3 Vorgehen der Logistik- und Gebäudeplanung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren

39

resultierenden CO2-Emissionen im Betrieb eines Logistikzentrums. Verbunden mit

der Art der Nutzung des Logistikzentrums ist auch die Inanspruchnahme der darin

enthaltenen technischen Anlagen ausschlaggebend. Denn die Anlagen der Intralogi-

stik als auch der Gebäudetechnik benötigen Energie, um die Arbeit im Logistikzen-

trum zu verrichten und den Raum zu konditionieren und dadurch eine bestimmte Lei-

stung im Gesamtsystem zu erbringen. Hier ergeben sich für Logistikzentren durch die

nicht verarbeitenden Logistikprozesse, die die stoffliche Art der Güter nicht verändern

und unterschiedliche Nutzungsstrukturen aufweisen, andere Energiebedarfsstruktu-

ren als bei Fabriken.

Bisher bestehen wenig Erkenntnisse über die Energieverbrauchsstruktur von Logi-

stikzentren, sodass die Wechselwirkungen und Auswirkungen von Planungsalternati-

ven auf den Gesamtenergiebedarf, wie in der Forschungsfrage in Kapitel 1.2 formu-

liert, wenig bekannt sind. Klingebiel et al. [Kli-2013a, S. 737f] bestätigen, dass allge-

meine Aussagen zum Energieverbrauch von intralogistischen Systemen sich sehr

schwer formulieren lassen, da dieser von sehr vielen unterschiedlichen Faktoren ab-

hängt. Zu diesen Faktoren gehören auch nach Klingebiel et al. der Automatisie-

rungsgrad, als Maß für die Anzahl der eingesetzten Materialflusstechnik und deren

Inanspruchnahme, sowie die klimatischen Anforderungen, die durch die einzuhalten-

den Umgebungsbedingungen für Güter und Personen und des zu konditionierenden

Raumvolumens bestimmt werden.

Um Stellhebel zur Energieoptimierung zu ermitteln, müssen die größten Energiever-

braucher im System bekannt sein. Für bestehende Logistikzentren ist in der Praxis

die Zuordnung des Energieverbrauchs auf einzelne Verbraucher in der Regel jedoch

schwierig, weil meist nur ein Energiezähler für das Gesamtsystem vorhanden ist. Re-

ferenzkennwert für den Energieverbrauch von Logistikzentren, die nach den genann-

ten Faktoren den Energiebedarf maßgeblich bestimmen, bestehen nicht. Auch las-

sen sich keine vergleichbaren Aussagen treffen, die auf beispielhaften Untersuchun-

gen einzelner Logistikzentren [Jah-2010, Süs-2010, Süs-2011, Dob-2012] basieren.

Denn hier werden spezifische Aussagen getroffen, ohne dass jedoch genug detail-

lierte Angaben zu der Logistikleistung und der Systemstruktur, also der Energiever-

brauch bestimmenden Faktoren des Logistikzentrums, gegeben werden.


Um Defizite in der aktuellen Planungspraxis bezüglich einer Berücksichtigung der

ermittelten Einflüsse und Anforderungen an Energieeffizienz und CO2-Nuetralität aus

Kapitel 2.1 zu erörtern, wird im Folgenden das Vorgehen der Logistik- und Gebäude-

planung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren untersucht. Grundsätz-


40

lich kann festgestellt werden, dass die Struktur und Funktionen von neu zu planen-

den Logistikzentren immer zunächst den Anforderungen der späteren Nutzung fol-

gen. Demnach ist die Planung von Neubauprojekten abhängig davon, ob der Bauherr

und Auftraggeber des Logistikzentrums auch der spätere Eigentümer und Nutzer ist

oder das Logistikgebäude von Projektentwicklern und Investoren konzipiert, gebaut

und dann an Nutzer vermietet wird [Gro-2012, S. 58f]. Abhängig davon, ob der Bau-

herr und Auftraggeber der spätere Vermieter oder Eigennutzer ist und welche eige-

nen Kompetenzen er besitzt [Gro-2012, S. 60], haben sich bei der Planung und Ab-

wicklung von Projekten im Bereich Lager- und Materialflusssysteme nach Günthner

[Gün-2013a, S. 5-12f] prinzipiell drei Abwicklungsformen als Projektabwicklungsmo-

delle etabliert. Dabei sind zunächst schwerpunktmäßig immer die drei folgenden

Fachdisziplinen beteiligt, die im nächsten Abschnitt in Verbindung mit den Projek-

tabwicklungsmodellen nach Günthner [Gün-2013a, S. 5-12f] beschrieben werden:

Gebäudetechnik (Baukonstruktion und Haustechnik inkl. Leit- und Steuerungs-

technik),

Einrichtungstechnik (Lager- und Materialflusstechnik) und

Automatisierungstechnik / Organisation (Leit- und Steuerungstechnik des Materi-

alflusssystems).

Diese drei Fachdisziplinen werden beim ersten Projektabwicklungsmodell vom Bau-

herrn als Gewerke einzeln an unterschiedliche Lieferanten vergeben. Anwendung

findet dieses Projektmodell zur Planung und Realisierung von Logistikzentren mit

einfacher Technik und Organisation für die Einrichtung und das Gebäude mit einfa-

chen Schnittstellen zwischen den Fachdisziplinen. Im zweiten Projektabwicklungs-

modell wird die Baukonstruktion und Gebäudetechnik an einzelne Lieferanten verge-

ben. Die komplexe Einrichtungstechnik der Lager- und Materialflusstechnik wird

durch einen Generalunternehmer geplant und ausgeführt. Nach dem dritten Abwick-

lungsmodell beauftragt der Bauherr einen Generalunternehmer mit der Realisierung

des gesamten Projektes. Dieses Projektabwicklungsmodell hat sich bei einfachen

Gebäuden mit sehr hohem technischem Anteil für die Einrichtungs- und Automatisie-

rungstechnik etabliert.

Das Projektvorgehen zur Entwicklung eines Logistikzentrums kann nach den

schwerpunktmäßig beteiligten Fachdisziplinen in die Logistikplanung, zur Konzeption

und Auslegung des Material- und Informationsflusses der Intralogistik (Einrichtungs-

und Automatisierungstechnik), und in die Gebäudeplanung, zur Konstruktion des

Gebäudes sowie zur der Auslegung der Gebäudetechnik und der Energieversor-

gung, unterteilt werden (Gebäudetechnik). Dafür kann die Planung des Gebäudes als

auch der Logistik nach Scholl [Scho-2011, S. 9] als „ein von Entscheidungsträgern


41

auf der Grundlage unvollkommener Informationen durchgeführter, zukunftsorientier-

ter, grundsätzlich systematischer und rationaler Prozess zur Lösung von (Entschei-

dungs-)Problemen unter Beachtung subjektiver Ziele“ verstanden werden. Als An-

stoß und Ausgangspunkt jeder Planung beschreibt Scholl [Scho-2011, S. 7f] das Vor-

liegen bestimmter Zustände, die von einem Betroffenen (dem Eigennutzer oder spä-

terem Mieter des Logistikzentrums) im Vergleich zu anderen Zuständen als nicht be-

friedigend empfunden werden. Allgemein betrachtet, liegt dann Scholl [Scho-2011,

S. 7f] folgend aufgrund der Abweichung zwischen derzeitigem und angestrebtem Zu-

stand ein Problem vor. Die Aufgaben der Planung liegen daher darin, geeignete

Maßnahmen unter Beachtung sämtlicher relevanter Informationen zur Lösung des

Problems zu bestimmen. Die in der Planung auftretenden Entscheidungsprobleme

werden durch die Ausgangssituation des zu planenden Systems, durch die Hand-

lungsalternativen, d. h. den verfügbaren Handlungsmöglichkeiten zur Erreichung des

angestrebten Zustandes und deren Wirkungszusammenhängen, durch die Zielset-

zung und die Handlungsergebnisse als Beurteilung der Handlungsalternativen unter

Beachtung derer Wirkungszusammenhänge, beschrieben [Scho-2011, S. 7f]. Als

entscheidend für den Erfolg der Planung beschreibt Gudehus [Gud-2012, S. 63ff] die

Kenntnisse über die Ziele, Leistungsanforderungen und Rahmenbedingungen sowie

über die Handlungsmöglichkeiten. Demnach bestehen in der Logistik organisatori-

sche, technische und wirtschaftliche Handlungsmöglichkeiten, die zur Berücksichti-

gung in der Planung als Alternativen bekannt und verfügbar sein müssen.

2.3.1 Ablauf der Logistikplanung

Das Vorgehen zur Entscheidungsfindung und Problemlösung in der Logistikplanung

stellt einen iterativen und stufenweisen Prozess dar [Jün-1989, S. 551ff, Ket-

1984,S. 10], wobei die einzelnen Prozessschritte weder eindeutig voneinander, noch

streng nacheinander bis zur Objektrealisierung durchlaufen werden müssen [All-

1999, S. 22]. In der Literatur bestehen zur Planung und Realisierung von Material-

flusssystemen unterschiedliche Vorgehensmodelle. Diese variieren jeweils in der An-

zahl der Planungsphasen und Arbeitsschritte sowie dem Detaillierungsgrad. So be-

schreiben z. B. Jünemann [Jün-1989, S. 555ff] und ten Hompel et al. [Hom-2007,

S. 331] ihre Planungssystematik in sieben Phasen bzw. Stufen. Gudehus [Gud-2012,

S. 65ff] stellt die Planung und Realisierung von Logistiksystemen in sechs Phasen

dar, in denen bestimmte Arbeitsschritte bis zur Erreichung der vorgegebenen Ziele

und Leistungsanforderungen durchlaufen werden. Der Arbeitsinhalt und die Ergeb-

nisse dieser unterschiedlichen Vorgehensweisen sind jedoch immer ähnlich, wenn-

gleich mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad und anderen Bezeichnungen der Au-

toren für die Planungsphasen und darin enthaltenen Arbeitsschritten.


42

Dieser Arbeit wird das Vorgehen zur Planung von technischen Logistiksystemen

nach Allgayer [All-1999, S. 24ff] und Günthner [Gün-2013a, S. 1-11ff] zugrunde ge-

legt und im Folgenden nach Allgayer [All-1999, S. 24ff] dargelegt. Dieses Vorgehen

zur Materialflussplanung unterteilt die Planung grundsätzlich in die in Abbildung 2-13

dargestellten vier Hauptphasen 1. Vorarbeit, 2. Grobplanung, 3. Feinplanung und

4. Realisierung als Vorgehensmodell.

Abbildung 2-13: Phasen der Logistikplanung mit Übersicht zu Prinzipien und Überlegungen in den

Planungsphasen [All-1999, S. 24ff, Gün-2013a, S. 1-11ff]

Die Vorarbeiten als erste Phase der Planung dienen der Materialflussuntersuchung

zur Ist-Analyse. Ziel dieser Phase ist es, die notwendigen Planungsdaten zu ermitteln

und eine konkrete Aufgabenstellung entsprechend den Anforderungen und Rahmen-

bedingungen zu entwerfen [VDI 2689].

Die Grobplanung beinhaltet die wichtigsten und kreativsten Arbeitsschritte zur Ge-

staltung des Materialflusssystems. Ziel ist es, aus den organisatorischen, techni-

schen und wirtschaftlichen Handlungsmöglichkeiten grundsätzliche Lösungen für das

System zu erarbeiten. Dabei gilt es, die Trends und Einflussfaktoren im Bereich des

Planungshorizontes und der späteren Nutzungsphase zu berücksichtigen [VDI 2498-

1]. Unterteilt wird die Grobplanung in die von der Technik unabhängige Strukturpla-

nung zur Planung der Abläufe und Funktionseinheiten und in die Systemplanung zur

Auswahl und Dimensionierung geeigneter Lager- und Materialflusstechnik. Im Vor-

dergrund der Strukturplanung stehen die Ablauffolgen der Materialflussoperationen

und der Transportvorgänge. Mit Hilfe der Layoutplanung werden Strukturvarianten

mit verbundenen Funktionseinheiten entworfen. In der Systemplanung werden für die

erstellten Strukturvarianten qualitativ geeignete Materialflussmittel ausgewählt. Nach

einer Dimensionierung und Überprüfung der technischen Varianten erfolgt eine Be-

wertung zur Entscheidungsfindung, welche Systemvariante in der Feinplanung und

Realisierung verwirklicht werden soll. Ergebnis der Grobplanung ist ein Planungsbe-

Phasen der Logistikplanung

a) Strukturplanung

• Materialflussuntersuchung (Ist-Analyse)• Layouterfassung• Datenerfassung & -aufbereitung• Darstellung und Bewertung des Ist-Zustandes

• Ermitteln der Planungsdaten (Soll-Daten)

1. Vorarbeiten

Prinzipien und Überlegungen in der Phase der Logistikplanung

2. Grobplanung

b) Systemplanung

3. Feinplanung

4. Realisierung

1.

Phase

• Planen der Abläufe und Funktionseinheiten• Festlegen der Standorte der Lager, Bearbeitungs- und Handhabungsstationen• Festlegen der Bewegungslinien der Stückgüter• Erstellen von Strukturvarianten

2. a)

• Auswahl geeigneter Materialflussmittel für die Transport-, Lager- und Handhabungsaufgaben

• Dimensionierung der Materialflusssysteme• Überprüfen und Bewerten der Systemvarianten• Erstellen des Groblayouts

2. b)

• Überarbeiten der Planungsdaten• Detaillieren der Struktur- und Systemplanung• Erstellen der Ausschreibungsunterlagen und Auftragserteilung

3.

• Koordinieren und Überwachen der Aufgaben während der Montage und Einrichtungsarbeiten

• Abnahmeprüfung mit Tests zur Funktion, Leistung und Verfügbarkeit • Übergabe an den Auftraggeber

4.


43

richt mit Darstellung der ausgewählten Lösung und Budgetierung der Investitionen

sowie einer Betriebskostenrechnung mit Wirtschaftlichkeitsnachweisen und einem

Realisierungszeitplan [Gud-2012, S. 65ff].

In dieser Phase der Grobplanung existieren bei der Konzeption und Ausgestaltung

von Logistikzentren in der Regel mehrere Lösungsmöglichkeiten, die sich als Pla-

nungsalternativen bei der Entscheidungsfindung in der Struktur- und Systemplanung

ausdrücken. Allgayer [All-1999, S. 21f] identifiziert die Variantenbildung als wichtigste

Methode zur Lösungsfindung. So beschreiben auch Kettner et al. [Ket-1984, S. 5] die

Variantenbildung als notwendig und in einem gewissen Umfang als erwünscht. Denn

erst ein Vergleich, von unterschiedlichen Alternativen und deren Zusammensetzung

zu verschiedenen Systemvarianten mit qualitativ geeigneten Materialflussmitteln,

lässt es zu, Rückschlüsse auf die Güte oder die Unzulänglichkeiten einer Lösungsva-

riante zu ziehen und ermöglicht eine Bewertung und Auswahl. Damit ist das Varian-

tenprinzip für die Logistik ein zentrales Element im Entscheidungsprozess der Pla-

nung von Logistiksystemen. Der Prozess der Auswahl von Planungsalternativen für

Organisation und Prozesse, Steuerung und technische Anlagen, entsprechend den

Anforderungen an die logistische Leistung, legt, neben den Betriebskosten und Inve-

stitionen, den späteren Energiebedarf und die CO2-Emissionen des Gesamtsystems

fest.

Daher ist insbesondere in der Grobplanung Wissen über die energetischen Wech-

selwirkungen und Auswirkungen von Planungsalternativen notwendig. Denn in jedem

Arbeitsschritt der Grobplanung muss Wissen akquiriert und eigenes Methoden- und

Fachwissen angewandt sowie Problemlösungskompetenz bei Ungewissheit einge-

setzt werden. Damit haben Erfahrung und Wissen über die Planungsalternativen, bei

der Auswahl und Entwicklung der Struktur- und Systemvarianten sowie in der Di-

mensionierung und Bewertung der Varianten, eine zentrale Bedeutung. Um energie-

effiziente und CO2-neutrale Logistiksysteme zu konzipieren, müssen vor der Feinpla-

nung qualitativ hochwertige Informationen über die Zusammenhänge und Auswir-

kungen von Planungsalternativen auf den Energiebedarf als Wissen für die Auswahl

und Bewertung bereit stehen.

In der Phase der Feinplanung erfolgen die Detaillierung der Struktur- und Systemp-

lanung, die Festlegung der Baustufen sowie die Erstellung der Ausschreibungsunter-

lagen. In dieser Phase sind neben den Logistikplanern auch Fachleute weiterer Dis-

ziplinen wie Architekten, Ingenieure für Statik und technische Gebäudeausrüstung,

Verkehrsplaner und Informatiker beteiligt [Gud-2012, S. 67]. Das Ergebnis bilden La-

stenhefte mit Plänen und Funktionsbeschreibungen sowie technischen Spezifikatio-

nen der Gewerke, Anlagenteile und Leistungsumfänge für die Ausschreibungsunter-

lagen [Gud-2012, S. 68]. Mit der Auftragserteilung an mehrere Lieferanten, General-


44

unternehmen oder Systemdienstleister und der Auftragsbestätigung wird die Fein-

planung abgeschlossen.

Die Realisierung des geplanten Materialflusssystems beinhaltet koordinierende und

überwachende Aufgaben während der Montage- und Einrichtungsarbeiten durch die

beauftragten Firmen. Nach der Abnahmeprüfung mit Tests zur Funktion, Leistung

und Verfügbarkeit aller Anlagen und Maschinen erfolgt die Übergabe an den Auf-

traggeber. Die eigentliche Logistikplanung endet somit vor der Realisierung und Aus-

führung des Materialflusssystems.

2.3.2 Ablauf der Gebäudeplanung

Bei der Gebäudeplanung wird das Gebäude, ausgehend von der ausgewählten Vor-

zugsvariante des Materialflusssystems aus der Grobplanungsphase der Logistik er-

stellt. So werden erst in der Phase der Feinplanung der Logistik neben den Logistik-

planern Fachleute weiterer Disziplinen beteiligt und damit auch der Architekt beauf-

tragt, eine „möglichst preiswerte Hülle mit der notwendigen technischen Gebäu-

deausrüstung zu entwerfen“ [Wie-2014, S. 449]. Jedoch sind die Ansprüche an die

Gebäudeplanung und an das Gebäude samt der Konstruktion, Hülle und technischer

Ausrüstung mittlerweile u. a. aufgrund der gesetzlichen Anforderungen gestiegen,

sodass sich eine nachhaltige Bauweise als erforderlich herausstellt und in einer vor-

hergehenden komplexen Gebäudeplanung resultiert [Bau-2016a]. Diese Ansprüche

werden auch an Logistikzentren gestellt. Die Ziele des nachhaltigen Bauens liegen in

einer Minimierung des Verbrauchs an Energie und Ressourcen über die gesamten

Lebenszyklusphasen des Gebäudes [Bau-2016a]. So müssen bereits in der Planung

alle Lebenszyklusphasen des Gebäudes hinsichtlich ihrer Umweltwirkungen berück-

sichtigt werden und damit nicht nur die Errichtung oder der Betrieb, wie es bei der

konventionellen Planung bisher durchgeführt wird.

Abbildung 2-14 zeigt einen üblichen Ablauf der Gebäudeplanung nach El khouli et al.

[Elk-2014, S. 68], bestehend aus den sechs Phasen 1. Grundlagenermittlung / Vor-

studie, 2. Wettbewerb / Vorplanung, 3. Entwurfs- / Genehmigungsplanung,

4. Ausschreibung / Vergabe / Ausführungsplanung, 5. Ausführung / Fertigstellung,

6. Übergabe / Betrieb. In diesen Phasen sind für eine nachhaltige Bauweise baubio-

logische und -ökologische Optimierungen der Konstruktion notwendig. Sinnvolle

Prinzipien und Überlegungen dazu sind den einzelnen Planungsphasen der Gebäu-

deplanung in Abbildung 2-14 nach El khouli et al. [Elk-2014, S. 69] zugeordnet. Zu-

sätzlich sind die entsprechenden Leistungsphasen (LPH) der in Deutschland gesetz-

lich geregelten Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) [Bun-2013]

den Phasen der Gebäudeplanung zugeteilt. Die neun LPH der HOAI sind:

1. Grundlagenermittlung


45

2. Vorplanung

3. Entwurfsplanung

4. Genehmigungsplanung

5. Ausführungsplanung

6. Vorbereitung der Vergabe

7. Mitwirkung bei der Vergabe

8. Objektüberwachung – Bauüberwachung und Dokumentation

9. Objektbetreuung.

Abbildung 2-14: Phasen der Gebäudeplanung mit Übersicht zu den zugehörigen Leistungsphasen

nach HOAI und den Prinzipien und Überlegungen in den Planungsphasen zum nachhaltigen Bauen [Elk-2014, S. 69]

In der Verordnung der HOAI [Bun-2013] ist die Berechnung der Entgelte für die

Grundleistungen der Architekten und der Ingenieure als Auftragnehmer festgeschrie-

ben. Nach der HOAI wird als Objektplanung die Planung eines zu errichtenden Ge-

bäudes und der raumbildenden Ausbauten einschließlich der Integration der Fach-

planung verstanden. Dabei handelt es sich in der Regel um klassische Architektur-

aufgaben. Die Fachplanung stellt die Planung von Teilen eines zu errichtenden Ge-

bäudes wie Tragwerk oder Teile der TGA dar, die Ingenieure übernehmen. Bei der

TGA wird weiter zwischen den Fachplanern für z. B. Abwasser-, Wasser- und Gasan-

lagen, Wärmeversorgungsanlagen, Starkstromanlagen oder der Gebäudeautomati-

sation unterschieden. Die Gebäudeplanung, sprich die Objektplanung inklusive der

Fachplanung, endet mit der Mitwirkung der Vergabe nach HOAI [Hei-2014, S. 18].

In allen Planungsprozessen der Phase 2 Wettbewerb / Vorplanung und Phase 3

Entwurfs- / Genehmigungsplanung der Gebäudeplanung nach [Elk-2014, S. 68]

Phasen der Gebäudeplanung

• Rahmenbedingungen und Anforderungen ermitteln• Langfristige Nutzungsanforderungen klären• Auflagen und Vorgaben ermitteln• Bestand evaluieren und bewerten• Ziele festlegen

1. Grundlagenermittlung / Vorstudie

Prinzipien und Überlegungen in der Phase der Gebäudeplanung

2. Wettbewerb / Vorplanung

5. Ausführung / Fertigstellung

6. Übergabe / Betrieb

1.

Phase

• Strategie festlegen und grundlegende Konzepte erarbeiten• Wechselwirkungen, Widersprüche und Synergien ermitteln• Varianten und Bauteilevergleiche erstellen

2.

• Annahmen aus der Vorplanung überprüfen und konkretisieren• Konformität der Planung mit baurechtlichen und ökonomischen

Anforderungen prüfen3.

• Konstruktion in Detailplanung und Produktauswahl weiterentwickeln• Detailausbildung und Fügung optimieren• Nachhaltigkeitsaspekte in die Ausschreibung integrieren

4.

• Baustellenbetrieb und Bauprozesse optimieren• Qualität auf der Baustelle kontrollieren und sichern

5.

3. Entwurfs- / Genehmigungsplanung

4. Ausschreibung / Vergabe / Ausführungsplanung

1

LHP HOAI

2

3; 4

5; 6

7; 8; 9

• Voraussetzung für optimale Bewirtschaftung schaffen• Zusammenhang zwischen Lebenszykluskosten und

Umweltwirkungen im Betrieb beachten6. -


46

müssen, wie bei der Materialflussplanung, sehr häufig Entscheidungen zur Auswahl

von verschiedenen Varianten wie z. B. für Gebäudegeometrie, Bauteile und techni-

sche Lösungen getroffen werden. Zur Bewertung der Varianten sind klare Kriterien,

wie in Bezug auf Funktionalität, Kosten und Umweltverträglichkeit, notwendig [Bau-

2016b]. Hinsichtlich der Vergleichbarkeit von nachhaltigen Gebäudevarianten gelten

nach dem Portal Baunetz Wissen [Bau-2016b] folgend die Aspekte Energiebedarf,

Umweltverträglichkeit und Angaben zur Aufenthaltsqualität mit definierten Kriterien

zum Energie- und Ressourcenverbrauch sowie zum thermischen Komfort, zur Luft-

und Lichtqualität und Akustik als aussagefähig. Aus den Planungsunterlagen können

viele Kriterien einfach ermittelt werden, bei anspruchsvollen Bauprojekten sind dar-

über hinaus zusätzliche Vorhersagen zum dynamischen Verhalten eines Gebäudes

als Entscheidungshilfen zweckmäßig und erwünscht [Bau-2016b]. Dafür kann mit

Hilfe von Computerprogrammen das Gebäudeverhalten bspw. für Wärmespeicher-

vorgänge simuliert werden. El khouli et al. [Elk-2014, S. 70] schreiben dazu, dass in

der Regel in jeder der ersten drei Planungsphasen die folgenden drei Fragen für jede

der drei nachfolgenden Kategorien (vgl. Abbildung 2-14) zu beantworten sind:

„Grundlegende Prinzipien und Überlegungen: Welche Einflussmöglichkeiten be-

stehen in den jeweiligen Planungsphasen und welche Überlegungen und Über-

prüfungen sind zur Erreichung der Ziele notwendig? Welche Ansätze und Prinzi-

pien können verfolgt werden?

Themen und Maßnahmen: Mit welchen Maßnahmen lässt sich eine Einbindung

der Themen Bauökologie und -biologie in den Planungsprozessen [zum nachhal-

tigen Bauen] sicherstellen […]?

Instrumente und Tools: Mithilfe welcher Werkzeuge und Hilfsmittel können die

notwendigen Entscheidungsgrundlagen erstellt werden? Wie lassen sich diese

mit vertretbarem Aufwand in den Planungsprozess integrieren? Welche Syner-

gien ergeben sich durch den Einsatz der einzelnen Instrumente?“ [Elk-2014,

S. 70]

Weiterhin stellen El khouli et al. [Elk-2014, S. 68ff] fest, dass eine Verschiebung von

Planungsleistungen in frühere Planungsphase erforderlich ist, um den erhöhten An-

forderungen an eine ressourcenschonende Bauweise und einen energieeffizienten

und CO2-neutralen Betrieb des Gebäudes gerecht zu werden. Die Autoren begrün-

den das zum einen mit der Notwendigkeit, detaillierte Untersuchungen im Rahmen

der Grundlagenermittlung (Baugrund und Altlasten, mittel- und langfristige Nutzungs-

anforderungen etc.) durchzuführen. Zum anderen geben sie an, dass für eine belast-

bare Beurteilung der Konstruktion bereits in der Vorstudie ein hoher baukonstruktiver

Detaillierungsgrad (Gebäude-, Energie- oder Schachtkonzepte etc.) notwendig ist.

Dafür müssen Struktur, Form, Konstruktion, TGA und Außenwirkung des Gebäudes


47

und der Bauteile gesamtheitlich betrachtet werden, sodass eine frühzeitige Abklä-

rung mit Fachplanern und Spezialisten unentbehrlich wird. Zu einer frühzeitigen Ein-

bindung der Fachplanung in der Objektplanung kommt hinzu, dass die Bedeutung

der Fachplanung zunimmt. Denn mittlerweile bestimmen die installierten Geräte und

Anlagen der TGA für Beheizung, Belüftung, Beleuchtung, Sonnenschutz, Telekom-

munikation, EDV etc. die Funktionalität [Hei-2014, S. 10] und den Energiebedarf von

Gebäuden maßgeblich mit. So schreiben auch El khouli et al. [Elk-2014, S. 72], dass

mit dem Gebäudekonzept das Gebäudetechnikkonzept erheblichen Einfluss auf die

Umweltwirkungen eines Gebäudes hat. Auch die gegenseitige Einflussnahme der

Objektplanung (Architektur) und Fachplanung auf die Gestaltung von Gebäuden füh-

ren zu Wechselwirkungen zwischen den Bereichen, welche sich auf den späteren

Energieverbrauch des Gebäudes auswirken [Elk-2014, S. 72]. Damit ist das Thema

Energie und der verbundene zukünftige Energiebedarf übergreifend über die Ob-

jekt- und Fachplanung zu betrachten.

Die Ermittlung des zukünftigen betrieblichen Energiebedarfs, in diesem Absatz be-

schrieben nach dem Vorgehen nach Kettner et al. [Ket-1984, S. 79], schließt an die

Layouterstellung an, indem zuerst die Energieverbraucher nach der Energieart und

der örtlichen Anordnung im Gewerk erfasst werden. Im Anschluss werden in der De-

tailplanung die Leistungsfaktoren, Gleichzeitigkeitsfaktoren, Durchschnitts- und Spit-

zenwerte für die einzelnen Gewerke ermittelt und entsprechend der Anforderungen

der Verbraucher an die Energieart und -verteilung konzeptioniert. Dieses Vorgehen

orientiert sich an der geforderten Anschlussleistung der Energieverbraucher, inklusi-

ve der Intralogistik. Aussagen über den Energiebedarf der Anlagen lassen sich mit

diesem Vorgehen nicht treffen, da die tatsächlich aufgenommene Leistung, die durch

den Arbeitsprozess und die Gleichzeitigkeit begrenzt ist, in der Regel wesentlich ge-

ringer ist als die Nennleistung der Anlagen und daher von der Anschlussleistung un-

terschieden werden muss [VDI 3802-1, S. 28]. Für die Auslegung der Energieversor-

gung legt der Fachplaner anschließend das gesamte Verteilnetz innerhalb aller Ver-

braucheranlagen der unterschiedlichen Gewerke aus. Die Wahl eines passenden

Anschlusswertes zwischen maximaler und minimaler Anschlussleistung obliegt damit

dem Fachplaner [Kad-2010, S. 183ff]. Bei der Auslegung der Anschlussleistung wer-

den somit lediglich die von den Herstellern übermittelten Nennleistungen der Ma-

schinen und Anlagen unter Berücksichtigung von angenommenen Gleichzeitigkeits-

faktoren und Durchschnitts- und Spitzenwerten sowie einem genügend großen Si-

cherheitsfaktor genutzt [Ric-2013, S. 216]. Leistungs- und Energiearten und damit

die reale Leistungsaufnahme der Materialflusstechnik stellen bisher eine untergeord-

nete Rolle bei der Auslegung der Energieversorgung dar. Auf dieser Grundlage wer-

den die gewählten Komponenten der Energieversorgung der Intralogistik in der Re-

gel deutlich überdimensioniert ausgeführt [Ric-2013, S. 216].


48

Für eine ganzheitliche, erfolgreiche und nachhaltige Gebäudeplanung zur Gestaltung

energieeffizienter und CO2-neutraler Gebäude beschreibt Löhnert [Löh-2007], auf

Basis seiner Erfahrungen bei der Planung umweltambitionierter komplexer Baupro-

jekte im Nichtwohnungsbau, eine integrale Planung durch ein interdisziplinäres Pla-

nungsteam als eine unverzichtbare Voraussetzung. Auch der Leitfaden Nachhaltiges

Bauen des Bundesministeriums für Umwelt Naturschutz Bau und Reaktorsicherheit

(BMUB) [BMUB-2016a, S. 8] gibt an, dass zukunftsfähiges und nachhaltiges Bauen

und Betreiben von Gebäuden eine ganzheitliche und integrale Planung voraussetzt.

Demnach sind bereits heute viele Aspekte einer ganzheitlichen und integralen Pla-

nung Gegenstand der konventionellen Planung. Jedoch beschränkt sich die konven-

tionelle Planung dem Leitfaden des BMUB nach bisher nur auf eine Vielzahl von Ein-

zelaspekten in den unterschiedlichen Lebenszyklusphasen eines Gebäudes, ohne

dass vorhandene Abhängigkeiten und Wechselwirkungen berücksichtigt werden. In

diesem Zusammenhang steht der Begriff „integrale Planung“ nach Heidemann [Hei-

2014, S. 10] allgemein für eine Lösung, die der erhöhten Komplexität und den ge-

stiegenen Anforderungen an die Objekt- und Fachplanung gerecht wird. Was konkret

unter einer integralen Planung zu verstehen ist und welche Prozesse diese aus-

zeichnen, ist Heidemann folgend bisher in Praxis und Literatur nicht konkret definiert

worden.

Jedoch sind mit der integralen Planung, die bisher nicht überall umgesetzt wird, weil

immer noch eine gewerkeorientiertes Denken und Handeln vorherrscht [Hei-2014,

S. 12], nach Bauer und Mösle [Bau-2011, S. 137] weiterhin nicht alle Möglichkeiten

für die Entwicklung von nachhaltigen Gebäuden ausgeschöpft. Denn das Wissen

über den gesamten Lebenszyklus von Gebäuden wird Bauer und Mösle nach weiter-

hin mit der integralen Planung nicht in einem ausreichenden Maße mit einbezogen.

So schreiben Bauer und Mösle weiter, dass üblicherweise Architekten und Fachpla-

ner nach einer erfolgreichen Übergabe nicht mehr am Betrieb des Gebäudes interes-

siert waren, sodass wenig Betriebswissen in die Planung und im Umkehrschluss we-

nig Konzeptwissen von der Planung in den Betreib von Gebäuden geflossen ist. Da-

her resümieren Bauer und Mösle, dass für nachhaltige Gebäude eine auf den Le-

benszyklus ausgerichtete Planung (engl. Life Cycle Engineering (LCE)) als Weiter-

entwicklung der integralen Planung anzuwenden ist.

2.4 Wissen und Methoden zur Erhöhung und Bewertung von Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung

Der spätere Energieverbrauch und die dadurch bedingten CO2-Emissionen des Be-

triebs von Logistikzentren werden in der Planung durch die festzulegende Infrastruk-

tur, Anordnung der Flächen, der Konstruktion des Gebäudes und der gebäudetech-


49

nischen und intralogistischen Anlagen determiniert. Um ganzheitlich energieeffiziente

und CO2-neutrale Logistikzentren zu entwerfen, ist Wissen über Maßnahmen und

Methoden in der Logistik- als auch Gebäudeplanung notwendig. Den Planern müs-

sen zum einen die Maßnahmen und Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizi-

enz bekannt sein. Dafür müssen auch Erkenntnisse über energetische Wechselwir-

kungen dieser Möglichkeiten sowie deren Auswirkungen auf den Gesamtenergiebe-

darf vorliegen. Zum anderen müssen für eine Bewertung und Auswahl der aus den

Planungsalternativen erstellten Varianten für die anschließende Fein- und Detailpla-

nung Methoden zur Ermittlung und Bewertung des Energiebedarfs und der CO2-

Emissionen vorhanden sein. Der aktuelle Wissensstand über die Möglichkeiten zur

Senkung des Energiebedarfs und Reduzierung der CO2-Emissionen von Logistikzen-

tren sowie zu in der Planung von Logistikzentren etablierten Methoden zur Ermittlung

des Energiebedarfs werden im Folgenden analysiert.

2.4.1 Maßnahmen zur Senkung des Energiebedarfs und Reduzierung der CO2-Emissionen

Um den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen von Logistikzentren zu reduzie-

ren, bestehen auf unterschiedlichen Handlungsebenen, dargestellt in Abbildung 2-15

nach [Gün-2010, S. 60], zahlreiche Möglichkeiten. Hierbei ist die Reduzierung der

tatsächlich bezogenen Energie vom Energieversorger bei gleichbleibender zu erbrin-

gender Leistung zu betrachten, um die Energieeffizienz zu steigern. Bei Betrachtung

der Energiekosten bestehen weitere Möglichkeiten zur Reduzierung dieser. So kön-

nen die Energiekosten, mit einer Senkung der tatsächlich bezogenen Energie (Ar-

beitspreis), auch durch die Optimierung der im Mittel bezogenen Leistung (Lei-

stungspreis) z. B. durch Reduzierung der Lastspitzen im Betrieb [Hes-2008, S. 121ff]

zusätzlich verringert werden. Diese Optimierungen senken zwar die Energiekosten,

führen aber nicht zu einem geringeren Energieverbrauch. Daher sind in der Planung

die organisatorischen und technologischen Möglichkeiten zur Steigerung der Ener-

gieeffizienz sowie die dazu geeigneten Maßnahmen für die in Abbildung 2-15 aufge-

zeigten vier Handlungsebenen zu betrachten. Die Höhe der Potentiale zur Energie-

einsparung auf den Handlungsebenen ist in Abbildung 2-15 schematisch als grüne

Fläche aufgezeigt, so besteht das höchste Potenzial auf der Ebene (4) Baustoffe,

Komponenten und Antriebe. Dieses nimmt über die Ebenen ab, sodass das gering-

ste Potentiale zur Energieeinsparung die Handlungsebene (1) bietet. Konkrete An-

sätze und Maßnahmen, die während der Planung von Logistikzentren zur Verfügung

stehen um diese Potenziale zu heben, werden für die Handlungsebenen der Berei-

che Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle im Folgenden erläutert.

Auf allen Handlungsebenen bestehen prozessübergreifende Möglichkeiten zur Opti-

mierung des Energiebedarfs von Logistikzentren in der Planung. Zu den prozess-


50

übergreifenden organisatorischen Maßnahmen gehören die Volumen- und Flächen-

optimierung. Konkrete Möglichkeiten zur Optimierung bestehen hier in der Gestal-

tung eines kompakten Materialflusslayouts des Logistikzentrums, u. a. durch Auto-

matisierung der Intralogistik. So kann durch eine Erhöhung des Volumennutzungs-

grades bei gekühlten oder beheizten Logistikzentren in der Planung der Kühl- und /

oder Heizenergiebedarf im Betrieb durch die Reduzierung des zu konditionierenden

Raumvolumens erheblich gesenkt werden [Dem-2007]. Zu den prozessübergreifen-

den technologischen Möglichkeiten gehöhren Maßnahmen zur energetischen Opti-

mierung von Querschnittstechnologien wie der Druckluftanlage [LfU-2004, Poh-2012]

oder Maßnahmen zum Einsatz alternativer Brandschutzsysteme, z. B. mit einem

Konzept für einen präventiven Brandschutz (Sauerstoffreduzierung) [Fuj-2016].

Abbildung 2-15: Handlungsebenen und Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz und

Reduzierung der CO2-Emissionen von Logistikzentren, in Anlehnung an [Gün-2010, S. 60]

Weiterhin bestehen zusätzlich organisatorische Möglichkeiten für die Handlungsebe-

ne (1) Substitution von Energieträgern, die auf der Versorgung von Logistikzentren

mit möglichst regenerativer Energie zur Reduzierung der CO2-Emimssionen beruhen.

Dazu müssen in Verbindung immer die technologischen Möglichkeiten für Anlagen

und Maschinen mitbetrachtet werden, wie z. B. das Heizsystem wenn statt Gas ein

anderer Energieträger zur Wärmeerzeugung eingesetzt werden soll.

Maßnahmen zur Optimierungen der Transportwege und Logistikprozesse zur Ver-

meidung von Verschwendung als organisatorische Möglichkeiten führen zu einer

Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen auf der Handlungs-

ebene (2) Innerbetriebliche Abläufe und Prozesse.

Betreffend die Handlungsebene (3) Baumaterialien, Maschinen und Anlagen können

organisatorische Maßnahmen zur Optimierung der Betriebs- und Steuerungsstrate-

gien der gebäudetechnischen und intralogistischen Anlagen ergriffen werden. Mit

optimal ausgewählten Betriebsparametern kann z. B. der Energiebedarf der Hei-

Schriftgröße 10(1) Substitution der Energieträger

(2) Innerbetriebliche Abläufe und Prozesse

(3) Baumatrialien, Maschinen und Anlagen

(4) Baustoffe, Komponenten und Antriebe

Handlungsebenen

Pro

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Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung der CO2-Emissionen


51

zungs- oder Kälteanlage [Pud-2014] oder der Klima- und Lüftungstechnik [Tro-2013]

reduziert werden. Intelligente Steuerungskonzepte für die Förder- und Lagertechnik

können in Schwachlastphasen die Dynamik reduzieren oder zeitweise nicht benötigte

Anlagenteile stilllegen [o. V.-2010] (run on demand), sodass diese keine Energie in

nicht produktiven Zeiten verbrauchen. Weitere Konzepte bestehen in einer energieef-

fizienten Bahnplanung von automatischen Regalbediengeräten oder Lagerbetriebs-

strategien [Gün-2013b, Ert-2013].

Auf der Handlungsebene (4) Baustoffe, Komponenten und Antriebe führen Maßnah-

men zur Dimensionierung und Auswahl von richtigen Komponenten und Antrieben zu

erheblichen Reduzierungen des zukünftigen Energieverbrauchs sämtlicher Anlagen

und Maschinen im Logistikzentrum. Bei Anwendungen der Intralogistik mit häufigen

Beschleunigungen besteht z. B. die Möglichkeit einen Frequenzumrichter für einen

geregelten Betrieb einzusetzen und damit die Energieeffizienz zu steigern [Gün-

2009]. Durch die Auswahl von optimalen Baustoffen für die Gebäudehülle zur Däm-

mung oder für die Fenster, sowie eine richtige Dimensionierung dieser, kann zusätz-

lich Wärmeenergie eingespart werden. Des Weiteren ist bei der Auswahl von Kom-

ponenten und Antrieben der Wirkungsgrad entscheidend. Um die elektrische Energie

möglichst effizient umzuwandeln, muss daher bei der Auswahl von Antriebssystemen

für sowohl die Intralogistik als auch die Gebäudetechnik darauf geachtet werden,

dass die eingesetzten Komponenten wie Frequenzumrichter, Elektromotor und Ge-

triebe einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen [Eng-2009, S. 95ff]. Mit Erhö-

hung der Wirkungsgrade zur effizienteren Energienutzung bietet die Maßnahme zur

Energierückgewinnung / -speisung weitere Potenziale zur Senkung des Energiever-

brauchs. So kann bei raumlufttechnischen Anlagen die Wärme wieder zurückgeführt

werden oder bei Bremsvorgängen der Lagertechnik die generatorisch erzeugte

Energie wieder zurück ins lokale Stromnetz gespeist werden, sodass die Energie

nicht als Wärmeenergie über mechanisches Bremsen unbrauchbar wird. Im Bereich

Flurförderzeuge stehen darüber hinaus alternative Antriebskonzepte und Speicher-

technologien wie das Lithium-Ionen-Energiesysteme [Gau-2013] oder der Brenn-

stoffzellenantrieb [Fro-2013a] zur Reduzierung von CO2-Emissionen und des Ener-

gieverbrauchs zur Verfügung oder sind in Erprobung [Mic-2014].

2.4.2 Ansätze und Verfahren zur Ermittlung und Bewertung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen

Um den Energiebedarf zu ermitteln und zu bewerten, bestehen unterschiedliche An-

sätze. Günthner und Habenicht [Gün-2013b, S. 15ff] schreiben dazu, dass zur Ermitt-

lung des Energieverbrauchs von Anlagen oder Maschinen dieser prinzipiell gemes-

sen, berechnet oder geschätzt werden kann. Kadel [Kad-2010, S. 83] schreibt zu-

sätzlich, dass es dabei wichtig ist, zwischen den Begriffen Energieverbrauch und


52

Energiebedarf zu unterschieden. Kadel folgend gibt der Energiebedarf an, wie viel

Energie benötigt wird, um eine bestimmte, geforderte Leistung unter vorherrschen-

den oder definierten Randbedingungen zu erbringen; der Energieverbrauch hingegen

gibt an, wie viel Energie tatsächlich benötigt und aufgewendet wurde, um die Lei-

stung zu erfüllen. Damit ist der Energiebedarf zukunftsorientiert, während der Ener-

gieverbrauch in der Vergangenheit tatsächlich erfolgt ist. So schreibt auch die VDI

3807 [VDI 3807-1] in den Grundlagen zu Verbrauchskennwerten für Gebäude im

Blatt 1, dass Bedarfskennwerte entsprechend den anerkannten Regeln der Technik

und unter Annahmen von Randbedingungen und Nutzungsparametern sowie mit Hil-

fe von Szenarien berechnet werden. Verbrauchskennwerte werden auf Basis des

gemessenen und bereinigten Energieverbrauchs gebildet. Demnach können der VDI

3807 folgend Bedarfskennwerte in der Planungsphase als Entscheidungsgrundlage

für Optimierungsmaßnahmen verwendet werden, während Verbrauchskennwerte als

Grundlage für Vergleiche und Optimierungen in der Betriebsphase verwendet wer-

den.

Die Ansätze zur Ermittlung des Energieverbrauchs und Energiebedarfs werden in

diesem Absatz nach Günthner und Habenicht [Gün-2013b, S. 15ff] beschrieben. Der

Energieverbrauch kann demnach messtechnisch erfasst sowie über die Auswertung

von Rechnungen des Energieversorgers für die Lieferung von Energie bzw. Energie-

trägern nachvollzogen werden. Mittels Messungen an bestehenden Anlagen kann

der Energieverbrauch mit größter Genauigkeit zuverlässig ermittelt werden. Beim

Schätzen erfolgt auf Grundlage von Annahmen eine ungefähre Bestimmung des

Energiebedarfs. Hierzu können Daten von statistischen Ämtern durch Exploration

hochgerechnet oder auf Basis eines vergangenheitsbezogenen Energieverbrauchs in

Form von Kennzahlen ermittelt werden. Die Abbildungsgüte von Schätzungen ist da-

bei relativ gering. Eine Berechnung des Energiebedarfs kann entweder analytisch

oder simulativ erfolgen. Mit analytischen Berechnungen und Formeln, wie beispiels-

weise die mechanische Energiebetrachtung unter Berücksichtigung von Wirkungs-

graden sowie die Bestimmung des Energiebedarfs über Betriebszustände, kann der

Energiebedarf berechnet werden. Eine Berücksichtigung von dynamischen Aspekten

im System, wie die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von elektrischen Antrieben

und vom Motorendrehmoment sowie der Motorendrehzahl ermöglichen simulative

Vorgehen bei der Energieermittlung mit dynamischen Simulationen. Die Berechnung

und insbesondere die Simulation des Energieverbrauchs sind meisten mit hohem

zeitlichen Aufwand verbunden, bieten aber eine mittlere bis hohe Abbildungsgüte.

Den Zusammenhang zwischen Zeitaufwand und Genauigkeit / Zuverlässigkeit als

Abbildungsgüter dieser Ansätze zeigt Abbildung 2-16 nach Günthner und Habenicht

[Gün-2013b, S. 19]. Energiemessungen bieten zwar die zuverlässigsten Ergebnisse

hinsichtlich der Abbildungsgüte bei einem geringen Zeitaufwand, wenn mehrere Zäh-

ler bereits installiert sind, können jedoch nur an bereits realisierten Anlagen und da-


53

mit in existierenden Systemen durchgeführt werden. Je detaillierter der Energiever-

brauch den einzelnen Anlagen und Maschinen in einem System zugeschrieben wer-

den soll, desto aufwendiger und kostenintensiver wird die zu installierende Mess-

technik oder die Durchführung von mobilen Messungen.

Abbildung 2-16: Klassifikation der Ansätze zur Ermittlung des Energiebedarfs nach ihrer Abbil-

dungsgüte und dem Zeitaufwand [Gün-2013b, S. 19]

Bei der Planung von Logistikzentren kann mit Hilfe von gemessenen Energiever-

brauchswerten von ähnlichen Systemen mit annährend gleichen Anforderungen an

die Logistikleistung der Energiebedarf des geplanten Systems mittels Kennzahlen

geschätzt werden. Da aber die Randbedingungen bei komplexen Systemen wie Lo-

gistikzentren im Voraus schwer zu bestimmen sind, muss der vergangenheitsbezo-

gene Energieverbrauch nicht zwangsläufig mit dem vorausbestimmten Energiebedarf

übereinstimmen [Kad-2010, S. 83]. Damit haben Schätzungen und Prognosen des

Energiebedarfs auf Grundlage von Vergangenheitswerten die geringste Abbildungs-

güte, können aber mit einem geringen Zeitaufwand durchgeführt werden, wenn

Energiekennzahlen und -parameter bereits existieren, was für die Intralogistik selten

der Fall ist. Dynamische Simulationen liefern zwar eine sehr genau Abbildungsgüte,

sind aber entsprechend zeitaufwendig. Im Rahmen der Planung neuer Systeme kön-

nen naturgemäß nur Energiebedarfswerte verwendet werden. In der Ermittlung die-

ser liegt auch die Schwierigkeit begründet, weil diese nicht über Messungen be-

stimmt werden können.

Verfahren und Normen zur Ermittlung und Bewertung des Energiebedarfs in der Logistik- und Gebäudeplanung

Um den Energiebedarf von intralogistischen Anlagen und Systemen mit den be-

schriebenen Ansätzen zu ermitteln und in der Planungsphase zu optimieren, können

unterschiedliche Softwarewerkzeuge eingesetzt werden. Dazu haben Günthner und

Habenicht [Gün-2013b, S. 19ff] am Markt verfügbare Werkzeuge zur Ermittlung des

Energiebedarfs von intralogistischen System auf ihre Eignung in der Logistikplanung

untersucht. Ihre Ergebnisse zeigen, dass neun Werkzeuge eine Ermittlung des Ener-

giebedarfs auf Anlagen-, Geräte- oder Komponentenebene ermöglichen: Die Werk-

Schriftgröße 10

Abbildungsgüte

Schätzung

analytische Berechnung

dynamische Simulation

Messung

Zeitaufwand

hoch

mittel

gering

gering mittel hoch


54

zeuge für die Komponentenebene lassen eine Untersuchung des Antriebssystems

von Fördermitteln, jedoch nicht eine Ermittlung des Energiebedarfs der gesamten

Fördertechnik, zu. Hauptanwendungsfall dieser Werkzeuge ist die Projektierung des

Antriebssystems, dessen Energiebedarfsermittlung lediglich eine Zusatzfunktion dar-

stellt. Auf der Geräteebene ermöglichen die untersuchten Werkzeuge eine Berech-

nung des Energiebedarfs von unterschiedlichen Fördermitteln wie Rollen-, Ket-

ten- oder Gurtförderer. Diese Werkzeuge eignen sich den Autoren zufolge jedoch nur

bedingt für den Einsatz in der Grobplanungsphase, denn zahlreiche Eingangsgrö-

ßen, die die Werkzeuge für die Berechnung benötigen, sind in der Phase der Grob-

planung nicht vorhanden oder haben eine zu geringe Qualität. Mit Hilfe von dynami-

schen Materialflusssimulationen kann der Energiebedarf von ganzen Logistikanlagen

mittels Simulationswerkzeugen der Logistikplanung bestimmt werden. Auf Grund ei-

nes hohen Implementierungsaufwands, so stellen die Autoren fest, sind diese Simu-

lationswerkzeuge insbesondere für die Energieermittlung in der Grobplanung von

technischen Logistiksystemen nicht direkt vorgesehen. Über die untersuchten Werk-

zeuge der Autoren hinaus bestehen bis auf VDI Richtlinie Typenblatt Flurförderzeuge

[VDI 2198] keine Richtlinien, Normen, Berechnungsvorschriften oder -verfahren zur

analytischen Ermittlung des Energiebedarfs von Anlagen und Geräten der Material-

flusstechnik. So stehen keine etablierten Methoden zur Ermittlung des Energiebe-

darfs von Logistikzentren in der Grobplanung der Logistik zur Verfügung, welche eine

Bewertung und Auswahl von Planungsalternativen hinsichtlich Energieeffizienz und

CO2-Neutralität frühzeitig ermöglichen.

Für den Bereich des Gebäudes existiert mit der aktuell gültigen Fassung der EnEV

[BMUB-2016] eine gesamtheitliche energetische Betrachtung des Gebäudes unter

Einbeziehung der Anlagen- und Bautechnik. Diese Verordnung unterscheidet zusätz-

lich zwischen Wohn- und Nichtwohngebäuden. Nichtwohngebäude werden nochmals

in normal beheizte (>19 °C) und niedrigst beheizte (12 °C bis 19 °C) Gebäude einge-

teilt. Die Berechnung des Energiebedarfs entsprechend den Anforderungen der ver-

pflichtenden EnEV legt die DIN V 18599 [DIN 18599] fest. Diese Vornorm definiert in

zehn Teilen analytische Berechnungsvorschriften für die Ermittlung des Nutz-, End-

und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwasser und Beleuch-

tung von Gebäuden. Damit werden auch interne Quellen (Abwärme) wie Beleuch-

tung oder Personen als Wärmequellen / -senken einbezogen. Anlagen und Prozesse

aus Produktion und Logistik bei Nichtwohngebäuden werden allerdings in der

Vornorm nicht mit betrachtet und damit auch keine Wechselwirkungen zwischen dem

Logistikgebäude und der Intralogistik im Gebäude berücksichtigt. Die Berechnungen

nach der [DIN 18599] erlauben somit nur die Ermittlung und Beurteilung aller Ener-

giemengen, die zur Beheizung, Warmwasserbereitung, raumlufttechnischen Kondi-

tionierung und Beleuchtung von Gebäuden notwendig sind. Für die Bewertung der

Energieeffizienz erfolgt ein Vergleich der ermittelten Energiebedarfskennwerte mit


55

Referenzwerten für gleiche Gebäudetypen oder durch Vergleich der ermittelten

Energiebedarfskennwerte mit Vergleichswerten von vergleichbar genutzten Gebäu-

den. Mit der [DIN 18599] kann der Energiebedarf für das Logistikgebäude, ohne Be-

rücksichtigung des Einflusses und des Energiebedarfs der Intralogistik, in der Vor-

und Entwurfsplanung ermittelt werden.

Neben den Berechnungsvorschriften der [DIN 18599] wurden mittlerweile für die Op-

timierung des Energiebedarfs von Gebäuden in der Gebäudeplanung, insbesondere

aufgrund zunehmender gesetzlicher Anforderungen, zahlreiche Modelle und Werk-

zeuge zur Konzeption von energieeffizienten Gebäuden entwickelt. Das Spektrum

dieser Werkzeuge reicht dabei von Modellen zur Berechnung von Wärmetransport-

vorgängen zwischen Gebäudezonen bis hin zu Softwarelösungen für die (Wärme-)

Simulation kompletter Gebäude [Sei-2015, S. 216]. Ein wesentlicher Optimierungs-

ansatz dabei ist der Einsatz von Simulationswerkzeugen. Dazu schreiben Bauer und

Mösle [Bau-2011, S. 141f], dass Simulationswerkzeugen bereits in frühen Planungs-

phasen ermöglichen, verschiedene Planungsalternativen und Lösungsvarianten zu

vergleichen, diese zu bewerten sowie die Funktionstüchtigkeit von innovativen Lö-

sungen zu belegen, bevor sie gebaut werden. Dies ist den Autoren folgend notwen-

dig, da insbesondere bei nachhaltigen und energieeffizienten Gebäuden mit geringen

CO2-Emissionen innovative Lösungen angegangen werden, die vorher noch nicht

realisiert worden sind und zu denen es wenig Erfahrung und Wissen aus dem Betrieb

gibt. Die gängigen Simulationswerkzeuge der Gebäudeplanung ermöglichen es, das

energetische, thermische, strömungstechnische und visuelle Verhalten von und in

Räumen und Gebäuden zu berechnen. Um die Energieeffizienz und das Anlagen-

verhalten der Gebäudetechnik korrekt abzubilden, ist es jedoch wichtig, von Beginn

an die geplanten Anlagensysteme mit dem konstruierten Gebäude zu simulieren.

Wie in der Logistikplanung, ist der Einsatz von Simulationswerkzeugen in der Ge-

bäudeplanung zeitintensiv und mit hohem Implementierungsaufwands verbunden.

Daher sind diese Simulationswerkzeuge zur Ermittlung des Energiebedarfs in den

Phasen der Grob- und Vorplanung von Logistikzentren nicht immer geeignet.

Darüber hinaus bestehen im Gebäudebereich mit der [DIN 18599] weitere Nor-

mungsaktivitäten hinsichtlich Energieeffizienz und insbesondere zur Nachhaltigkeit,

u. a. mit Verfahren zur Darstellung der Energieeffizienz und zur Erstellung eines Ge-

bäudeenergieausweises [DIN 15217], Verfahren zur Festlegung von Energiekenn-

werten [DIN 15603] oder Verfahren für die Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäu-

den im Lebenszyklus [DIN 15643-1]. Weitere für das Gebäude relevante Normungs-

aktivitäten stellt Lützkendorfer [Lüt-2011, S. 175] übersichtlich in seiner Arbeit dar.

Zusätzliche Aktivitäten und Verfahren zur energetischen Optimierung von Gebäuden

und Organisationen stellen unternehmensübergreifende Normen, Vorgaben und An-

forderungen an das betriebliche Energiemanagement dar. Unter dem Begriff Ener-


56

giemanagement versteht die VDI Richtlinie 4602 [VDI 4602-1] die Abdeckung der

gesamten Energiewirtschaft eines Unternehmens. Mit der DIN EN ISO 50001 [DIN

50001] „Energiemanagementsysteme – Anforderungen mit Anleitung zur Anwen-

dung“ besteht eine internationale Norm, welche die Anforderungen an ein EnMS de-

finiert und formell beschreibt. Engelmann [Eng-2009, S. 39] schreibt dazu, dass die

wichtigste Zielstellung des EnMS der rationelle Energieeinsatz ist. Demnach konzen-

triert sich das EnMS auf die Ermittlung von Energiedaten, der energetisch optimalen

Führung von Prozessen und der Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen im

Betrieb. Daraus leitet sich aber nach Engelmann [Eng-2009, S. 39] kein zielgerichte-

tes Einwirken auf die Planung und Gestaltung von Fabriken unter energetischen Ge-

sichtspunkten ab, daher auch nicht auf die Planung von Logistikzentren, sondern le-

diglich auf Optimierungen in der Betriebsphase. Somit bestehen trotz der vorange-

schrittenen Normungsaktivitäten und gesetzlichen Anforderungen an Gebäude und

den Energieeinsatz in Unternehmen immer noch keine etablierten Standards für Ge-

werbe- und Logistikimmobilien. Auch existieren bisher für den Bau von Logistikim-

mobilien keine Maßstäbe für einen Energiestandard [Fle-2016].

Zur Energiebedarfsermittlung und Bewertung der Energieeffizienz in der Grob- und

Vorplanung von Logistikzentren eignen sich entsprechend dem notwendigen Zeit-

aufwand und der in dieser Phase geforderten Abbildungsgüte analytische Berech-

nungsmethoden am besten. Jedoch bestehen für den Bereich der Intralogistik keine

etablierten oder anerkannten ganzheitlichen Berechnungsvorschriften hierfür. Diese

bestehen zwar für eine gesamtheitliche Betrachtung des Gebäudes mit Gebäudehül-

le und -technik, vernachlässigen aber die Wirkbeziehungen und energetische Wech-

selwirkungen mit der Intralogistik.

Verfahren und Normen zur Ermittlung und Bewertung der CO2-Emissionen in der Logistik- und Gebäudeplanung

Aktuell bestehen keine standardisierten Verfahren zur ökologischen Bewertung von

logistischen Systemen und Prozessen [Dob-2014], die in der Planung von Logistik-

zentren als Basis zur Ermittlung zukünftig verursachter CO2-Emissionen unterschied-

licher Varianten im Betrieb als Entscheidungsunterstützung dienen können. Wie

Dobers et al. [Dob-2014] weiter schreiben, wurden zwar in der Vergangenheit zahl-

reiche unterschiedliche Normen und Richtlinien zur Ermittlung der Umweltauswirkun-

gen von Unternehmen und Produkten entworfen, jedoch sei die Anwendbarkeit die-

ser Verfahren für Logistiksysteme aufgrund ihrer starken Fokussierung auf einzelne

physische Produkte statt Dienstleistungen begrenzt. Viele dieser Verfahren basieren

auf dem Ansatz der Ökobilanz (engl. Life Cycle Assessment (LCA)) der ISO 14040

[DIN 14040] und ISO 14044 [DIN 14044]. Die Erstellung einer Ökobilanz unterstützt

bei der Identifikation von möglichen Umweltauswirkungen von einzelnen Materialien,

ganzen Produkten oder kompletten Gebäuden über ihren gesamten Lebenszyklus


57

von der Herstellung bis zur Entsorgung. Dazu wird zunächst eine Sachbilanz erstellt,

die alle Input- und Outputströme in den einzelnen Phasen des Lebenszyklus dar-

stellt, um diese auf ihre Umweltwirkungen entsprechend der verursachten THG- bzw.

CO2-Emissionen hin zu bewerten.

Relevant für die Phase der Nutzung und des Betriebs von Logistikzentren sind zur

Ermittlung der CO2-Emissionen die notwendigen Energieträger. Für die Energieträger

bestehen CO2-Umrechnungsfaktoren, die in der Regel bekannt sind. Damit bildet die

Berechnung des Energiebedarfs (bzw. Messung des Energieverbrauchs bei beste-

henden Systemen) aller notwendigen Energieträger die Grundlage zur Berechnung

der CO2-Emissionen. Kranke et al. [Kra-2011, S. 64] schreiben, dass dabei grund-

sätzlich unterschieden werden muss, ob nur die reinen direkten CO2-Emissionen be-

trachtet werden, die beim Verbrennen eines fossilen Kraftstoffs freigesetzt werden

oder auch die indirekten CO2-Emissionen Berücksichtigung finden, die bei Gewin-

nung und Herstellung der Energieträger verursacht wurden. Diese Betrachtung der

indirekten Emissionen ist notwendig, weil Energieträger wie Strom keine direkten

Emissionen durch Verbrauch verursachen, jedoch in der Herstellung von Strom wel-

che entstehen.

Grundprinzip der Berechnung von THG- bzw. CO2-Emissionen ist somit, dass der

Energiebedarf / -verbrauch mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren in CO2 oder in die

Summe aller THG-Emissionen (CO2e als CO2-Äquivalent) umgerechnet wird [Kra-

2011, S. 75]. Hier liegt auch eine der Kritiken am Vorgehen begründet, denn die Zu-

verlässigkeit und Genauigkeit der Ergebnisse hängt stark von der Datenverfügbarkeit

und Vergleichbarkeit der Umrechnungsfaktoren in den jeweiligen Datenbanken (GaBi

[Gabi-2017], ecoinvent [eco-2018], ÖKOBAUDAT [BMUB-2017]) und den vorhande-

nen Umweltproduktdeklarationen [DIN 15804] (engl. Environmental Product Declara-

tions (EPD)) ab [Wei-2014]. Bezogen auf die Untersuchung von Logistikzentren exi-

stieren aus heutiger Sicht keine Datenbanken oder Werkzeuge, die es erlauben in-

tralogistische Prozesse und Anlagen eines Logistikzentrums bezüglich aller anfallen-

den Emissionen zu bewerten [Dob-2013]. Ein großes Hindernis im Zuge der Bewer-

tung der anfallenden Emissionen stellt insbesondere die Ermittlung des Gesam-

tenergiebedarfs in der Planung aber auch die Messung des Energieverbrauchs im

Betrieb dar. In der Planung bestehen hierfür keine Erfahrungen für die Intralogistik

und im Betrieb ergibt sich oft die Schwierigkeit, dass sich der Energieverbrauch auf-

grund von zu wenig Messeinrichtungen, nicht verursachungsgerecht auf einzelne

Prozesse oder Anlagen aufteilen lässt. So schreibt die für den Bereich der Transport-

logistik existierende Norm DIN EN 16258 [DIN 16258] „Methode zur Berechnung und

Deklaration des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen bei Transport-

dienstleistungen“ aktuell keine Ermittlung der Emissionen für stationäre Bereiche wie

Gebäude-, Lager- und Umschlagseinrichtungen vor. Kranke et al. [Kra-2011,


58

S. 260ff] geben an, dass es aufgrund der Vielzahl an unterschiedlichen Baustruktu-

ren und Ausstattungen nicht möglich ist, allgemeingültige Pauschalwerte für CO2-

Berechnungen heranzuziehen, sodass Verbrauchswerte spezifisch ermittelt werden

müssen. Basierend auf den ermittelten Verbrauchswerten führen die Autoren Be-

rechnungsverfahren für Gebäude, Lager und Umschlagseinrichtungen zur Ermittlung

von CO2-Emissionen ein.

Weißenberger et al. [Wei-2014] kritisieren darüber hinaus, dass bei der Ermittlung

der CO2-Emissionen in der Planung von Gebäuden eine Ökobilanz nicht Gegenstand

der HOAI ist, sodass in der Auswahl von Materialien und Anlagen zu wenig die Um-

weltauswirkungen als Entscheidungskriterium einbezogen werden. Die Erstellung

von Ökobilanzen hat sich jedoch bei der Zertifizierung von Gebäuden mit „Green La-

bels“ durchgesetzt bzw. wird von den Zertifizierungssystemen gefordert. Mittlerweile

bestehen für Gebäude unterschiedliche Zertifizierungssysteme wie das in Deutsch-

land anerkannte System DGNB (Deutsche Gesellschaft für nachhaltiges Bauen) und

das BNB (Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen) sowie das aus Großbritannien

stammende Bewertungssystem BREEAM (Building Research Establishment En-

vironmental Assessment Methodology) oder das amerikanische System LEED (Lea-

dership in Energy and Environmental Design). In diesen Zertifizierungssystemen für

Gebäude werden je nach System unterschiedliche Anforderungen an die Nachhaltig-

keit von Gebäuden gestellt [Off-2016, S. 65]. Das DGNB System verfolgt den brei-

testen Ansatz der Nachhaltigkeit und bewertet Gebäude in sechs unterschiedlichen

Themenfeldern (Ökologische Qualität, Ökonomische Qualität, Soziokulturelle & Funk-

tionale Qualität, Technische Qualität, Prozessqualität, Standortqualität) nach definier-

ten Kriterien. Seit dem Jahr 2009 gibt es in Deutschland das DGNB-Siegel für Logi-

stikimmobilien [Neh-2011, S. 35]. Dafür sieht das DGNB Zertifizierungssystem eine

höhere Gewichtung der Standortqualität vor [DGNB-2017]. Generell wird eine Zertifi-

zierung als Nachweis besonders ökologischer Baumaßnahmen bei Logistikimmobi-

lien immer beliebter und von Investoren teilweise gefordert. Die bulwiengesa AG [bul-

2015, S. 63ff] schreibt in ihrer Studie, dass ein Fünftel der fertiggestellten Neubaulo-

gistikflächen von 2010 bis 2014 in Deutschland ein „Green Label“ erhielt. Weiter führt

die Studie auf, dass Eigennutzer tendenziell nicht an einer Zertifizierung interessiert

sind, da dieser Prozess einen finanziellen Mehraufwand mit sich bringt. Die DGNB

stellt in Deutschland mit einem Anteil von 90 % am häufigsten Zertifikate aus [bul-

2015, S. 63ff]. Jedoch wird auch bei dem Zertifizierungssystemen der DGNB aus-

schließlich das Gebäude ohne der Ausstattung und Einrichtung bewertet. Die Intralo-

gistik wird mit ihren Prozessen und Anlagen und ihrem Energiebedarf und den da-

durch verursachten CO2-Emissionen und möglichen Wechselwirkungen zum Gebäu-

de bei der Bewertung von Logistikimmobilien nicht mit einbezogen.

2.5 Defizite und Fazit zum Stand der Technik

59


Mit den unterschiedlichen Arten von Logistikzentren und ihren oft einzigartigen Pro-

zessen und Ausstattungen erweist sich die Planung von Logistikzentren als komplex.

Hinzu kommen gestiegene Anforderungen an die Energieeffizienz und CO2-

Neutralität zukünftiger Logistikzentren. Auf Grund unterschiedlicher Nutzungsstruktu-

ren und Beschaffenheiten der Lagergüter ergeben sich für Logistikzentren und Logi-

stikprozesse andere Energieverbrauchsstrukturen und damit nicht dieselben Stellhe-

bel für Energie- und CO2-Einsparungen wie in Fabriken für Produktions- oder Ferti-

gungsverfahren. Die Schwachstellen heutiger Vorgehensmodelle der Logistikplanung

bei Neubauprojekten liegen in einer mangelnden Berücksichtigung der Aspekte

Energie und CO2-Emissionen sowie der bestehenden Einsparpotenziale. Es fehlt

eine durchgängige und gewerkeübergreifende Betrachtung aller Energieträger in der

Logistikplanung. So werden das Materialflusslayout und die -technik bisher ohne

großer Berücksichtigung der energetischen Zusammenhänge und Auswirkungen un-

tereinander als auch der Wechselwirkungen zur Gebäudehülle und -technik betrach-

tet. Problematisch hierbei ist, dass zunächst die Logistikplanung erfolgt und die Ge-

bäudeplanung mit ihrer Objekt- und Fachplanung zu spät um das fertige Material-

flusssystem herum in der Phase der Feinplanung der Logistik erfolgt. Im Bereich der

Gebäudeplanung haben insbesondere gesetzliche Bestimmungen zu einer Zunahme

von energetischen Anforderungen geführt. In Folge dessen sind zahlreiche Werk-

zeuge und Verfahren zur Planung energieeffizienter und nachhaltiger Gebäude ent-

wickelt worden. Mit Ansätzen einer integralen Gebäudeplanung bestehen nachhalti-

ge Ansätze, welche eine frühzeitige Einbindung aller Fachdisziplinen vorsehen, um

energetische Synergien auszuschöpfen und Wechselwirkungen zwischen Gebäude-

konstruktion und der TGA zu berücksichtigen. Jedoch erfolgt auch hier in der Ge-

bäudeplanung keine frühzeitige Einbindung der Logistikplanung, da in der Regel das

Logistiksystem bereits feststeht.

Diese konventionelle Planung, wie sie in Abbildung 7-17 für den Ist-Zustand der Pla-

nung dargestellt ist, hat zur Folge, dass Insellösungen für Gebäudehülle, -technik

und Intralogistik entstehen [Wie-2014, S. 449], weil die Gebäudeplanung zu spät

nach Abschluss der Grobplanung der Logistik eingebunden wird. Mittlerweile erfor-

dern aber die hohen Vorfertigungsgrade im Bauwesen meistens einen höheren Ko-

ordinationsaufwand und eine detailliertere Definition der Schnittstellen in der Gebäu-

deplanung [Elk-2014, S. 68]. Die Außenwirkung von Gebäuden und deren Bauteilen

samt der Gebäudestruktur, Form, Konstruktion und technischer Ausrüstung müssen

hierfür gesamtheitlich betrachtet werden. Dazu sind frühzeitige Abklärungen der Ar-

chitekten mit Fachplanern und Spezialisten, aber auch den Logistikplanern, im Sinne

einer integralen Planung des Gebäudes notwendig [Elk-2014, S. 68].


60

Abbildung 2-17: Phasen der Logistik- und Gebäudeplanung der konventionellen Planung von Logi-

stikzentren als Ist-Zustand

Damit ist auch eine frühere Einbindung der Gebäudeplanung in die Logistikplanung

zur Konzeption von energieeffizienten und CO2-neutralen Logistikzentren notwendig,

wie dies in Abbildung 2-18 für den Soll-Zustand einer integrierten Logistik- und Ge-

bäudeplanung dargestellt ist, um mit der Gebäudeplanung nicht erst in der Feinpla-

nung der Logistik zu starten, wenn Struktur und System des Materialflusses und

der -technik und damit die Randbedingungen für die Gebäudekonstruktion

und -technik schon festgelegt sind. Nur so können auch die Synergien und energeti-

schen Wechselwirkungen zwischen den Bereichen Intralogistik und Gebäude be-

rücksichtigt und ein optimales Planungsergebnis hinsichtlich Energieeffizienz und

CO2-Neutralität erzielt werden.

Zu den grundlegenden Prinzipien einer frühzeitigen, gemeinsamen Planung in den

Phasen der Logistik- und Gebäudeplanung, wie in Abbildung 2-18, bestehen schon

heute Maßnahmen und innovative Lösungen zur Konzeption energieeffizienter und

CO2-neutraler Logistikzentren aus den Bereichen Intralogistik, Gebäudehülle

und -technik. Diese Maßnahmen verfolgen aber oft nur einzelne Ansätze auf Anla-

gen-, Maschinen- oder Gewerkebene, ohne die Zusammenhänge zu anderen Anla-

gen, Gewerken oder Bereichen zu berücksichtigen. Für eine integrierte Logistik- und

Gebäudeplanung zur Erreichung einer höchstmöglichen Gesamtenergieeffizienz ist

Schriftgröße 10 Phasen der Gebäudeplanung








a) Strukturplanung

1. Vorarbeiten

2. Grobplanung

b) Systemplanung

3. Feinplanung

4. Realisierung

Ist-Zustand konventionelle Planung von Logistikzentren


61

es aber unabdingbar, einen integrierten Ansatz zu verfolgen, welcher die Gewerke

und Anlagen der Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle nicht separat voneinander

betrachtet. Nur dann können Synergieeffekte genutzt und die energetischen Wech-

selwirkungen zwischen den Bereichen berücksichtigt werden. Dafür bestehen bisher

aber keine ausreichenden Erkenntnisse über diese Wechselwirkungen in Logistik-

zentren zwischen der eingesetzten Materialflusstechnik zur Realisierung der logisti-

schen Leistung, der Gebäudekonstruktion samt Hülle und der Gebäudetechnik. Auch

bestehen bisher wenige Erkenntnisse über die energetischen Stellhebel in Logistik-

zentren und damit über die Auswirkungen von Planungsalternativen für die Bereiche

auf den Gesamtenergiebedarf. Dieses spezifische Wissen für eine integrierte Logi-

stik- und Gebäudeplanung ist bisher mangelhaft.

Abbildung 2-18: Phasen der Logistik- und Gebäudeplanung der integrierten Planung von Logistik-

zentren als Soll-Zustand

Zur Untersuchung und Berücksichtigung dieser Wechselwirkungen und zur Bewer-

tung und Auswahl von Alternativen und Varianten in der Planung ist kein ganzheitli-

cher Ansatz zur Energiebedarfsermittlung von Logistikzentren als Hilfsmittel bekannt.

In der Gebäude- und Logistikplanung fokussieren aktuelle Simulationswerkzeuge und

Hilfsmittel zur Energieermittlung und Nachhaltigkeitsbewertung entweder einzelne

Bereiche, Anlagen oder Komponenten oder sind zu komplex und zeitaufwendig, um

in der Grobplanung zur Bewertung mehrerer Varianten und Alternativen eingesetzt

zu werden. Somit mangelt es bisher auch an Hilfsmitteln und Werkzeugen in der

Grob- und Vorplanung von Logistikzentren, die eine Bewertung und Auswahl der

Maßnahmen unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen einfach ermöglichen.

Dafür werden im Rahmen der Grob- und Vorplanung analytische Berechnungsme-









a) Strukturplanung

1. Vorarbeiten

2. Grobplanung

b) Systemplanung

3. Feinplanung

4. Realisierung

Soll-Zustand integrierte Planung von Logistikzentren


62

thoden als für geeignet befunden, um den Energiebedarf von Logistikzentren zu er-

mitteln und Planungsalternativen auf ihre Auswirkungen auf den Energiebedarf hin

zu untersuchen. Bisher bestehen jedoch für den Bereich der Intralogistik keine eta-

blierten oder anerkannten Berechnungsvorschriften. Diese existieren zwar für eine

gesamtheitliche Betrachtung des Gebäudes, vernachlässigen aber die Zusammen-

hänge und energetischen Wechselwirkungen mit der Intralogistik. Darüber hinaus

bildet die Ermittlung des Energiebedarfs die Grundlage für die Berechnung der CO2-

Emissionen von Logistikzentren mit Hilfe von Umrechnungsfaktoren. Damit bestehen

auch keine aussagekräftigen Emissionskennwerte für Logistikzentren.

63

3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren

Innovative Lösungen in den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle lei-

sten schon heute einen Beitrag zur Reduzierung des Energieverbrauchs von Logi-

stikzentren. Diese Bereiche werden aber getrennt voneinander betrachtet und opti-

miert, sodass das gesamte Energieeinsparpotenzial nicht ganzheitlich ausgeschöpft

wird. Insbesondere in der Planung von Logistikzentren, in der das höchste Ener-

gie- und CO2-Emissionen-Einsparpotenzial wirtschaftlich umgesetzt werden könnte,

werden die energetischen Synergieeffekte zwischen den Bereichen und Gewerken

und die Auswirkungen von Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf we-

nig bei der Entscheidungsfindung berücksichtigt. Um diese Stellhebel bei der Aus-

wahl und Bewertung von Alternativen und Varianten in der Planung berücksichtigen

zu können, muss das notwendige Wissen in der Logistik- und Gebäudeplanung vor-

handen sein und vorher in der Forschung und auf Grundlage von Erfahrungen gene-

riert werden.

Zur Untersuchung dieses aktuell bestehenden Wissensstands in der Forschung so-

wie von bestehenden Hemmnissen bei der Umsetzung von energieeffizienten Maß-

nahmen in der Praxis wird zunächst der Handlungsbedarf in Kapitel 3.1 mit einer Un-

ternehmensbefragung analysiert und der Forschungsbedarf in Kapitel 3.2 abgeleitet.

Entsprechend der aufzudeckenden Wissensdefizite in der Praxis und den erarbeite-

ten Defiziten im Stand der Technik in Kapitel 2 wird darauf aufbauend in Kapitel 3.2

der Erkenntnisstand aus der Forschung hinsichtlich energetischer Wechselwirkungen

in Logistikzentren zwischen der eingesetzten Materialflusstechnik und dem Gebäude

untersucht. Weiterhin wird der Forschungsstand zur Energiebedarfsermittlung in der

Intralogistik und für das Logistikgebäude untersucht. Denn innerhalb der Bereiche

Logistik und Gebäude bestehen zwar etablierte Methoden zur Bewertung des Ener-

giebedarfs einzelner Anlagen, Betriebsmittel oder Baumaterialien, es ist aber kein

ganzheitlicher Ansatz zur Bewertung der Gesamtenergieeffizienz von Logistikzentren

unter Berücksichtigung der intralogistischen Anlagen und Prozesse in der Praxis be-

kannt. Zur Evaluierung des Forschungsstandes über die Erkenntnissen zu energeti-

schen Wechselwirkungen in Logistikzentren und zu Verfahren zur Ermittlung des

Energiebedarfs der Intralogistik werden bestehende Forschungsarbeiten

und -projekte vorgestellt, auf ihre Eignung für diese Arbeit untersucht und der beste-

hende Forschungsbedarf in Kapitel 3.2.4 entsprechend der aufgestellten For-

schungsfragen abgeleitet. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen zum For-


64

schungs- und Handlungsbedarf wird die konkrete Aufgabenstellung und die Untersu-

chungsmethodik in Kapitel 4 für das definierte Forschungsvorgehen in Kapitel 1.4

zum Erreichen der Zielstellung festgelegt.

3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis

Industrie und Gewerbe könnten durch die Erschließung von bestehenden Energieef-

fizienzpotenzialen bis zu einem Drittel zur Schließung der bestehenden Lücke zur

Erreichung der nationalen Energieeinsparziele beitragen, schreibt Brüggemann [Brü-

2015]. Bisher werden aber Brüggemann folgend aufgrund vielfältiger Hemmnisse die

Potenziale zu wenig ausgeschöpft. Trotz der Verfügbarkeit von geeigneten Techno-

logien und Konzepten als Maßnahmen zur Realisierung von Energieeffizienzpoten-

zialen werden diese nicht vollumfänglich in den Unternehmen umgesetzt [Wei-2013,

S. 19]. Welche Hemmnisse im Bereich Logistik zur Umsetzung von energieeffizienten

und CO2-neutralen Logistikanlagen und -gebäuden bestehen, werden im Folgenden

untersucht. Dafür wird zunächst der aktuelle Umsetzungsstand von energieeffizien-

ten Maßnahmen für Logistik- und Gebäudeanlagen analysiert, um anschließend die

Motivation zur Umsetzung als auch die Hemmnisse bei mangelnder Umsetzung zu

identifizieren. Die folgenden Ergebnisse der Untersuchung zum Handlungsbedarf

basieren auf der Erstveröffentlichung [Gün-2015].

3.1.1 Untersuchungsvorgehen und Stichprobenbeschreibung

Die Untersuchung erfolgte mittels einer Befragung von Unternehmen aus Industrie,

Handel und Dienstleistung in Deutschland. Hierzu lag der Unternehmensbefragung

eine ganzheitliche Betrachtung der Logistikgebäude und der darin befindlichen För-

der- und Lagertechnik zugrunde. Ergänzend zur Auswertung und Darstellung der

Umfrageergebnisse werden diese in Verbindung mit Literaturanalysen zum Umset-

zungsstand in der Praxis interpretiert. Die Unternehmensbefragung wurde und auf-

grund der sehr guten Zugänglichkeit für die Befragten als Online-Umfrage mit einem

standardisierten Fragebogen durchgeführt. Weitere Vorteile einer Online-Befragung

liegen in der räumlichen und zeitlichen Flexibilität der Respondenten sowie dem ge-

ringen Aufwand für die Rücksendung des ausgefüllten Fragebogens. Verwendet

wurde wieder die Umfragesoftware Unipark von QuestBack [Que-2017] als Online-

Lizenz. Die gegebenen Antworten wurden anonym in einer Datenbank von Unipark

gespeichert, exportiert und mit MS Excel ausgewertet. Durchgeführt wurde die Um-

frage von März bis Mai 2015. Der Fragebogen beinhaltete 28 geschlossene Fragen

mit Möglichkeiten für Anmerkungen. Die Befragung richtete sich an Betreiber, Mieter

und Eigentümer von Logistikanlagen (technische Logistiksysteme) und / oder Logi-

stikgebäuden (Logistikzentren) sämtlicher Branchen aus den Sektoren Industrie,


65

Handel / Gewerbe und Dienstleistung. Die erhobenen Daten wurden hinsichtlich Un-

ternehmensgröße, Wirtschaftssektor und Branchenzugehörigkeit analysiert und auf-

bereitet. Sofern in den Ergebnisgrafiken nicht anders dargestellt, handelt es sich um

gestützte Abfragen mit Kategorievorgaben. Die Darstellungen beziehen sich, sofern

nicht explizit angegeben, immer auf die gesamte Stichprobe. In den verwendeten

Grafiken kann es zu Rundungsdifferenzen kommen.

Die Stichprobe bilden 76 Teilnehmer, die den Fragebogen vollständig ausgefüllt ha-

ben. Die überwiegende Mehrheit der Teilnehmer ist mit 80 % in einer leitenden Funk-

tion im Unternehmen und 9 % der Teilnehmer kommen aus dem Bereich Technik,

Bau oder Facility Management (FM). Der Rest stammt aus der Geschäftsführung,

den Bereichen Qualitätsmanagement (QM) oder Umweltmanagement.

Auf Basis der angegebenen Daten zur Mitarbeiteranzahl und zum Unternehmensum-

satz im letzten Geschäftsjahr erfolgte die Auswertung hinsichtlich Unternehmensgrö-

ße. Die Kategorisierung für die Unternehmensgröße erfolgt nach der Definition der

EK mit den entsprechenden Schwellenwerten. Demnach sind mit 75 % Großunter-

nehmen mit mehr als 250 Mitarbeitern und einem höheren Umsatz als 50 Mio. € in

der Stichprobe vertreten, dargestellt in Abbildung 3-2 links. Die Zugehörigkeit der

Teilnehmer der Stichprobe zum Wirtschaftssektor zeigt Abbildung 3-2 rechts. Die

Hälfte der Befragten aus der Stichprobe entstammt dem Wirtschaftssektor Industrie

und des produzierenden Gewerbes, die verbleibenden Teilnehmer teilen sich in

Handel und Dienstleistung auf.

Darstellung links: Welchen Umsatz hat Ihr Untenrehmen im Geschäftsjahr 2014 erzielt? / Wie viele Mitarbeiter hatte ihr Unternehmen im Geschäftsjahr 2014 erzielt?

Frage rechts: Welchem Sektor gehört Ihr Unternehmen an?

Abbildung 3-1: Verteilung der Befragten nach Unternehmensgröße (links) und Verteilung der Be-

fragten nach Sektor (rechts)

Die Auswertung der Branchenzugehörigkeit der Befragten zeigt Abbildung 3-2 links.

Hier werden unter der Kategorie Automobil-Industrie befragte Hersteller als auch Zu-

lieferer aus dem Bereich Automobil zusammengefasst. Die Kategorie Konsumgüter

steht stellvertretend für z. B. Lebensmittel-, Textil- und Bekleidungshersteller. Befrag-

te Unternehmen aus dem Bereich Chemie, Pharma oder Papier werden in der Kate-

gorie Prozessindustrie zusammengefasst. Die Aufteilung der Umfrageteilnehmer in

75%

25%

0%

Großunternehmen

Kleines und MittleresUnternehmen (KMU)

Kleinstunternehmen75%

25%

0%

Großunternehmen

Kleines und MittleresUnternehmen (KMU)

Kleinstunternehmen

50%

29%

21%Industrie

Handel

Dienstleistungen

0 %


66

Nutzer, Eigentümer oder Mieter der von ihnen betrachteten Logistikanlagen

oder -gebäude zeigt Abbildung 3-2 rechts.

Frage links: Welchem Branchenzweig gehört Ihr Unternehmen an? Frage rechts: Sind Sie Mieter oder Eigentümer des von Ihnen genutzten Logistikgebäudes?

Abbildung 3-2: Verteilung der Befragten nach Branche (links) und Verteilung Eigentumsverhältnis-

se der genutzten Logistikgebäude der Befragten (rechts)

Bei Betrachtung der Art der Güter, die überwiegend bei den Befragten gelagert und

verteilt werden, zeigen die Ergebnisse in Abbildung 3-3 links, dass mit 50 % keine

Anforderungen vom Gut an die Art der Nutzung der Logistikanlagen und -gebäude

gestellt werden. Am zweit häufigsten werden bei den Befragten Gefahrstoffe gela-

gert, mit einer Nennung von 32 %. Betreffend die Handhabung der Lagergüter, dar-

gestellt in Abbildung 3-3 rechts, führen 46 % der Befragten ihre Logistikprozesse

ausschließlich manuell (z. B. manuelle Lager, manuelle PzW-Kommissionierung),

43 % manuell und automatisiert (z. B. automatisches HRL, manuelle PzW-

Kommissionierung) und 11 % vollautomatisiert (z. B. WzP-Kommissionierung, AKL)

durch.

Frage links: Bestehen besondere Anforderungen an Ihre Waren bzw. Güter bei der Lagerung? Frage rechts: Wie hoch ist der Grad der Automatisierung Ihrer Logistikanlagen?

Abbildung 3-3: Verteilung nach der Anforderungen und der Art des Lagergutes, Mehrfachnennung

möglich (links) und Verteilung des Automatisierungsgrades der Materialflusstech-nik der Befragten (rechts) *GMP Good Manufacturing Practice

3.1.2 Ergebnisse zum Umsetzungsstand energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikanlagen und -gebäude

Eine Literaturanalyse zeigt, dass energieeffiziente Logistikzentren vereinzelt bereits

in der Praxis umgesetzt worden sind. Die soweit bekanntesten Lagerimmobilien sind:

17%

22%

24%

22%

11%

0% 4%Automobil-Industrie

Konsumgüter

Transport und Logistik

Maschinen- und Anlagenbau

Prozessindustrie

Land- und Forstwirtschaft

Baustoffindustrie

59%

4%

14%

16%

7% Eigentümer

Mieter (Mietvertrag ≤ 3 Jahre)

Mieter (Mietvertrag 3-7 Jahre)

Mieter (über 7 Jahre)

Keine Angabe

50%

32%

28%

20%

16%

8%

7%

0% 20% 40% 60% 80%

Keine

Gefahrstoff / Gefahrgut

Luftfeuchtigkeit

Sonstige

Kühlung

GMP

Tiefkühlung

46%

43%

11%

0% 20% 40% 60% 80%

nur manuell

manuell und atomatisiert

nur automatisiert

*


67

der mehrfach ausgezeichnete Logistikpark Chatterley Valley [Bom-2009, Bre-

2013] vom Logistikflächenentwickler Gazeley nahe dem britischen Manchester,

welcher an ein Biomasse-Kraftwerk angegliedert ist und mehr Strom produziert

als die Logistikimmobilie verbraucht,

das Logistikzentrum Alnatura in Lorsch [gre-2009] aus einer Mischkonstruktion

aus Beton und Brettschichtholz mit einem Hochregallager aus Holz [pro-2013],

das Logistikzentrum von ernsting's family in Cosfeld-Lette [Tra-2014] mit einer

transparenten Primärfassade, die in großen Teilbereichen von einer zweiten Haut

als hocheffiziente Solarfassade umgeben ist,

das Logistikzentrum von Schachinger in Hörsching [Cza-2015] als hölzerne Halle

und einer guten Ökobilanz sowie mit einem fast zur Gänze in Holz gefertigtem

Hochregallager und zwei Grundwasser-Wärmepumpen,

und das REWE-Distributionszentrum 63 in Neu Isenburg [REWE-2014] mit einer

Photovoltaikanlage auf dem Dach und einer Pellet-Heizung sowie einem bio-

gasbetriebenen Blockheizkraftwerk zur Deckung eines Teils des Wärmebedarfs.

Die Ergebnisse der eigenen Unternehmensbefragung zum Umsetzungsstand von

energieeffizienten Logistikanlagen und -gebäuden zeigt Abbildung 3-4.

Frage: Wurden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz von Logistikanlagen oder des -gebäudes innerhalb der letzten fünf Jahre bei Ihnen umgesetzt (zur Reduzierung der CO2-Emissionen oder Senkung

der Energiekosten Ihrer Logistik)?

Abbildung 3-4: Verteilung der Befragten, bei denen mindestens eine Maßnahmen zur Steigerung

der Energieeffizienz in der Logistik umgesetzt worden ist gesamt (links), nach Un-ternehmensgröße, Sektor und Branche (rechts)

gesamt

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Industrie

Handel

Dienstleistung

Großunternehmen

KMU

26%

74%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Automobilindustrie

Konsumgüter

Transport/Logistik

Maschinen-/Anlagenbau

Prozess-/Baustoffindustrie

Ja Nein

Umsetzungsstand Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz von Logistikanlagen und -gebäuden nach Unternehmensgröße, Sektor und Branche


68

Links zeigt Abbildung 3-4, dass insgesamt 74 % der Teilnehmer bereits mindestens

eine Maßnahme zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung der CO2-

Emissionen innerhalb der letzten fünf Jahre ergriffen haben. Eine Betrachtung der

Ergebnisse nach Unternehmensgröße in Abbildung 3-4 rechts ergibt, dass insbeson-

dere große Unternehmen bereits mindestens eine Maßnahme zur Steigerung der

Energieeffizienz in der Logistik umgesetzt haben. Aufgeteilt nach Sektor zeigen die

Ergebnisse deutliche Unterschiede. So geben fast alle der befragten Unternehmen

aus dem Dienstleistungssektor an, mindestens eine Maßnahme durchgeführt zu ha-

ben, wohingegen bei Befragten aus dem produzierenden Gewerbe dieser Anteil bei

über 60 % liegt.

In welchen Bereichen der Logistikanlagen und -gebäude Maßnahmen von den be-

fragten Unternehmen umgesetzt worden sind, ist in Abbildung 3-5 dargestellt. Aufge-

zeigt ist der Status für die Umsetzung mindestens einer Maßnahme zur Steigerung

der Energieeffizienz von Logistikanlagen und -gebäuden innerhalb der genannten

Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik, Gebäudehülle und Einsatz regenerativer

Energien.

Frage: Wurden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in den Bereichen Intralogistik Gebäudetechnik und -hülle durchgeführt und werden regenerative Energien eingesetzt?

Abbildung 3-5: Status mindestens einer umgesetzten Maßnahme in den jeweiligen Bereichen

Intralogistik, Gebäudetechnik, Gebäudehülle und Nutzung regenerativer Energien in der Logistik bei den Befragten

Obwohl 74 % der Befragten insgesamt bereits mindestens eine Maßnahme ergriffen

haben, zeigt der Umsetzungsstand je betrachteten Bereich, dass noch weiteres Po-

tenzial vorhanden ist. Im Bereich der Intralogistik sind Maßnahmen bei 68 % der

Teilnehmer in den letzten fünf Jahren umgesetzt worden, im Bereich der Gebäude-

technik bei 70 %. Die Gebäudehülle zeigt den geringsten Umsetzungsstand mit 51 %

hin zu energieeffizienten Logistikgebäuden auf. So nutzen auch lediglich 61 % der

Teilnehmer bereits regenerative Energien in ihren Logistikzentren oder zum Betrieb

ihrer innerbetrieblichen Logistiksysteme. Dazu besteht innerhalb der untersuchten

Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle eine Vielzahl an organisatorischen

und technologischen Maßnahmen, um Energie und CO2-Emissionen auf unterschied-

lichen Handlungsebenen, wie in Kapitel 2.4.1 beschrieben, einzusparen.

Mindestens eine umgesetzte Maßnahmen bei den Befragten in den Bereichen:

68%

32%

Intralogistik

Ja Nein

51%

49%

Gebäudehülle

Ja Nein

70%

30%

Gebäudetechnik

Ja Nein

61%

39%

Regenerative Energien

Ja Nein


69

Was bisher die Motivation und die treibenden Faktoren für diese Umsetzung von

Maßnahmen bei den Unternehmen, welche bereits mindestens eine Maßnahme in

den aufgezeigten Bereichen realisiert haben, waren, wird in Kapitel 3.1.3 dargestellt.

Wo die Herausforderungen bei der Realisierung als auch die Hemmnisse einer Nich-

tumsetzung bei den Teilnehmern, die bisher keine Maßnahmen ergriffen haben, lie-

gen, wird in Kapitel 3.1.4 untersucht.

3.1.3 Ergebnisse zur Motivation und den treibenden Faktoren einer Umsetzung

Abbildung 3-6 stellt dar, was bisher die Auslöser und treibenden Faktoren für die Ein-

führung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung der

CO2-Emissionen bei den Teilnehmern waren. Es zeigt sich, dass bei der Entschei-

dung für die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen insbesondere Energieko-

steneinsparungen und Effizienzsteigerungen für 86 % der Befragten maßgebend wa-

ren. Zukünftig erwartete steigende Energiepreise als Grund für die Umsetzung von

Maßnahmen werden lediglich von 34 % der Befragten genannt. So liegen die heuti-

gen Bestrebungen eher in der Reduzierung der aktuell anfallenden Energiekosten.

Frage: Was waren die Auslöser bzw. welche Ziele wurden mit den Maßnahmen verfolgt? (Mehrfachnennung möglich)

Abbildung 3-6: Auslöser und verfolgte Ziele bei der Einführung und Umsetzung von Maßnahmen

zur Steigerung der Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikanlagen und -gebäuden bei Befragten mit mindestens einer umgesetzten Maßnahme

Obwohl 86 % der Befragten, die Maßnahmen bereits realisiert haben, Effizienzstei-

gerung bzw. Energiekostenreduzierung als wichtigsten Grund für die Einführung von

Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz der betriebenen Logistikanlagen

und -gebäude angeben, kennen nicht alle der Befragten den Anteil der Energieko-

5%

14%

14%

21%

25%

27%

34%

34%

41%

54%

86%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Sonstige

Kundenerwartungen / -anforderungen

Wettbewerbsvorteil / Differenzierungspotenzial

Vorausetzung für Entlastung

Bestehende oder erwartete Gesetze

Umsetzung von Selbstverpflichtungen

Pflege / Verbesserung des Unternehmensimages

Zukünftig steigende Energiepreise

Reduzierung der CO2-Emissionen

Umweltbewusstein / Unternehmensverantwortung

Energiekostenreduzierung / Effizienzsteigerung

Vergleich Motivation für Umsetzung von Maßnahmen mit 2013

Maßnahmen umgesetzt (n=56)

[Anzahl Nennungen in %]


70

sten an ihren Betriebskosten. So können 15 % aller Befragten den Anteil der Ener-

giekosten für ihre Logistikanlagen und -gebäuden an den dafür anfallenden gesam-

ten Betriebskosten nicht angeben oder sie wissen es nicht, wie in Abbildung 3-7 links

für alle Befragten zu sehen. Damit können diese Befragten die Einsparungen und

den Erfolg von Optimierungsmaßnahmen nicht bewerten. Weitere 68 % der gesam-

ten Stichprobe geben an, dass der Anteil der Energiekosten für ihre Logistikanlagen

und -gebäude bei nicht mehr als 20 % der gesamten Betriebskosten liegt. 17 % aller

Befragten schätzen den Anteil auf über 20 %. Aufgeteilt nach Unternehmensgröße

geben 89 % der KMU an, dass bei ihnen der Anteil der Energiekosten an den ge-

samten Betriebskosten unter 20 % liegt. Im Vergleich dazu schätzen nur 61 % der

Befragten aus großen Unternehmen den Anteil auf unter 20 %. Dieser Aspekt könnte

damit zusammenhängen, dass nach Angaben der Befragten aus KMU bei 63 % die

Logistikprozesse nicht automatisiert durchgeführt werden. Bei den befragten großen

Unternehmen ist der Automatisierungsgrad der Intralogistik höher, sodass lediglich

bei 40 % die Prozesse manuell abgewickelt werden. Da der Stromverbrauch mit hö-

herem Automatisierungsgrad der Intralogistik steigt, steigen folglich auch die Ener-

giekosten hierfür im Vergleich zu den gesamten Betriebskosten der Anlagen.

Abbildung 3-7 rechts zeigt die Aufteilung der geschätzten Kostenanteile für Energie

an den gesamten Betriebskosten für die Logistikanlagen und -gebäude bei allen Be-

fragten entsprechend dem Automatisierungsgrad der Intralogistik. Ersichtlich ist,

dass bei überwiegend automatisiert durchgeführten Prozessen bei 38 % der Befrag-

ten die Energiekosten einen Anteil von mehr als 20 % ausmachen. Auffällig ist auch,

dass mit steigendem Automatisierungsgrad die Kostenaufteilung intransparenter

wird, sodass 38 % der Befragten mit vollautomatisierten Prozessen keine Angaben

zum Anteil der Energiekosten machen können oder es nicht wissen.

Frage links: Wie hoch schätzen Sie den Anteil Ihrer Energiekosten für Logistikanlagen und - gebäude an den dafür anfallenden gesamten Betriebskosten?

Darstellung rechts: Anteil Energiekosten in Kombination mit Automatisierungsgrad der Logistikanlagen

Abbildung 3-7: Verteilung des geschätzten Anteils der Energiekosten für Logistikanlagen

und -gebäude an den dafür anfallenden gesamten Betriebskosten (links) und auf-geteilt nach Automatisierungsgrad der Logistikanlagen (rechts)

3%

20%

21%

26%

21%

34%

21%

25%

9%

16%

38%

6%

11%

9%

25%

3%

13%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

manuell

manuell und automatisiert

automatisiert

<1% 1%-5% 6%-10% 11%-20% 21%-40% >40% weiß ich nicht keine Angabe

1%

18%

21%

28%

14%

3% 12%

3%

gesamt


71

Bei 21 % der befragten Unternehmen mit teilautomatisierten Prozessen und bei le-

diglich 9 % der befragten Unternehmen mit manuell durchgeführten Prozessen liegt

der Energiekostenanteil bei über 20 % an den gesamten Betriebskosten. Bei Be-

trachtung der Energiekostenanteile für Logistikanlagen und -gebäude an den dafür

anfallenden gesamten Betriebskosten innerhalb der einzelnen Wirtschaftszweige in

Abbildung 3-8 ist zu erkennen, dass insbesondere bei den Befragten aus der Trans-

port- und Logistikbranche sowie der Konsumgüterindustrie die Kostenanteile für

Energie höher ausfallen. Bei über 5 % der Befragten aus diesen Branchen liegt der

Energiekostenanteil bei über 40 %. Dies kann auch hier wieder auf den Automatisie-

rungsgrad der Intralogistik zurückgeführt werden. So sind es im Vergleich zu den

weiteren Branchen insbesondere befragte Unternehmen aus den Branchen Trans-

port und Logistik sowie Konsumgüter (gefolgt von der Prozess- und Baustoffindu-

strie), die ihre Logistikprozesse mit Hilfe von Logistikanlagen automatisiert durchfüh-

ren.

Darstellung: Anteil Energiekosten nach Branchenzugehörigkeit der Befragten

Abbildung 3-8: Verteilung des geschätzten Anteils der Energiekosten für Logistikanlagen

und -gebäude an den dafür anfallenden gesamten Betriebskosten nach Branche

Nach Energiekostenreduzierungen bzw. Effizienzsteigerungen, als größten Motivator

für die Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen, stellen die unternehmerische

Verantwortung und das Bewusstsein der Befragten für einen nachhaltigen Umgang

mit den bestehenden Ressourcen den zweitgrößten Auslöser zum nachhaltigen

Agieren in der Logistik als treibenden Faktor dar, wie in Abbildung 3-6 zu sehen. Am

dritthäufigsten wird von 41 % der Befragten, die bereits mindestens eine Maßnahme

realisiert haben, die Reduzierung von CO2-Emissionen als verfolgtes Ziel der umge-

setzten Maßnahmen angegeben. Die Umsetzung von Firmenzielen und auferlegten

Selbstverpflichtungen werden von 27 % der Befragten als Treiber für die Umsetzung

von Energieeffizienzmaßnahmen genannt. Die Pflege oder Verbesserung des Unter-

nehmensimages geben 34 % der Befragten als Entscheidungsgrundlage für Aktivitä-

ten an. Bestehende oder erwartete Gesetzte motivieren immerhin einen Viertel der

Befragten zum Handeln. Weiterhin geben 21 % der Befragten an, dass die initiierten

Maßnahmen die Voraussetzung für Steuerentlastungen, wie z. B. einer Befreiung

von der EEG-Umlage oder für einen Spitzenausgleich, waren. Wettbewerbsvorteile

und Differenzierungspotenziale sowie Kundenanforderungen werden lediglich jeweils

5%

18%

26%

7%

17%

23%

28%

26%

26%

17%

8%

18%

22%

26%

28%

46%

18%

5%

20%

17%

15%

7%

5%

18%

16%

7%

11%

8%

5%

7%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Prozessindustrie

Maschinen- und Anlagenbau

Transport und Logistik

Konsumgüterindustrie

Automobilindustrie

<1% 1%-5% 6%-10% 11%-20% 21%-40% >40% weiß ich nicht keine Angabe


72

von 14 % der Befragten als Treiber für die Umsetzung von Maßnahmen angegeben.

Als sonstige Auslöser und Motivatoren für die Realisierung von Energieeffizienzpo-

tenzialen in der Logistik geben einige der Befragten an, dass Umbau- oder Moderni-

sierungsmaßnahmen dazu genutzt wurden, in energieeffiziente Technologien zu in-

vestieren.

Bei der Analyse der treibenden Faktoren je Wirtschaftszweig und nach Unterneh-

mensgröße für die Teilnehmer mit mindesten einer umgesetzten Maßnahme, zeigen

sich Unterschiede bei den verfolgten Zielen je Branche in Abbildung 3-9. So geben

42 % der befragten Großunternehmen und nur 36 % der KMU an, dass CO2-

Reduzierungen als Ziel der umgesetzten Maßnahmen verfolgt wurden. Dahingegen

haben aber 73 % der befragten KMU mit umgesetzten Maßnahmen aus einem Um-

weltbewusstsein heraus agiert, um ihre unternehmerische Verantwortung wahrzu-

nehmen. Von den Großunternehmen geben lediglich 49 % Umweltbewusstsein als

Auslöser und verfolgtes Ziel für ihre eingeführten Energieeffizienzmaßnahmen an.

Fragen: Was waren die Auslöser bzw. welche Ziele wurden mit den Maßnahmen verfolgt?(Mehrfachnennung möglich) in Kombination mit Branchenzweig und Unternehmensgröße

Abbildung 3-9: Auslöser und verfolgte Ziele bei der Einführung und Umsetzung von Maßnahmen

zur Steigerung der Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikanlagen und -gebäuden bei Befragten mit mindestens einer umgesetzten Maßnahme nach Branche und Unternehmensgröße

0%

50%

100%

Energiekostensenkung /Effizienzsteigerung

Zukünftig steigendeEnergiepreise

Reduzierung der CO2-Emissionen

Bestehende oder erwarteteGesetze und Vorschriften

Voraussetzungen fürEntlastung (EEG-Umlage,

Spitzenausgleich

Umsetzung vonSelbstverpflichtungen

Pflege / Verbesserung desUnternehmensimages

Wettbewerbsvorteil /Differenzierungspotenzial

Kundenerwartungen / -anforderungen

Umweltbewusstsein /Unternehmensverantwortung

Automobilindustrie Konsumgüter Transport/Logistik

Maschinen-/Anlagenbau Prozess-/Baustoffindustrie KMU

Großunternehmen Maßnahmen umgesetzt (n=56)


73

Auch Kundenerwartungen und -anforderungen motivieren mehr KMU mit 27 % der

Angaben zur Durchführung von Maßnahmen als Großunternehmen mit 11 % der An-

gaben. Bei Betrachtung der Auslöser und Motivatoren je Wirtschaftszweig der Um-

frageteilnehmer, die bereits Maßnahmen realisiert haben, werden ebenfalls Unter-

schiede zwischen den Branchen deutlich. Bis auf die Unternehmen aus der Automo-

bilindustrie geben alle betrachteten Befragten der anderen Branchen die Reduzie-

rung der Energiekosten und die Energieeffizienzsteigerung als größten Einflussfaktor

für die Umsetzung von Maßnahmen für Logistikanlagen oder -gebäuden an. Teil-

nehmer aus der Transport- und Logistikbranche geben zwar am häufigsten von allen

betrachteten Befragten die Erwartungen und Anforderungen der Kunden als Treiber

an, dies war jedoch bei nur 33 % der Befragten der Auslöser zum Handeln.

Wesentlich bedeutendere Treiber für die Befragten aus Transport und Logistik sind

das Umweltbewusstsein für 53 % und die Reduzierung der CO2-Emissionen für 47 %

der Befragten. Diese ökologischen Aspekte des Umweltbewusstseins sind insbeson-

dere der Automobilindustrie (67 %) als auch der Konsumgüterindustrie (64 %) wich-

tig, sowie dem Maschinen- und Anlagenbau (53 %). Wettbewerbsvorteile durch Re-

duzierung der CO2-Emissionen und Steigerung der Energieeffizienz ihrer Logistikan-

lagen und -gebäude geben wenig Befragte aus allen Wirtschaftszweigen als Auslö-

ser für die Umsetzung von Maßnahmen an. Insbesondere Befragte aus der Pro-

zess- und Baustoffindustrie sehen keine Wettbewerbsvorteile durch Realisierung von

Maßnahmen in der Logistik. Höheren Einfluss auf die Entscheidung zur Umsetzung

von Optimierungspotenzialen hat die positive Wirkung auf das Unternehmensimage.

Insbesondere Befragte aus dem Maschinen- und Anlagenbau sehen mit 56 % darin

Gründe zum Handeln. Dieser Aspekt beeinflusst die befragten Unternehmen aus der

Prozess- und Baustoffindustrie bei den Entscheidungen zur Realisierung von Maß-

nahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen von Logi-

stikanlagen und -gebäuden am wenigsten (11 %). Für 40 % der Befragten aus

Transport und Logistik sind bestehende oder erwartete gesetzliche Regulierungen

ein Kriterium für die Durchführung von Maßnahmen. Für die Befragten anderer Wirt-

schaftszweige spielt dieses Kriterium eine untergeordnete Rolle. Am wenigsten be-

einflusst dieser Aspekt Befragte aus der Prozess- und Baustoffindustrie bei ihren

Entscheidungen, eine grüne und energieeffiziente Logistik umzusetzen.

Zukünftig steigende Energiepreise werden von der Hälfte der Teilnehmer der Kon-

sumgüterindustrie und damit am häufigsten von allen betrachteten Befragten je

Branche als Auslöser zur Umsetzung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieef-

fizienz von Logistikanlagen und / oder -gebäuden angegeben. Am zweithäufigsten

wird dieser Aspekt als Motivator von den Befragten aus Transport und Logistik mit

40 % genannt. Hier liegt es nahe, dass für nicht-produzierende Unternehmen die

durch die Logistik verursachten Kosten und damit die Energiekosten für den Betrieb


74

von Logistikanlagen und -gebäuden einen höheren Stellenwert haben als für produ-

zierende Unternehmen mit Produktionsanlagen. Für die Konsumgüterindustrie steigt

die Bedeutung der Logistik und der damit verursachten Logistikkosten mit steigender

Komplexität der Lieferketten und -kanäle aufgrund eines wachsenden E-Commerce-

Handels an. Um den in Kapitel 2.1 analysierten Anforderungen an Logistikzentren

und Logistikprozessen mit effizienten Prozessen begegnen zu können, wird in den

Logistikzentren immer mehr automatisiert. Damit steigt die Anzahl an Energiever-

brauchern in Logistikzentren. So ist die hohe Motivation der Befragten mit 50 % der

Angaben aus der Konsumgüterindustrie in energieeffiziente Logistik- und Distributi-

onszentren zu investieren, vor dem Hintergrund der Erwartung steigender Energie-

preise, nachvollziehbar.

3.1.4 Ergebnisse zu den Hemmnissen und Herausforderungen einer Umsetzung

Hemmnisse und Herausforderungen, die eine Umsetzung von Optimierungsmaß-

nahmen zur Steigerung der Energieeffizienz von Logistikanlagen und -gebäuden bei

den befragten Unternehmen ver- oder behindern, sind in Abbildung 3-10 aufgezeigt.

Dargestellt sind die Ergebnisse für zwei Vergleichsgruppen. Die erste Vergleichs-

gruppe zeigt die Ergebnisse hinsichtlich der Hemmnisse der Befragten, die bisher

keine Maßnahmen umgesetzt haben. Die zweite Vergleichsgruppe zeigt die Ergeb-

nisse zu den Herausforderungen bei der Umsetzung von Maßnahmen bei den Be-

fragten, die bereits mindestens eine Maßnahme realisiert haben. Als größtes Hemm-

nis und als Herausforderung bei der Umsetzung werden von allen Befragten zu hohe

Amortisationszeiten von Maßnahmen zur Optimierung der Energieeffizienz von Logi-

stikanlagen und -gebäuden angegeben. 41 % der Befragten, die bereits Maßnahmen

realisiert haben, sehen dies als größte Herausforderung für die Umsetzung an. Be-

fragte Unternehmen, die bisher keine einzige Maßnahme realisiert haben, geben zu

hohe Amortisationszeiten mit 40 % als Grund für das Scheitern einer Umsetzung von

Maßnahmen an. Dass Vorhaben an den zu hohen Amortisationszeiten scheitern,

liegt u. a. darin begründet, dass die geforderten Amortisationszeiten von vielen Un-

ternehmen gesunken sind. Dies zeigt eine Untersuchung im Rahmen des 2. Ener-

gieeffizienz-Index des EEP der Universität Stuttgart aus dem Jahr 2014 [EEP-2014].

Der Untersuchung des EEP zufolge sind die geforderten Amortisationszeiten für Ge-

bäude zwischen 2013 und 2014 im Schnitt von 48 auf 36 Monate gesunken. Für die

Infrastruktur, gebäudetechnische Anlagen sowie produktive Anlagen und Maschinen

betrug die geforderte Amortisationszeit im Jahr 2014 bereits 28 Monate, wohingegen

2013 diese noch bei 32 Monate lag. Brüggemann [Brü-2015] führt weiterhin aus,

dass die Vorgabe von immer kürzeren Amortisationszeiten häufig von Unternehmen

aus Risikogründen für getätigte Investitionen verlangt werden.


75

Frage: Vor welchen Herausforderungen oder Hindernissen stehen oder standen Sie bei der Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen innerhalb der Logistik? (Mehrfachnennung möglich)

Abbildung 3-10: Herausforderungen bei der Umsetzung von Maßnahmen bei Befragten mit minde-

stens einer umgesetzten Maßnahme im Vergleich zu Hemmnisse bei der Nicht-Umsetzung von Maßnahmen bei Befragten ohne umgesetzter Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und CO2-Neutralität Logistikanlagen und -gebäuden

Das führt wie bei den befragten Unternehmen, die bisher keine Maßnahmen umge-

setzt haben dazu, dass Investitionen für Energieeinsparmaßnahmen mit längerer

Kapitalbindungsdauer trotz positiver Verzinsung des eingesetzten Kapitals nicht um-

gesetzt werden. Diese Entwicklung stellt auch für die Logistik eine zunehmende Hür-

de für die Realisierung von Energieeffizienzpotenzialen dar. Damit ist auch die Ren-

tabilität von Maßnahmen für alle der befragten Unternehmen wichtig. So geben 34 %

der Befragten mit umgesetzten Maßnahmen an, dass eine fehlende Wirtschaftlichkeit

von Maßnahmen zu Herausforderungen bei der Umsetzung von Maßnahmen führt.

Dies stellt 30 % der Befragten ohne umgesetzte Maßnahmen bei der Realisierung

von Energieeffizienzpotenzialen vor ein Problem. In diesem Kontext werden von bei-

den Vergleichsgruppen mit ca. 30 % fehlende finanzielle Anreize durch die Politik

genannt, die eine (weitere) Umsetzung von Maßnahmen in der Logistik behindern.

25%

5%

30%

25%

45%

45%

40%

30%

40%

30%

35%

40%

0%

9%

14%

16%

16%

21%

27%

29%

29%

34%

34%

41%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Sonstige

Maßnahmen sind in Planung

Intransparenz von Förderprogrammen

Planungsunsicherheit wegen ändernder Politik

Fehlendes Wissen zur Planung, Auswahl und Umsetzung

Fehlendes Wissen zu (technologischen) Maßnahmen

Fehlende Personalressourcen zur Umsetzung

Fehlende Anreize durch Politik (finanziell)

Keine etablierten Methoden zur Bewertung

Wirtschaftlichkeit nicht gegeben

Hohe Komplexität bestehender Anlage und Prozesse

Zu hohe Amortisationszeiten

Hemmnisse für Umsetzung von Maßnahmen im Vergleich mit 2013

Maßnahmen umgesetzt n=56 Maßnahmen nicht umgesetzt n=20(n=56) (n=20)

[Anzahl Nennungen in %]


76

In diesem Zusammenhang werden intransparente Förderprogramme, welche eine

Umsetzung von Maßnahmen fördern und die Finanzierung neuer Technologien er-

leichtern würden, von ebenfalls 30 % der Befragten ohne umgesetzte Maßnahmen

bemängelt. Bei den befragten Unternehmen, die energieeffiziente Lösungen für Logi-

stikanlagen und -gebäude bereits implementiert haben, geben dies nur noch 14 %

der Befragten als Hemmnis für eine Umsetzung von Maßnahmen an. Weiterhin nen-

nen 26 % der Befragten ohne umgesetzte Maßnahmen die Planungsunsicherheit

wegen sich ändernder Gesetze und Vorgaben durch die Politik als Grund dafür, kei-

ne Maßnahmen einzuführen. Im Vergleich dazu geben nur 16 % der Befragten mit

umgesetzten Maßnahmen diesen Aspekt als Herausforderung an. Zu den finanziel-

len Aspekten kommen bei den Unternehmen fehlende personelle Kapazitäten er-

schwerend für die Identifikation und Umsetzung von Energieeinsparmaßnahmen hin-

zu. Dies bestätigt auch diese Umfrage, denn 40 % der Befragten ohne umgesetzte

Maßnahmen geben fehlende Personalressourcen als Hemmnis dafür an, dass bisher

im Betrieb keine Energieeinsparmaßnahmen in der Logistik realisiert worden sind.

Bei den befragten Unternehmen mit bereits mindestens einer umgesetzten Maß-

nahme sind es immerhin noch 27 % der Befragten. Neben den finanziellen und per-

sonellen Aspekten ist insbesondere Wissen über die eigenen Logistikprozesse, die

installierte Förder-, Lager- und Gebäudetechnik sowie über die Energieeinsparmög-

lichkeiten notwendig, um geeignete Maßnahmen zu identifizieren und im Unterneh-

men umsetzten zu können. Zur Notwendigkeit von Wissen kommt die Komplexität

von bestehenden Anlagen und Prozessen, die eine Identifikation von Einsparpoten-

zialen aber auch die Umsetzung dieser Maßnahmen erschweren, hinzu. So geben

knapp 35 % der Befragten aus beiden Vergleichsgruppen diesen Aspekt nach zu ho-

hen Amortisationszeiten als zweitgrößtes Hindernis bei der Realisierung von Ener-

gieeffizienzmaßnahmen für Logistikanlagen und -gebäude an.

Weiterhin geben die Umfrageteilnehmer an, dass ihnen das notwendige Wissen über

die (technologischen) Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der

CO2-Emissionen sowie Wissen zur Planung, Auswahl und Umsetzung von Maßnah-

men fehlt. Dies sind die größten Hemmnisse bei den Befragten ohne bisher umge-

setzter Maßnahmen, mit Nennungen von jeweils 45 % durch diese Befragten. Wur-

den Maßnahmen bei den Befragten bereits realisiert, stellt das fehlende Wissen über

mögliche Maßnahmen noch 21 % der Befragten und das fehlende Wissen zur Pla-

nung und Umsetzung 16 % der Befragten vor Herausforderungen. Zudem mangelt

es bisher an Methoden und Werkzeugen zur Erfassung, Berechnung und Bewertung

des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen von Logistikzentren. So gestaltet sich

eine Bestimmung des Energieeinsparpotenzials als auch der Wirtschaftlichkeit der

Maßnahmen als weder eindeutig noch einfach, zu komplex sind die Anwendungen in

Logistikzentren. Dies bemängeln 29 % der Befragten mit umgesetzten Maßnahmen

und 40 % der Befragten ohne umgesetzte Maßnahmen.


77

Was die zukünftige Umsetzung von Maßnahmen betrifft, geben 9 % der Teilnehmer

mit umgesetzten Maßnahmen an, dass weitere Maßnahmen in der Planung sind.

Lediglich 5 % der befragten Unternehmen ohne bisher realisierte Maßnahmen geben

an, dass Energieeffizienzmaßnahmen für die Zukunft geplant sind. Mit 25 % werden

sonstige Hemmnisse nur von Befragten ohne vorangegangener Aktivitäten zur Ener-

gieeffizienzsteigerung von Logistikanlagen und -gebäuden angegeben. Hiervon ge-

ben 20 % eine mangelnde Akzeptanz der Themen Energieeffizienz und CO2-

Neutralität sowie eine fehlende Verankerung auf Managementebene an. Damit ste-

hen Energieeffizienzmaßnahmen nicht im Fokus der betrieblichen Aktivitäten und

erfahren keine Unterstützung durch die Geschäftsführung oder das Management.

Auch wird unter Sonstiges von den Teilnehmern das Nutzer-Investor-Dilemma ange-

geben, sodass von einigen der befragten Unternehmen keine Einigung mit Investo-

ren oder Inhabern der Logistikgebäude für die Umsetzung von Maßnahmen erzielt

werden konnte. Im Vergleich der beiden Gruppen, ist es ersichtlich, dass sobald die

Wissens- und Informationsdefizite beseitigt sind, wenn mindestens eine Maßnahme

bereits im Unternehmen durchgeführt worden ist, zu hohe Amortisationszeiten sowie

eine fehlende Wirtschaftlichkeit die größten Herausforderungen bei der Einführung

weiterer Maßnahmen darstellen.

Die unterschiedlichen Ausprägungen der Hemmnisse und Herausforderungen bei

der Umsetzung von energieeffizienten und CO2-neutralen Logistikanlagen

und -gebäuden für die unterschiedlichen Wirtschaftszweige sind in Abbildung 3-11

und Abbildung 3-12 dargestellt. Abbildung 3-11 zeigt die Ergebnisse für die Ver-

gleichsgruppe, die bisher keine Maßnahmen umgesetzt hat und Abbildung 3-12 für

die Vergleichsgruppe mit mindestens einer umgesetzten Maßnahme je Branche. Die

Abbildungen zeigen deutlich die branchenspezifischen Unterschiede hinsichtlich der

bestehenden Barrieren bei der Einführung und Herausforderungen bei der Umset-

zung von Energieeffizienzmaßnahmen für Logistikanlagen und -gebäude.

So ist in Abbildung 3-11 zu sehen, dass bei den Befragten, die bisher keine Maß-

nahmen umgesetzt haben, eine hohe vorherrschende Komplexität der bestehenden

Anlagen und Prozesse (insbesondere bei Befragten aus der Prozess- und Bau-

stoffindustrie) eine große Hürde bei der Einführung von Optimierungsmöglichkeiten

darstellt. Fehlende Personalressourcen zur Planung und Umsetzung von Energieeffi-

zienzmaßnahmen werden von nur 25 % der Befragten aus dem Maschinen- und An-

lagenbau als Hemmnis angegeben, jedoch von der Hälfte aller Befragten aus den

weiteren Branchen. Insgesamt stellt dieses Hemmnis vor allem KMU vor große Her-

ausforderungen.


78

Fragen: Was waren die Herausforderungen oder Hindernisse bei der Umsetzung von Maßnahmen bei Befragten, die bisher keine Maßnahmen umgesetzt haben (Mehrfachnennung möglich) in Kombination mit

Branchenzweig und Unternehmensgröße

Abbildung 3-11: Hemmnisse bei der Einführung von Energieeffizienzmaßnahmen bei den Befrag-

ten, die bisher keine Maßnahmen umgesetzt haben nach Branche

Weiterhin wird die Hürde von fehlendem Wissen zur Planung, Auswahl und Bewer-

tung von 70 % der Befragten aus der Automobilindustrie und von 50 % der Befragten

der weiteren Branchen (bis auf den Maschinen- und Anlagenbau) als Hemmnis ge-

nannt. Intransparenz und ein hoher bürokratischer Aufwand von Förderprogrammen

wird vor allem von den Befragten aus dem Bereich Konsumgüter angegeben und

weniger von den Befragten anderer Wirtschaftszweige. Bei Betrachtung der genann-

ten Hemmnisse als Herausforderungen bei der Umsetzung von Maßnahmen bei der

Vergleichsgruppe mit bereits realisierten Maßnahmen in Abbildung 3-12 wird wieder

deutlich, dass insbesondere Probleme aufgrund von fehlendem Wissen in allen Wirt-

schaftszweigen bestehen. Dafür steigen, wie bei der Gesamtbetrachtung aller Be-

fragten, die Angaben hinsichtlich Amortisationszeiten und Wirtschaftlichkeit von den

Befragten als größte Herausforderungen bei der Realisierung von Maßnahmen an.

Mehr als die Hälfte der Befragten aus dem Bereich Konsumgüter stellen zu hohe

Amortisationszeiten der Energieeffizienzmaßnahmen vor Herausforderungen. Glei-

che Probleme bereitet dieser Aspekt den Befragten aus der Automobilindustrie, ge-

folgt von befragten Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbau.

0%

50%

100%

Keine NotwendigkeitHohe Komplexität

bestehender Anlagen undProzesse

Fehlende Personalressourcenzur Umsetzung

Fehlendes Wissen zu(technologischen) Maßnahmenzur Energieeffizienzsteigerung

Fehlendes Wissen zurPlanung, Auswahl und

Umsetzung von…

Keine etablierten Werkzeugeund Methoden zur Bewertung

und Berechnung von…

Wirtschaftlichkeit nichtgegeben


Fehlende Anreize durch Politik(finanziell)

Intransparenz / hoherbürokratischer Aufwand von

Förderprogrammen

Planungsunsicherheit wegenändernder Politik / Gesetze (z.

B. EEG)


Sonstiges

Hemmnisse für Umsetzung nach Branche und Unternehmensgröße (n=20)

Automobilindustrie Konsumgüter Maschinen-/Anlagenbau

Prozess/Baustoffindustrie KMU Großunternehmen

Maßnahmen nicht umgesetzt (n=20)


79

Fragen: Was waren die Herausforderungen oder Hindernisse bei der Umsetzung von Maßnahmen bei Befragten, die Maßnahmen bereits umgesetzt haben (Mehrfachnennung möglich) in Kombination mit

Branchenzweig und Unternehmensgröße

Abbildung 3-12: Herausforderungen bei der Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen bei den

Befragten, die Maßnahmen bereits umgesetzt haben nach Branche

3.1.5 Ableitung des Handlungsbedarfs

In allen analysierten Wirtschaftszweigen besteht noch erhebliches Energieeinsparpo-

tenzial für die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle aufgrund wenig um-

gesetzter Maßnahmen. Wie hoch das jeweilige Energieeinsparpotenzial dieser ein-

zelnen Maßnahmen für unterschiedliche Arten von Logistikzentren jedoch ist und

welche Auswirkungen diese auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren ha-

ben, ist wenig bekannt. Dieses Wissen fehlt den Entscheidungsträgern und Planern

bei der Realisierung von energieeffizienten und CO2-neutralen Logistikzentren, wie

die Ergebnisse der Unternehmensbefragung zum Umsetzungsstand in der Praxis

bestätigen. Denn als größtes Hemmnis bei der Umsetzung von Maßnahme zur Stei-

gerung der Energieeffizienz und Reduzierung der CO2-Emissionen geben die befrag-

ten Unternehmen fehlendes Wissen über (technologische) Möglichkeiten und Ein-

sparpotenziale als auch über Methoden zur Auswahl und Bewertung von Maßnah-

men an. Hinzu kommt die hohe Komplexität der Anlagen und Logistikprozesse, die

eine Auswahl und Realisierung von energieeffizienten Maßnahmen erschweren. Ne-

ben fehlendem Wissen stellen insbesondere hohe Amortisationszeiten und eine feh-

lende Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen die Unternehmen bei der energieeffizienten

Gestaltung ihrer Logistikanlagen und -gebäuden vor große Herausforderungen. Dies

0%

50%

100%

Keine NotwendigkeitHohe Komplexität

bestehender Anlagen undProzesse

Fehlende Personalressourcenzur Umsetzung

Fehlendes Wissen zu(technologischen) Maßnahmenzur Energieeffizienzsteigerung

Fehlendes Wissen zurPlanung, Auswahl und

Umsetzung von…

Keine etablierten Werkzeugeund Methoden zur Bewertung

und Berechnung von…

Wirtschaftlichkeit nichtgegeben


Fehlende Anreize durch Politik(finanziell)

Intransparenz / hoherbürokratischer Aufwand von

Förderprogrammen

Planungsunsicherheit wegenändernder Politik / Gesetze (z.

B. EEG)


Sonstiges

Herausforderungen bei Umsetzung nach Branche und Unternehmensgröße (n=56)

Automobilindustrie Konsumgüter Transport/Logistik

Maschinen-/Anlagenbau Prozess/Baustoffindustrie KMU

Großunternehmen Maßnahmen umgesetzt (n=56)


80

hängt unter anderem damit zusammen, dass es bisher wenig etablierte Methoden

zur ökologisch-ökonomischen Bewertung von Logistikzentren samt der Logistikanla-

gen gibt. Auf Grund mangelnder Energieermittlungsverfahren für die Intralogistik, wie

in Kapitel 2.4.2 analysiert, ist es nicht möglich, in der Planungsphase den Energiebe-

darf und die möglichen Energieeinsparpotenziale zu bestimmen. Das führt dazu,

dass Maßnahmen nicht bewertet werden können und daher nicht als Planungsalter-

native in den Entscheidungsprozess einbezogen werden.

Aus diesen identifizierten Defiziten wird der Handlungsbedarf, die Auswirkung von

Planungsalternativen für die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle auf

den Gesamtenergiebedarf für unterschiedliche Arten von Logistikzentren zu untersu-

chen und die energetischen Wechselwirkungen zwischen den Bereichen zu analysie-

ren, abgeleitet. Der Handlungsbedarf bestätigt die Notwenigkeit der verfolgten Ziel-

stellung dieser Forschungsarbeit, Stellhebel zur Reduzierung des Energiebedarfs

und der CO2-Emissionen bei der Optimierung des Gesamtenergiebedarfs von unter-

schiedlichen Arten von Logistikzentren in der Planungsphase zu identifizieren und

eine Wissensbasis für die Gebäude- und Logistikplanung zu entwickeln. Diese Wis-

sensbasis soll Planer, Bauherren und Investoren bei der Konzeption von energieeffi-

zienten und CO2-neutralen Logistikzentren unterstützen.

3.2 Untersuchung zum Forschungsstand

Eine Vielzahl von Forschungsprojekten und Autoren befassen sich mit den Themen

energieeffiziente Planung, Bewertung oder Optimierung von produktionstechnischen

Anlagen und Werkzeugmaschinen im Rahmen der Fabrik. Haag [Haa-2013] und

Drvendzija [Drv-2015] haben in ihren Arbeiten Methoden und Modelle zur Planung

einer energieeffizienten Produktion und zur Potenzialabschätzung von produktions-

logistischen Energieeffizienzmaßnahmen in Fabriken entwickelt. Haag [Haa-2013,

S. 7] beschränkt sich hierbei auf die spanende Bearbeitung in der Produktion und

legt den Schwerpunkt seiner Untersuchung auf organisatorische Energieeffizienzpo-

tenzialen der Produktionsplanung und Arbeitsvorbereitung. Drvendzija [Drv-2015,

S. 5] hingegen leitet Energieeffizienzmaßnahmen für die Produktionslogistik ab und

entwickelt eine Bewertungsmethode für die Wechselwirkungen zwischen Energiebe-

darf und den klassischen logistischen Zielgrößen. Auch in dieser Arbeit liegt der Fo-

kus auf einer energieeffizienten Produktionsplanung für bestehende Produktionssy-

steme. Zur Potenzialbestimmung mit den entwickelten Methoden und Modellen muss

in beiden Fällen zunächst der Energieverbrauch durch Felddatenerfassung an den

bestehenden Systemen aufgenommen werden. Einige der von Haag [Haa-2013,

S. 7 52ff] und Drvendzija [Drv-2015, S. 5 54ff] evaluierten Forschungsansätze unter-

suchten darüber hinaus Wechselwirkungen der Produktion mit der Gebäudetechnik.

So lag das Ziel des Forschungsprojekts „ENOPA – Energieeffizient durch optimierte


81

Abstimmung von Produktion und TGA“ [Mar-2008] darin, durch Analyse der Wech-

selwirkungen die Produktion und Gebäudetechnik bereits in der Planung besser auf-

einander abzustimmen. Logistikanlagen und -prozesse wurden in diesem Zusam-

menhang nicht betrachtet. Im Forschungsprojekt „Sustainbable Factories – Bewer-

tung und Gestaltung nachhaltiger, ressourceneffizienter Fabriken“ [Rei-2011a, Rei-

2011b] wurden für die Entwicklung einer Methode zur systematischen Bewertung der

Energieeffizienz einer Fabrik die interdisziplinären Wirkfelder Organisation, Standort,

Gebäude, Haustechnik und Prozess gemeinsam betrachtet, jedoch wiederum ohne

dem Wirkfeld Logistik. Aktuelle Forschungsverbünde wie die ETA-Fabrik [ETA-2016]

oder Green Factory Bavaria [FAU-2016] erforschen mit ihren Einzelprojekten eben-

falls fast ausschließlich Produktionsanlagen und -prozesse in Zusammenhang zum

Fabrikgebäude sowie diverse Verfahrens- und Fertigungstechniken. Logistik wird nur

in Verbindung mit der Montage in einem Produktionsgebäude in der Green Factory

Bavaria [FAU-2016] untersucht. So beschreibt auch Wiendahl [Wie-2013, S. 278]

Logistikprozesse in Fabriken als nicht energierelevante Prozesse im Vergleich zu

den weiteren gesamten Haupt- und Teilprozessen der industriellen Produktion. Le-

diglich der Transport und die Warenannahme werden von Wiendahl als schwach

energierelevant eingestuft.

Folglich steht die energierelevantere Fertigung und Produktion mit Ihren Fertigungs-

verfahren, Produktionsanlagen und Werkzeugmaschinen im Vordergrund der ener-

getischen Untersuchungen von Fabriken in der Forschung. Jedoch bieten auch Logi-

stikzentren mit ihren Intralogistikanlagen und dem Logistikgebäude weitere Potenzia-

le zur Steigerung der Gesamtenergieeffizienz und Reduzierung der CO2-Emissionen.

Trotzdem untersucht die Vielzahl der bestehenden Ansätze und veröffentlichten For-

schungsarbeiten zu energieeffizienten Fabriken selten Logistikanlagen

und -prozesse und insbesondere keine Logistikzentren als eigenständige Gebäude-

arten. Diese Untersuchungen sind jedoch notwendig, weil die generierten Erkennt-

nisse für energieeffiziente Fabriken aus der Forschung nicht direkt auf Logistikzen-

tren übertragen werden können. Denn Logistikanlagen weisen im Vergleich zu Pro-

duktionsanlagen differente Arbeitsprozesse und daraus resultierende Anforderungen

an das Gebäude und die Gebäudetechnik auf. Damit bestehen in Logistikzentren

abweichende Energiebedarfsstrukturen und andersartige Energieeffizienzpotenziale

als in Fabriken. Deshalb sind eigenständige Untersuchungen über die energetischen

Interaktionen zwischen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle in einem Logistikzen-

trum notwendig, um bestehende Stellhebel zur Reduzierung des Energiebedarfs und

der CO2-Emissionen zu identifizieren. Weiterhin bieten die genannten und untersuch-

ten Forschungsansätze aus dem Bereich der Fabrikplanung keine Methoden zur

Energiebedarfsermittlung von Logistikzentren, die als Grundlage für eine eigenstän-

dige Untersuchung notwendig sind.


82

Somit werden im Folgenden zunächst relevante ganzheitliche Ansätze und Erkennt-

nisse aus der Forschung zur Betrachtung von Logistikzentren als ein System beste-

hend aus Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle in Kapitel 3.2.1 analysiert und die

resultierenden Forschungslücken belegt. Dazu werden die analysierten Forschungs-

arbeiten qualitativ hinsichtlich der formulierten Forschungsfragen und der Zielstellung

dieser Arbeit bewertet. Anschließend werden Forschungsarbeiten zu Einzeluntersu-

chungen in den Bereichen Intralogistik in Kapitel 3.2.2 und Logistikgebäude Kapi-

tel 3.2.3 dargestellt, um Ansätze zur Energieermittlung auf Anlagenebene zu unter-

suchen und um auf bereits generierten Erkenntnissen zu möglichen Energieeffi-

zienzpotenzialen in der Untersuchungsphase aufbauen zu können.

3.2.1 Ganzheitliche Ansätze zur Energieermittlung und Erkenntnisse über energetische Wechselwirkungen und Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren

Grundsätzlich existieren bisher wenig Forschungsarbeiten über energetische Stell-

hebel in Logistikzentren sowie über die von Logistikzentren verursachten CO2-

Emissionen. Bestehende Erkenntnisse über Energiebedarfe und Umweltauswirkun-

gen von Logistikzentren und deren Logistikprozesse sind daher begrenzt. So zeigt

auch die systematische Literaturanalyse zu dem Thema energieeffiziente und nach-

haltige Logistikzentren von Ries et al. [Rie-2016] auf, dass lediglich 19 gelistete, eng-

lischsprachige Veröffentlichungen sich bisher mit nachhaltigen Aspekten in der La-

gerhaltung beschäftigt haben.

Ein relevanter Ansatz, der das Logistikzentrum als ein System in einem Simulations-

modell betrachtet, ist von Fichtinger et al. [Fic-2015]. Mit diesem Simulationsmodell

untersuchen Fichtinger et al. die Auswirkungen von unterschiedlichen Lagerbetriebs-

strategien in Kombination mit unterschiedlichen Bestandsmanagementstrategien auf

die von Logistikzentren verursachten CO2e-Emissionen (Treibhauspotenzial) im Be-

trieb durch Energieverbrauch für Beleuchtung, Gebäudetechnik und fixer sowie mobi-

ler Lager- und Fördertechnik. Zum Abbilden der Lagerstrategien werden ein manuel-

les Lager, ein Schmalganglager und ein automatisches Hochregallager verwendet.

Zur Berechnung des Energiebedarfs für Beleuchtung und Gebäudetechnik werden

Referenzwerte aus der Literatur für den Energiebedarf in kWh pro m2 im Jahr für alle

Modelle verwendet. Dafür wird die Gebäudetechnik und -hülle entsprechend der ge-

troffenen Annahmen von Rai et al. [Rai-2011] für den Heizfall mit 16 °C im Lagerbe-

reich parametriert (Gebäudetechnik 300 kWh/m2a, für das Hochregallager

200 kWh/m2a und Beleuchtung mit 36 kWh/m2a für alle Modelle und Bereiche).

Energieparameter für die Logistik werden für mobile Lagergeräte nach Angaben der

Autoren aus Herstellerbroschüren entnommen. Primär werden hier die Energiever-

brauchsdaten der Hersteller nach VDI-Richtlinie 2198 [VDI 2198] für Flurförderzeuge


83

verwendet. Es bleibt jedoch unklar, wie die Energieparameter von den Autoren mit

den Angaben nach [VDI 2198] in kWh für Referenzspiele in einer Stunde Fahrt für

die Ermittlung des Energiebedarfs für mobile Lagergeräte bestimmt wurden. Denn im

Vergleich zur Gebäudetechnik, wird der Energiebedarf für das Simulationsmodell von

den Autoren nicht über die Fläche, sondern über den Energieverbrauch in Wh für

horizontale und vertikale Bewegungen in Metern bestimmt, was die VDI-Richtlinie

nicht differenziert. Für fest installierte Fördertechnik, wie Ketten- und Rollenförderer

wird pauschal der Jahresenergiebedarf nach [Dho-2012] bilanziert. Über die ermittel-

te Fläche der drei erstellten Modelle, stellvertretend für unterschiedliche Lagerstrate-

gien, und mit dem im Mittel zurückgelegten Weg in Metern für die Lager- und Kom-

missionieraufträge entsprechend der Bestandsmanagementstrategien berechnen die

Autoren den Energiebedarf der Logistikzentren für die aufgestellten Szenarien mit

den angenommenen Energieparametern. Für die Energieparameter zur Ermittlung

des Energiebedarfs der Intralogistik und des Logistikgebäudes werden somit Werte

aus unterschiedlicher Literatur verwendet. Diese getroffenen Annahmen stehen da-

her nicht im Zusammenhang und sind nicht speziell für die aufgestellten Modelle er-

mittelt worden. Obwohl die Autoren den Einfluss der unterschiedlichen Faktoren wie

klimatische Bedingungen am Standort oder Automatisierungsgrad anmerken, wird

der Einfluss dieser Parameter im Modell als Planungsalternative nicht betrachtet.

Auch wird die Gebäudetechnik z. B. nach Art des Heizsystems sowie die Intralogistik

nach Art der Förder- und Lagertechnik nicht spezifiziert. Somit sind mögliche energe-

tische Wirkbeziehungen zwischen der Intralogistik und dem Gebäude nicht abgebil-

det. Die Zusammenhänge und Auswirkungen von unterschiedlichen Planungsalter-

nativen (insbesondere technologische Varianten) für Intralogistik und Gebäudetech-

nik sowie der Einfluss bei Änderungen der Gebäudehülle auf den Gesamtenergiebe-

darf von Logistikzentren, wie mit der vorliegenden Arbeit geplant, kann folglich mit

diesem Ansatz nicht ermittelt und untersucht werden. Tabelle 3-1 zeigt die qualitative

Bewertung der untersuchten Forschungsarbeit von Fichtinger et al. [Fic-2015] hin-

sichtlich der Erfüllung der formulierten Forschungsfragen und der Zielstellung dieser

Arbeit.

Mit einem ähnlichen, aber weniger differenzierten, Ansatz werden von Arikan et al.

[Ari-2014] die CO2-Emissionen von Logistikzentren in der Lieferkette mit Hilfe von

Benchmarking-Werten aus Großbritannien bestimmt. Ziel der Untersuchung war es,

die Auswirkungen von Beschaffungsstrategien mit unterschiedlichen Lieferzeiten und

Lagerbeständen auf die gesamten CO2-Emissionen (Luftfrachttransport und Logistik-

zentrum) zu untersuchen. Hier wird nur der Verbrauch an Strom und fossilen Ener-

gieträgern für Beleuchtung und Gebäudetechnik betrachtet und pauschal mit einem

Verbrauch in kWh pro m2 im Jahr mit 67 kWh/m2a für Strom und 169 kWh/m2a für

fossile Energieträger nach [CIBSE-2004] angenommen.


84

Tabelle 3-1: Gegenüberstellung und Bewertung bestehender Forschungsansätze und Autoren

Forschungsstand / -ansätze Au

tore

n

[Fic

-201

5]

[Ari

-20

14

]

[Dh

o-2

01

2]

[Rai

-20

11

]

[Co

o-2

01

1]

[Pu

d-2

015

].

[Me

n-2

01

4]

Untersuchungsgegenstand

Intralogistik

Lagertechnik

Flurförderzeug

Fördertechnik

Gebäudetechnik

Heiz- / Kühlsystem

Raumlufttechnische Anlage

Beleuchtung

Gebäudehülle

Gebäudedämmung

Fenster

Tore

Untersuchungsmethode Energieermittlung

Messung

Simulation

Berechnung

Untersuchungsergebnisse

Stellhebel zur Reduzierung des Gesamtenergiebe-darfs werden aufgezeigt

Energetische Wirkbeziehungen werden im Gesamt-system aufgezeigt

Auswirkungen von Maßnahmen auf Gesamtener-giebedarf werden aufgezeigt

Auswirkungen von Maßnahmen auf Energiebedarf werden auf Anlagenebene aufgezeigt

Ökologische und ökonomische Vorteile von Maß-nahmen werden aufgezeigt

Maßnahmenempfehlungen als Entscheidungsunter-stützung werden aufgezeigt

Legende: umfänglich betrachtet / teilweise betrachtet / nicht betrachtet

Mit diesen pauschalen Werten haben Arikan et al. die CO2-Emissionen für eine La-

gereinheit pro Tag im Logistikzentrum über eine angenommene Lagerfläche mit einer

definierten Lagerkapazität ermittelt. Auch hier stand weniger die Untersuchung des

Logistikzentrums und seiner Stellhebel zur Reduzierung des Energieverbrauchs und

der CO2-Emissionen im Vordergrund, sondern die Bestandsmanagementstrategie

und deren Auswirkungen auf die in der Lieferkette verursachten CO2-Emissionen.

Kritisch ist in diesem Ansatz die Annahme eines festen Wertes für die CO2-


85

Emissionen pro Lagereinheit zu sehen, da unter vereinfachten Bedingungen die CO2-

Emissionen des Gebäudes nicht von der Anzahl der Lagereinheiten im Logistikzen-

trum abhängig sind, sondern zunächst von dem zu konditionierenden Raumvolumen

des Lagers. Weiterhin zeigt dieser Ansatz erneut, dass keine vergleichbaren Aussa-

gen über Energieverbrauchsstrukturen von Logistikzentren pauschal getroffen wer-

den können (vgl. Kapitel 2.2). So variieren die von Arikan et al. [Ari-2014] angenom-

menen Benchmarking-Werte als Mittelwerte für den Energieverbrauch in Logistikzen-

tren pro m2 im Jahr im Vergleich zu den Energieparametern im Ansatz von Fichtinger

et al. [Fic-2015] für die Gebäudetechnik stark.

Dhooma und Baker [Dho-2012] haben zur Bewertung von Stellhebeln zur Reduzie-

rung des Energieverbrauchs von Logistikzentren aufbauend auf bestehenden Ener-

gie-Audit Ansätzen für Gebäude einen Ansatz speziell für bestehende Logistikzen-

tren entwickelt und angewendet. Ziel war es, mit dem erstellten Audit-Verfahren den

Gesamtenergieverbrauch von Logistikzentren zu analysieren und die größten Ver-

braucher sowie Energieeinsparpotenziale zu identifizieren. Dazu muss der Energie-

verbrauch des Logistikzentrums zunächst gemessen und den Verbrauchern aus den

Bereichen zugeordnet werden. Für die Auswahl von Alternativen in der Planung von

noch nicht existierenden Logistikzentren ist dieser Ansatz daher nicht geeignet. Wei-

terhin werden die in der Fallstudie von den Autoren identifizierten Energieeffizienzpo-

tenziale nicht konkret beschrieben, sodass keine Erkenntnisse hinsichtlich der Mög-

lichkeiten und deren spezifischen Energieeinsparpotenzialen im Gesamtsystem aus

der Arbeit gezogen werden können, weil das Ziel der Arbeit von Dhooma und Baker

[Dho-2012] in der Erstellung eines Vorgehens zum Energie-Audit für Logistikzentren

lag.

Rai et al. [Rai-2011] untersuchen in ihrer Forschungsarbeit das Verhältnis von direk-

ten, nutzungsbedingten CO2-Emisisonen, verursacht durch den Betrieb eines Leicht-

bau-Distributionslager, zu indirekt, nicht nutzungsbedingt verursachten CO2-

Emisisonen, durch Herstellung und Transport von Bau- und Dämmstoffe für die Ge-

bäudehülle. Ziel der Arbeit war die Identifikation der Auswirkungen von Dachfenstern

und alternativen Baustoffen auf die direkten und indirekten CO2-Emisisonen, verur-

sacht im Lebenszyklus des Distributionslagers. Hier ist im Gegensatz zu den voran

beschriebenen Forschungsarbeiten lediglich die Gebäudehülle Untersuchungsge-

genstand der Arbeit. Damit betrachtet der Ansatz zwar Logistikzentren, dies erfolgt

aber nicht ganzheitlich, sodass die Ergebnisse nur Erkenntnisse zum Bereich der

Gebäudehülle ohne Wechselwirkungen liefern.

Mit der Gebäudehülle und den Dachfenstern analysieren Cook und Sproul [Coo-

2011] in ihrer Arbeit, über den Ansatz von Rai et al. [Rai-2011] hinausgehend, auch

die Auswirkungen von Planungsalternativen für die Beleuchtung auf den Gesam-

tenergiebedarf für den Betrieb eines Handelslagergebäudes. Dazu haben die Auto-


86

ren u. a. die Einflüsse einer Beleuchtungssteuerung sowie von effizienten Leuchtmit-

teln eruiert. Damit wird jedoch auch von Cook und Sproul lediglich der Energiebedarf

des Logistikgebäudes, ohne den Einfluss der im Logistikgebäude verwendeten Be-

triebsmittel der Intralogistik dargestellt. Weiterhin wird von den Autoren keine Variati-

on des Heiz- / oder Kühlsystems vorgenommen.

Diese Aspekte der Variation der Gebäudetechnik in Kombination mit unterschiedli-

chen Parametern für die Gebäudehülle analysieren Pudleiner und Colton [Pud-2015]

mit einer Unsicherheits- und Sensitivitätsanalyse. In ihrer Arbeit gehen die Autoren

den Auswirkungen von alternativen Steuerungsstrategien für die Gebäudetechnik

und der Konstruktionsweise eines Lagers für Impfstoffe auf den Gebäudeenergiebe-

darf für unterschiedliche Standorte in Entwicklungsländern nach. Ziel war die Analyse

der Wechselwirkungen der Konstruktionsweise der Gebäudehülle mit der Gebäude-

technik, um sie für die unterschiedlichen warmen bis sehr heißen Standorte aufzu-

zeigen und die Auswirkung von Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf

herauszustellen. Auch hier wurden die Wechselwirkungen mit der Intralogistik für un-

terschiedliche Arten von Logistikzentren nicht evaluiert und die Auswirkungen der

Intralogistik und Variation dieser nicht erforscht.

Eine Untersuchung von Intralogistikanlagen in Verbindung mit der Gebäudetechnik,

die auch die energetischen Wechselwirkungen zwischen den Bereichen analysiert,

ist nur von Meneghetti und Monti [Men-2014] bekannt. Hierfür haben die Autoren ein

Optimierungsmodell für die Planung und Auslegung nachhaltiger Kühllager als auto-

matische Hochregallager in der Lebensmittel-Supply-Chain erstellt. Dafür wurden

Anforderungen und Einflussparameter der Regalbediengeräte mit Constraintpro-

grammierung modelliert und mit einem von den Autoren erstellten Energie-Modell für

automatische Hochregallager [Men-2014a] und einer Energieberechnung für das

Tiefkühlsystems verbunden. Ziel war eine optimale Auslegung u. a. von Regalab-

messungen und der Gebäudedimension hinsichtlich Kosten, Energie und CO2-

Ausstoß. Hier wurde jedoch nur ein Hochregallager im Kühlfall für ein Temperatur-

niveau von über -20 °C betrachtet, ohne dass Verbindungen zu anderen Subsyste-

men eines Logistikzentrums berücksichtigt wurden. Weiterhin wurden nur Parameter

und alternative Dimensionierungen der Lagertechnik des Hochregallagers sowie der

Standort für die Untersuchungen verändert. Auswirkung auf den Energiebedarf und

die CO2-Emissionen von alternativen Kühlsystemen oder die Ausführung der Gebäu-

dehülle wurden hingegen nicht variiert.

Die Bewertung der analysierten Forschungsansätze in Tabelle 3-1 bestätigt, dass die

Untersuchung von Logistikzentren bisher wenig verbreitet ist. Es sind keine ganzheit-

lichen Forschungsansätze für Logistikzentren bekannt, welche die energetischen

Wechselwirkungen des Logistikgebäudes mit seiner Hülle und der Gebäudetechnik

in Kombination mit der Intralogistik für unterschiedliche Arten von Logistikzentren


87

analysieren. Damit existieren wenig Erkenntnisse über die energetischen Zusam-

menhänge in Logistikzentren, welche für die Konzeption von energieeffizienten und

CO2-neutralen Logistikzentren in der Planung notwendig sind. Auch ist bisher wenig

Wissen in der Forschung zu den Auswirkungen von Planungsalternativen für Intralo-

gistik, Gebäudetechnik und -hülle auf den Gesamtenergiebedarf generiert worden,

sodass auch Wissen über die Stellhebel in Logistikzentren zur Reduzierung des Ge-

samtenergiebedarfs und der verursachten CO2-Emissionen fehlt. Um diese For-

schungslücke zu schließen, bedarf es Verfahren und Methoden, die eine ganzheitli-

che Ermittlung und Bewertung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren sowie

eine Untersuchung der Auswirkungen von Planungsalternativen unter Berücksichti-

gung der intralogistischen Anlagen und Prozesse in Zusammenhang mit der Kon-

struktionsweise des Gebäudes samt Hülle und Gebäudetechnik ermöglichen.

3.2.2 Spezifische Ansätze und Erkenntnisse zur Energieermittlung und Energieeffizienzsteigerung in der Intralogistik

Die Ermittlung und Bewertung des Energiebedarfs von Intralogistikanlagen erfolgt in

der Regel mittels Simulationsstudien und / oder Messungen an realen Systemen.

Umfangreiche Simulationsstudien bestehen hierbei vor allem für Regalbediengeräte

in automatischen Regallagern. Davon untersuchten Meneghetti et al. [Men-2015,

Men-2015a, Men-2014a, Men-2013, Men-2013a] u. a. den Einfluss von unterschied-

lichen Lagerstrategien, Regalgeometrien, Gewichten der Lagereinheiten und von

Energierückspeiseeinheiten für RBG auf den Energiebedarf, die Kosten und CO2-

Emissionen sowie die Spielzeit von automatischen Regallagern. Alle Arbeiten von

Meneghetti et al. zur Energieermittlung basieren auf Simulationen mit einer Con-

straintprogrammierung, jeweils in Kombination mit anderweitigen Modellen und Op-

timierungsmethoden. Weitere Untersuchungen an RBG mit Messungen an realen

Anlagen und / oder Simulationen zur Analyse der Auswirkungen von diversen Ein-

flussparametern auf den Energiebedarf von RBG haben Sommer [Som-2015], Braun

et al. [Bra-2012 ], Schulz et al. [Schu-2012] und Ertl et al. [Ert-2013, Gün-2011a,

Gün-2011b, Ert-2014, Ert-2014a] durchgeführt. Neben der Lagertechnik bestehen

auch Forschungsergebnisse zur Identifikation von Einflussfaktoren auf den Energie-

bedarf von Fördertechnik. Dazu haben beispielsweise Hoppe [Hop-2015] und Braun

et al. [Bra-2014, Bra-2013] messtechnische Untersuchungen durchgeführt und Simu-

lationsmodelle erstellt, um Energieeffizienzmaßnahmen für Tragkettenförderer und

Rollenförderer zu evaluieren. Schilling et al. [Schi-2016] haben Messungen zur Be-

stimmung des Energieverbrauchs von Gabelstaplern durchgeführt, um ein Progno-

semodell für den einsatzspezifischen Energieverbrauch zu entwickeln.

Wie in Kapitel 2.4.2 bereits festgestellt, können zum einen Messungen nicht zur Be-

stimmung des Energiebedarfs von zukünftigen Anlagen oder Gesamtsystemen ver-


88

wendet werden. Zum anderen ist der Einsatz von Simulationswerkzeugen zur Be-

stimmung des Energiebedarfs sehr zeitintensiv und mit hohem Implementierungs-

aufwands verbunden. Daher eignen sich diese Methoden nicht zur Ermittlung des

Energiebedarfs in der Grobplanungsphase von Logistikzentren und auch nicht für die

Durchführung der angestrebten Untersuchungen der vorliegenden Arbeit zur Analyse

der energetischen Wechselwirkungen zwischen den Bereichen Intralogistik, Gebäu-

detechnik und -hülle und zur Bestimmung der Auswirkungen von Planungsalternati-

ven aus diesen Bereichen auf die Gesamtenergiebilanz von unterschiedlichen Arten

von Logistikzentren. Folglich müssen analytische Berechnungsmethoden verwendet

werden, um den Gesamtenergiebedarf der Intralogistik in der Grobplanung zu ermit-

teln und eine Gesamtenergiebilanz für Logistikzentren mit dem Energiebedarf des

Logistikgebäudes aufzustellen.

Analytische Berechnungsansätze zur Bestimmung des Eigenbedarfs von Anlagen

der Intralogistik, die nicht ausschließlich auf messtechnischen Untersuchungen und

numerischer Integration beruhen, sind nur für Lager-, Förder und Handhabungstech-

nik auf Anlagen- bzw. Geräteebene bekannt. Dazu gehört der analytische Berech-

nungsansatz für den Energiebedarf von Regalbediengeräten mit Energierückspei-

sung von Ertl und Günthner [Ert-2013a, Ert-2013b] sowie das Metamodell zur Be-

rechnung des mittleren Energiebedarfs von automatischen Kleinteilelagern von Ertl

und Günthner [Ert-2016]. Weitere analytische Berechnungsansätze zur Untersu-

chung der organisatorischen und technologischen Einflussmöglichkeiten auf den

Energiebedarf von Regalbediengeräten bieten Siegel et al. [Sie-2013b], Lerher et al.

[Ler-2014a], Tappia et al. [Tap-2015] und Bortolini et al. [Bor-2016]. Basierend auf

messtechnischen Untersuchungen der Fördertechnik haben Habenicht und Günthner

[Hab-2013, Gün-2013b] analytische Berechnungsverfahren für Rollen- und Tragket-

tenförderer erstellt, in einem Berechnungswerkzeug implementiert und Handlungs-

empfehlungen zur energieeffizienten Gestaltung dieser Systeme abgeleitet. Lotters-

berger et al. [Lot-2013] haben ebenfalls messtechnischen Untersuchungen, jedoch

am Bandförderer, durchgeführt und ein Bewertungsverfahren für die Energieeffizienz

der Fördertechnik abgeleitet. Zur energetischen Untersuchung von Handhabungs-

technik haben Braun et al. [Bra-2016] den Einsatz von Energieeffizienzmaßnahmen

im elektrischen Antriebsstrang von Kranen mit Hilfe von Normen, Erfahrungswerten

und Abschätzungen von Herstellern berechnet, um Handlungsempfehlungen für Be-

treiber und Hersteller von Hebezeugen abzuleiten.

Voraussetzung für die Anwendung der genannten Berechnungsverfahren zur Ermitt-

lung des Energiebedarf ist die Kenntnis diverser technischer Parameter sowie logisti-

scher Kenngrößen. Dieser Sachverhalt erschwert die Anwendung der dargestellten

analytischen Berechnungsverfahren aus der Forschung, da geforderte Parameter

und Kennwerte in der Planung oft noch nicht bekannt sind. Damit muss auf Erfah-


89

rungswerte, Angaben von Betreibern und Herstellern sowie ermittelten Parametern

aus Praxis und der Forschung zur Energiebedarfsermittlung der Intralogistik zurück-

gegriffen werden.

3.2.3 Spezifische Ansätze und Erkenntnisse zur Energieermittlung und Effizienzsteigerung des Logistikgebäudes

Im Bereich des Gebäudes sind Methoden und Verfahren zur Ermittlung des Energie-

bedarfs gut entwickelt und verbreitet [Her-2010]. Mit der Vornormenreihe DIN V

18599, Teil 1 bis 10 [DIN 18599] existieren in Deutschland umfangreiche und aner-

kannte Verfahren zur Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für

Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung und zur energeti-

schen Bewertung von Wohn- und Nichtwohngebäuden. Teil 10 DIN 18599-10 dieser

Norm gibt Nutzungszeiten und Randbedingungen für Logistikhallen zur Berechnung

nach dem Referenzgebäudeverfahren vor. Ein Mangel dieses Ansatzes liegt darin,

dass Intralogistikanlagen und -prozesse und damit die Abwärmepotenziale der Mate-

rialflusstechnik in diesem Verfahren keine Berücksichtigung als Wärmequel-

len / -senken finden.

3.2.4 Ableitung des Forschungsbedarfs

Keine der analysierten Arbeit in Kapitel 3.2.1 über energetische Wechselwirkungen

und Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentrum nimmt eine

ganzheitliche Untersuchung der Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle vor. So sind

entsprechend die energetischen Wechselwirkungen und Auswirkungen auf den Ge-

samtenergiebedarf von Logistikzentren auch mit den dargestellten Forschungsarbei-

ten immer noch wenig erforscht. Weiterhin werden zwar verschiedene Berechnungs-

ansätze zur Energieermittlung von Logistikzentren verwendet, jedoch wird kein Ver-

fahren speziell zur ganzheitlichen, spezifischen Energiebedarfsermittlung von Logi-

stikzentren eingeführt. Darüber hinaus verwenden die analysierten Berechnungsan-

sätze pauschale Energiekennwerte als Energieparameter, die nicht speziell für das

jeweils untersuchte Modell ermittelt wurden. Andere Ansätze bedienen sich der Si-

mulation, welche für die Anforderungen der vorliegenden Arbeit zu komplex und zeit-

aufwendig ist. Damit können die verwendeten Energieermittlungsmethoden der dar-

gestellten Autoren in Kapitel 3.2.1 nicht für diese Arbeit verwendet werden. Jedoch

können die gewonnenen Erkenntnisse aus den ermittelten spezifischen Ansätzen in

Kapitel 3.2.2 und Kapitel 3.2.3 in die eigenen Untersuchungen einfließen sowie in die

zu entwickelnde Wissensbasis als Handlungsempfehlungen aufgenommen werden.

Die separate Betrachtung der Intralogistik in Kapitel 3.2.2 zeigt, dass bisher fast aus-

schließlich Untersuchungen zur Energieeffizienz von einzelnen Anlagen oder Gerä-


90

ten erfolgen. Erkenntnisse und Forschungsergebnisse über die Höhe der Auswirkun-

gen von ganzen Materialflusssystemen auf den Energiebedarf und die Wechselwir-

kungen mit dem Logistikgebäude für unterschiedliche Arten von Logistikzentren sind

nicht bekannt. Im Gebäudebereich, wie in Kapitel 3.2.3 dargestellt, ist die For-

schungsarbeit zur energieeffizienten Gestaltung weit fortgeschritten, jedoch ohne

Beachtung der Wechselwirkungen zur Intralogistik. So kann auch hier auf den bisher

generierten Forschungsergebnissen des untersuchten Forschungsstandes zur In-

tralogistik und des Logistikgebäudes aufgebaut werden, indem Handlungsempfeh-

lungen und gewonnenes Wissen über Energieeffizienzpotenziale von Planungsalter-

nativen für die Bereiche in die Untersuchungen und Wissensgenerierung dieser Ar-

beit einfließen. Damit bestehen zwar für die Bereiche der Intralogistik und des Logi-

stikgebäudes mittlerweile zuverlässige Methoden und Simulationsergebnisse zur

Bewertung des Energiebedarfs von einzelnen Anlagen, Betriebsmitteln oder Baustof-

fen. Ein ganzheitlicher Ansatz zur Ermittlung und Bewertung der Gesamtenergiebi-

lanz von Logistikzentren sowie zur Untersuchung der energetischen Zusammenhän-

ge und Auswirkungen von Planungsalternativen aus den Bereichen Intralogistik, Ge-

bäudetechnik und -hülle auf die Gesamtenergiebilanz ist jedoch nicht bekannt. Ins-

besondere für die Planung von Neubauprojekten oder für das Retrofitting sind diese

Erkenntnisse und das Verständnis über die Zusammenhänge und die Höhe des Ein-

flusses von Planungsalternativen auf den Energiebedarf des zukünftigen Systems

jedoch notwendig. Dieses Wissen ist aktuell mangelhaft und muss weiter erschlos-

sen werden, damit auch Logistikzentren innerhalb der Lieferkette zunehmend zur

Erreichung der energie- und klimapolitischen Ziele beitragen können. Dazu ist es

notwendig, ein integriertes Modell zu entwickeln, mit dessen Hilfe die Zusammen-

hänge und Auswirkungen untersucht werden können, um das aktuell mangelnde

Wissen zu erweitern. Dafür kann auf den Ansätzen zur analytischen Berechnung des

Energiebedarfs der Intralogistik sowie der [DIN 18599] aufgebaut werden, um einen

ganzheitlichen Ansatz zur Gesamtenergiebilanzierung von unterschiedlichen Arten

von Logistikzentren zu erarbeiten.

Die dargestellten Forschungslücken bestätigen die aufgestellten Forschungsfragen

nach den energetischen Wechselwirkungen und Auswirkungen von Planungsalterna-

tiven im Gesamtsystem Logistikzentrum sowie nach deren ökonomischen und ökolo-

gischen Vorteilen. Zur Erreichung der Zielsetzung dieser Arbeit, die Stellhebel zur

Reduzierung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen zur Optimierung des Ge-

samtenergiebedarfs von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren in der Pla-

nungsphase zu identifizieren, müssen mehrere Kernpunkte in Beziehung zueinander

gesetzt werden. Hierfür werden die beschriebenen Ansätze und Erkenntnisse ver-

wendet, angepasst und weiterentwickelt.

91

4 Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen zur systemischen Betrachtung von Planungsalternativen

Der analysierte Stand der Technik in Kapitel 2 hat gezeigt, dass bisher wenige Er-

kenntnisse über die Auswirkungen und Wechselwirkungen von Planungsalternativen

auf den Energiebedarf von Logistikzentren in der Planungspraxis bestehen. Die Eva-

luierung des Handlungsbedarfs in Kapitel 3.1 hat ergeben, dass genau dieses Wis-

sen für die Umsetzung von energieeffizienten und CO2-neutralen Logistikzentren in

der Praxis fehlt. Die Evaluierung des Forschungsstands in Kapitel 3.2 hat die beste-

henden Forschungslücken belegt und den Forschungsbedarf zur systemischen Un-

tersuchung der Wechselwirkungen und Auswirkungen von Planungsalternativen auf

den Energiebedarf von Logistikzentren sowie zur Entwicklung eines Modells zur Er-

mittlung des Gesamtenergiebedarfs von Logistikzentren bestätigt. Damit wurde in der

Initialphase der konkrete Forschungsbedarf geklärt. Im Folgenden wird die Aufga-

benstellung im Forschungsvorgehen aus Kapitel 1.4 entsprechend des analysierten

Forschungsbedarfs konkretisiert und die Untersuchungsmethodik zur Erreichung der

Zielstellung und Beantwortung der Forschungsfragen festgelegt. Abbildung 4-1 gibt

eine Übersicht über die Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen.

Ziel der Modellierungsphase ist die Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermitt-

lung der Gesamtenergiebilanz von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren sowie

die Erarbeitung von Referenzgebäudemodellen, welche als Grundmodelle die übli-

che Baupraxis abbilden. Die Verfahren der Systemwissenschaften lassen hierbei

Feststellungen zu, wie stark sich Veränderungen von Systemparametern auf das

Gesamtsystem auswirken und welche Bedeutung einzelne Systemelemente für das

Gesamtsystem haben. Zur Referenzgebäudemodellentwicklung wird das gesamte

Logistikzentrum mit einem systemischen Ansatz beschrieben und untersucht. In die-

sem Rahmen erfolgt die Systemanalyse und der formale Modellaufbau zur Entwick-

lung des integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistik-

zentren in Kapitel 5 nach den allgemeinen Vorgehen von Schmidt [Schm-1985] und

Bossel [Bos-1992]. Mit diesen Vorgehen ist es möglich, unterschiedliche Systeme zu

analysieren und entsprechende Modelle zur Untersuchung des Systemverhaltens zu

erstellen. Nach dem Lebenszyklus der Modellentwicklung nach Schmidt [Schm-1985,

S. 62ff] werden zunächst mit der Problemdefinition der Modellzweck des integrierten

Modells für Logistikzentren präzisiert und die vorliegenden Ausgangsdaten struktu-

riert. In den nächsten Schritten nach Schmidt [Schm-1985, S. 17] erfolgen als we-

sentlicher Kern der Modelluntersuchung die Systemanalyse und der Modellaufbau. In


92

der Systemanalyse werden zunächst die Systemgrenzen festgelegt und systemrele-

vante Grundelemente von Logistikzentren identifiziert und klassifiziert sowie deren

Attribute eindeutig beschrieben.

Abbildung 4-1: Untersuchungsmethodik zur systemischen Betrachtung der Wechselwirkungen und

Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren

Die in Kapitel 2.2 ermittelten Grundelemente werden für die Modellierung festgelegt

und über geeignete Attribute definiert, über die sich der Energiebedarf ermitteln lässt.

Zur Festlegung der Systemstruktur als Wirkungsgefüge, welches das Systemverhal-

ten wiedergibt, erfolgte die Analyse der externen und internen Einflussfaktoren auf

den Energiebedarf von Logistikzentren in Kapitel 2.1. Als methodische Arbeitshilfe

zur Erstellung dieses Wirkungsgefüges wird das von Vester entwickelte Sensitivi-

tätsmodell [Vest-2012] zum vernetzten Denken angewandt. Damit erfolgt die syste-

Evaluierung(Kapitel 8)

Festlegung der Systemgrenzen

Systemanalyse (Kapitel 5)

Ergebnisanalyse(Kapitel 6)

Abstraktes Modell

Identifikation system-relevanter Grundelemente

Festlegung der System-struktur und des -verhaltens

Formaler Modellaufbau(Kapitel 5)

Mathematische Beschreibung Teilmodell Intralogistik

Verbindung Intralogistik-modell mit Gebäudemodell

Formales analytisches integriertes Modell

Referenzgebäudemodellierung(Kapitel 6)

Bestimmung der Randparameter

Bestimmung spezifischer und technischer Parameter

Grundmodelle als Referenzgebäude

Analyse der Energieverteilung

Energiebilanzierung der Grundmodelle (Kapitel 6)

Ermittlung Energiebedarf der Intralogistik der Grundmodelle

Parameterstudien zur Auswirkungsuntersuchung(Kapitel 7)

Studien Planungsalternativen Intralogistik

Studien Planungsalternativen Gebäudetechnik

Studien Planungsalternativen Gebäudehülle

Ermittlung Gesamtenergiebedarf der Grundmodelle

Ökologische und ökonomische Bewertung

WissensbasisAnwendung Erkenntnisse zur Ermittlung Gesamtpotenzial

Entwicklung der Wissensbasis(Kapitel 9)

Erstellung Teil-Wissensmodell

Erstellung Teil-Wissensmodell

Umfeldanalyse(Kapitel 2)

Untersuchung Stand der Technik

Evaluierung Forschungsbedarf

Untersuchung Handlungs-und Forschungsbedarf

Felduntersuchung von Logistikzentren

Klärung der Untersuchungsmethodik

Initialphase Modellierungsphase Untersuchungsphase Entwicklungsphase

(Kapitel 7)

(Kapitel 3) (Kapitel 4)

Klärung Hintergrund und Ausgangssituation

Klärung der Forschungsfragen und Zielstellung(Kapitel 1)

Problembeschreibung und Aufstellung Forschungsfragen

Zielformulierung und Auf-stellung Arbeitshypothesen

Klärung Forschungsvorgehen

Bewertung der Forschungsergebnisse(Kapitel 10)

Diskussion der Forschungsergebnisse

Aufzeigen weiterer Forschungsbedarf

Zusammenfassung Ergeb-nisse und Erkenntnisse

Zusammenfassung(Kapitel 11)

Überprüfung der Arbeitshypothesen


93

mische Betrachtung des Logistikzentrums von Außen und damit dessen ganzheitli-

che Erfassung [Vest-2012, S. 192]. Hiermit können systemrelevante Grundelemente

auf ihre energetischen Wechselwirkungen in Verbindung mit den Einflussfaktoren

überprüft werden. Dazu wird ein Wirkungsgraph zur Verhaltensstruktur von Logistik-

zentren erstellt, der Auskunft über die energetischen Zusammenhängen zwischen

Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle sowie zur Umwelt gibt. Das Ergebnis der

Systemanalyse bildet ein abstraktes Modell, welches eine qualitative Analyse des

Systemverhaltens und der Wechselwirkungen des realen Systems Logistikzentrum

entsprechend dem definierten Modellzweck erlaubt. Um die Höhe der Auswirkungen

von Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf zu quantifizieren und die

Gesamtenergiebilanz erstellen zu können, werden die Wirkungen im nächsten Schritt

des Modellaufbaus formal beschrieben. Dazu wird im Modellaufbau das verbal for-

mulierte abstrakte Modell formalisiert und als analytisches Modell beschrieben. Auf-

bauend auf den im Stand der Technik und Forschung ermittelten Berechnungsansät-

zen wird das integrierte Modell zur Energiebedarfsermittlung von Logistikzentren er-

stellt und auf seine Validität im Rahmen einer Modellbewertung untersucht.

Abschließend werden aus den identifizierten, systemrelevanten Grundelementen Re-

ferenzgebäudemodelle von Logistikzentren zum Abbilden unterschiedlicher logisti-

scher Anforderungen mit gängigen Methoden der Planung technischer Logistiksy-

steme und der Layoutgestaltung nach Günthner [Gün-2013a, Gün-2013] erstellt. Zur

Auslegung von automatischen Hochregallagern wird ein im Rahmen des For-

schungsprojektes ‚Integrierte Lagersystemplanung‘ von Günthner et al. [Gün-2011]

entwickeltes Planungstool verwendet. Diese Referenzgebäudemodelle, stellvertre-

tend für unterschiedliche Logistikgebäudearten, werden zusätzlich mit unterschiedli-

chen Temperaturniveaus zum Abbilden der Anforderungen der Lagergüter an die

Gebäudetechnik hinsichtlich Heiz- oder Kühlfall kombiniert. Auf Basis der aufge-

nommenen Daten der Felduntersuchung in Kapitel 2.2 werden die erstellten Refe-

renzgebäudemodelle spezifiziert. Weiterhin werden mit den aufgenommenen Daten

sowie mit Werten nach der Energieeinsparverordnung [Bun-2009, DIN 18599-10]

und Werten aus weiteren Datenbanken die notwendigen Randparameter und An-

fangswerte für die Energiebilanzierung der Grundmodelle als Referenz für die Unter-

suchungsphase festgelegt. Die Ermittlung der Energieflüsse und die Aufstellung der

Energiebilanz für die erstellten Grundmodelle der Referenzgebäude erfolgt dabei mit

dem erarbeiteten integrierten Modell zur Gesamtenergiebilanzierung von Logistikzen-

tren. Als Unterstützung für die Ermittlung des Energiebedarfs des Gebäudes wird die

Software ZUB Helena 2012 Ultra v6.27 [ZUB-2012] verwendet, die nach der DIN V

18599 [DIN 18599] bilanziert. Diese Software bietet eine umfassende Gesamtlösung

mit belastbaren Ergebnissen für die Analyse des Energiebedarfs von Nichtwohnge-

bäuden in der Planung mit einer einfachen Bedienung.


94

Das Ergebnis der Modellierungsphase bilden das erstellte abstrakte Modell mit einer

qualitativen Abbildung der energetischen Wechselwirkungen im Gesamtsystem zwi-

schen den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle unter Berücksichtigung

externer und interner Einflussfaktoren und das formale analytische integrierte Modell

zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren. Ein weiteres Ergebnis

der Modellierungsphase bilden die Referenzgebäudemodelle und deren ermittelte

und analysierte Energiebedarfsstruktur. Das erstellte und bestätigte integrierte Mo-

dell sowie die Grundmodelle der Referenzgebäude für unterschiedliche Arten von

Logistikzentren und die hierfür ermittelten Energiebilanzen bilden die Grundlage als

Referenz zur Quantifizierung und Untersuchung der Wechselwirkungen und der

Auswirkungen von Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistik-

zentren in der Untersuchungsphase.

In der Untersuchungsphase wird mit den erstellten und parametrierten Grundmodel-

len der Referenzgebäude die Höhe des Einflusses von Planungsalternativen auf die

Energiebilanz berechnet. Dafür werden die mit Hilfe von Technologierecherchen

identifizierten Ansätze und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz als Pla-

nungsalternativen für die in den Referenzgebäudemodellen enthaltenen Grundele-

mente aus den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle einzeln in Para-

meterstudien in Kapitel 7 untersucht. Ergebnis dieser Versuche ist die Bewertung der

evaluierten Planungsalternativen hinsichtlich ihrer ökonomischen und ökologischen

Vorteile in Bezug zum Gesamtsystem. Dafür werden für die ökologische Bewertung

die verursachten CO2-Emissionen über den ermittelten Energiebedarf mit Hilfe von

Emissionsfaktoren bestimmt und das Einsparpotenzial je Planungsalternative analy-

siert. Zur ökonomischen Bewertung wird ebenfalls über den ermittelten Energiebe-

darf das Einsparpotenzial für verursachte Energiekosten berechnet und den Anschaf-

fungskosten unter Verwendung der statischen Amortisationsrechnung der Investiti-

onskostenrechnung bei Materialflussplanungen nach [VDI 2693-1] gegenübergestellt.

Mit diesem Verfahren kann einfach eine Aussage über die Vorteilhaftigkeit der Inve-

stition auf Grundlage der Amortisationszeit getroffen werden [Gün-2013a, S. 4-7]. So

können die Beeinflussbarkeit durch Grundelemente, die einen hohen Energiever-

brauch und / oder hohe CO2-Emissionen sowie Energiekosten und Amortisationszei-

ten aufweisen, aufgezeigt und damit die Stellhebel in Logistikzentren zur Optimierung

beschrieben werden. Um weitere Einflüsse zur Reduzierung der CO2-Emissionen zu

untersuchen, wird zusätzlich der Einsatz regenerativer Energien experimentell an-

hand der Referenzgebäudemodelle geprüft.

Die erzielten Forschungsergebnisse und Erkenntnisse der Untersuchungsphase stel-

len das Hauptziel der Forschungsarbeit dar und bilden die Grundlage für die zu ent-

wickelnde Wissensbasis für die Planung energieeffizienter und CO2-neutraler Logi-

stikzentren als ein weiteres Teilziel. Zur Evaluierung der gewonnenen Erkenntnisse


95

aus der Untersuchungsphase werden die erarbeiteten Ergebnisse als Wissensgrund-

lage angewendet. Hierfür werden energetisch optimierte Varianten der Grundmodelle

der Referenzgebäude in Kapitel 8 erstellt. Mit Hilfe der generierten Erkenntnisse

werden dazu auf Grundlage der Bewertungen der Planungsalternativen ökologisch

und ökonomisch sinnvolle Planungsalternativen zur Konzeption der optimierten Mo-

dellvarianten ausgewählt und durch die enthaltenen Grundelemente gemeinsam er-

setzt. Damit wird das Zusammenspiel der Planungsalternativen als Gesamtsystem

bewertet, das gesamte Optimierungspotenzial mit den Wechselwirkungen und Aus-

wirkungen von Planungsalternativen im Verbund aufgezeigt sowie die Bedeutung der

identifizierten Stellhebel bestätigt. Dazu werden die Gesamtenergiebilanzen der op-

timierten Gebäudemodelle berechnet und die Energieverbrauchsstruktur der opti-

mierten Varianten mit denen der Grundmodelle je Temperaturniveau verglichen.

In der Entwicklungsphase wird eine Wissensbasis für eine integrierte Logistik- und

Gebäudeplanung zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzen-

tren in Kapitel 9 entwickelt. Die Grundlage dieser Wissensbasis bilden die in der Un-

tersuchungsphase gewonnenen Erkenntnisse, die um weitere Erkenntnisse der

Initialphase aus der Evaluierung des Forschungsstandes und Analyse Stand der

Technik und Forschung ergänzt werden. Die anwendungsfallspezifische Aufberei-

tung dieser Erkenntnisse und vollständige Beschreibung als Wissensbasis erfolgt

dafür in zwei Teil-Wissensmodellen, den Leitlinien und den Entscheidungshilfen. Die

entwickelte Wissensbasis soll in der Planung von unterschiedlichen Arten von Logi-

stikzentren in den Phasen der Grob- sowie Vor- und Entwurfsplanung unterstützen

und somit eine integrierte Konzeption von ganzheitlich energieeffizienten und CO2-

neutralen Logistikzentren ermöglichen.

Eine Bewertung der gesamten erzielten Forschungsergebnisse dieser Arbeit erfolgt

in Kapitel 10. Hierzu werden eingangs die Forschungsfragen und die Zielerreichung

geklärt sowie die aufgestellten Arbeitshypothesen überprüft. Anschließend werden

die Forschungsergebnisse kritisch diskutiert, um abschließend darauf aufbauend in

einem Ausblick weiteren Forschungsbedarf abzuleiten.

97

5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren

Logistikzentren stellen komplexe Systeme dar, in denen Logistikaktivitäten durchge-

führt werden, um eine geforderte Logistikleistung innerhalb der Lieferkette zu erbrin-

gen. Dafür benötigen die technischen Systeme der Intralogistik als auch der Gebäu-

detechnik der Logistikzentren Energie für die Durchführung der Transformationspro-

zesse. Um den Untersuchungsgegenstand Energie und die Nutzung dieser für die

Durchführung der Transformationsprozesse im Untersuchungsobjekt Logistikzentrum

als Gesamtsystem zu beschreiben und auf Energieoptimierungspotenziale zu analy-

sieren, muss eine Systemgrenze samt Randbedingungen festgelegt werden. Daraus

ergeben sich für das betrachtete Gesamtsystem Logistikzentrum ein Systeminneres,

welches die Intralogistik, die Gebäudetechnik und -hülle umfasst und ein Systemäu-

ßeres, bestehend aus der Umwelt an einem bestimmten Standort. Diese Unterschei-

dung ist für eine Erfassung und Beschreibung von Energieflüssen in das betrachtete

System und aus diesem zur Untersuchung der Energienutzung und des Energiebe-

darfs unterschiedlicher Energieformen wichtig [Kad-2010, S. 20f].

Dazu werden zunächst in Kapitel 5.1 Grundlagen zum Untersuchungsgegenstand

Energie in einem System gegeben. Darauf aufbauend erfolgt in Kapitel 5.2 die Sy-

stemanalyse am Untersuchungsobjekt Logistikzentrum und in Kapitel 5.3 der Model-

laufbau des integrierten Modells zur Energieermittlung und -bilanzierung von unter-

schiedlichen Arten von Logistikzentren. Die Ergebnisse der Systemanalyse und des

Modellaufbaus basieren auf den Erstveröffentlichungen [Fre-2016, Gün-2014].

5.1 Grundlagen zum Untersuchungsgegenstand Energie in einem System

Energie kann nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik in einem abgeschlos-

senen System weder vernichtet noch erzeugt, sondern nur in eine andere Form um-

gewandelt werden [Scha-2012, S. 25]. Zu diesem Erhaltungssatz der Energie postu-

liert der erste Hauptsatz eine weitere Forderung, die Kadel [Kad-2010, S. 31f.] damit

beschreibt, dass jedes System Energie als eine Zustandsgröße besitzt. Ein Gesamt-

system besteht daher aus den Teilen 1, 2, … 𝑛 mit den Einzelenergien 𝐸1, 𝐸2, … 𝐸𝑛, die

in das und aus dem System fließen. Aufsummiert ergeben die Einzelenergien, die

unterschiedliche Erscheinungsformen haben können, die innere Energie des Sy-

stems 𝑈 nach Formel (5-1).


98

𝑈 = 𝐸1 + 𝐸2 + ⋯ + 𝐸𝑛 (5-1)

Der Absolutwert für 𝑈 kann nicht unmittelbar gemessen werden. Er muss über die

zu- und abfließenden Energien ermittelt werden.

Im zweiten Hauptsatz der Thermodynamik erfahren die Aussagen des ersten Haupt-

satzes eine Einschränkung. Denn nicht alle Umwandlungsprozesse von Energie, die

nach dem ersten Hauptsatz möglich sind, kommen in der Natur tatsächlich vor. Dies

führt zu der Modellvorstellung, dass Energie aus einem Anteil aus Exergie und Aner-

gie besteht. Die VDI Richtlinie 4661 [VDI-4661, S. 7] beschreibt Exergie als die ar-

beitsfähige Energie, die sich prinzipiell in jede andere Energieform, insbesondere in

Arbeit, umwandeln lässt. Somit ist der Exergieanteil ein Qualitätsmerkmal für eine

Energieform. Elektrische und mechanische Energie sind z. B. hochwertige Energie-

formen, da diese zu 100% aus Exergie bestehen. So kann beispielsweise Strom ein-

fach und sehr verlustarm transportiert und in begrenztem Umfang auch gespeichert

werden. Thermische Energie kann demgegenüber unterschiedliche Exergieanteile

aufweisen und ist minderwertiger. Wärme hingegen verliert mit abnehmender Tem-

peratur an Wertigkeit, denn der arbeitsfähige Anteil der Gesamtenergie sinkt mit ab-

nehmendem Temperaturunterschied. Anergie ist der Beschreibung der VDI Richtlinie

4661 folgend Energie ohne Arbeitswert. Unter vorherrschenden Umgebungsbedin-

gungen kann Anergie nicht in andere Energieformen umgewandelt werden. Um

Anergie nutzen zu können, muss Exergie zugeführt werden, wie dies beispielsweise

durch die Wärmepumpe geschieht.

5.1.1 Energieketten und deren Energie- und Emissionskennwerte

Durch technische Prozesse können natürliche Energieressourcen bzw. Energieträger

in nutzbare Energieformen umgewandelt werden. Neben der Einteilung der Energie-

formen in Wärme, Arbeit und innere Energie nach dem ersten Hauptsatz der Ther-

modynamik, kann für die Einteilung von Energieformen die Energieflusskette mit ent-

sprechenden Umwandlungsprozessen zugrunde gelegt werden. Die folgenden Aus-

führungen zu dieser Einteilung der Energieketten, -formen und -kennwerten zur

quantitativen Beschreibung von Systemen orientieren sich, falls nicht anders ange-

geben, an [VDI-4661, Kad-2010, S. 60ff., Lüt-2013, S. 5ff.].

Die Energiekette beginnt mit der Primärenergie, die verlustfrei zur Verfügung steht

und somit noch nicht umgewandelt worden ist. Unter der Primärenergie werden alle

Energieträger verstanden, die sich in nicht-erneuerbare Energien (fossile Energieträ-

ger) und erneuerbare Energien (Wind, Sonne, Wasser, Biomasse) unterteilen lassen.

End- und Nutzenergie sind Unterbegriffe der Sekundärenergie, die mindestens ein-

mal umgewandelt worden ist. Als Endenergie werden Energieträger wie Benzin,

Heizöl, elektrische Energie, Licht, Druckluft oder Fernwärme bezeichnet, die zur


99

Verwendung bereitgestellt werden. Nutzenergie ist Energie wie Licht, Kraft, Pro-

zesswärme, Prozesskälte, Raumwärme oder Druckluft, die unmittelbar für die zu er-

bringende Dienstleistung benötigt wird. Um Nutzenergie bereitzustellen, sind En-

denergie und technische Hilfsmittel erforderlich. Damit beschreibt der Endenergiebe-

darf den Aufwand an Energieträgern, der zur Deckung des Nutzenergiebedarfs sowie

zur Umwandlung, Speicherung, Verteilung und Abgabe von Energie durch techni-

sche Hilfsmittel benötigt wird. Jeder Schritt der Energieumwandlungskette sowie im

Betrieb bei Wandlung, Speicherung, Verteilung, Abgabe von Energie und Verrichtung

von Arbeit ist mit einem energetischen Verlust verbunden.

Abbildung 5-1 zeigt schematisch die Energieverluste innerhalb einer Energieflussket-

te, welche in diesem und folgendem Abschnitt nach Erlach [Erl-2013, S. 45f] be-

schrieben werden. Bevor die Primärenergie vom Energieversorger als Endenergie im

Unternehmen zur Nutzung bereit gestellt werden kann, muss sie zunächst häufig

umgewandelt und dann verteilt werden. Dabei entstehen die Umwandlungs- und Ver-

teilverluste durch Transport und Speicherung. In der Betriebspraxis besteht eine

Vielzahl an energetischen Verlustarten der Endenergie wie Überdimensionierung,

ineffiziente Wege und Verfahrweisen von Betriebsmitteln oder Stand-by-Verluste, die

Auswirkungen auf den Energiebedarf und das energetische Verhalten im Betrieb ei-

nes System haben. Diese Verluste gilt es, bei der Auslegung der Versorgungsanla-

gen und Infrastruktur sowohl zu berücksichtigen als auch zu minimieren [Haa-2013,

S. 15]. Weiterhin können auch betriebsinterne Verluste bei der Energieumwandlung

und -verteilung entstehen. Die Effizienzverluste sind technisch-physikalischer Natur,

denn nur ein gewisser Anteil der bereitgestellten Endenergie kann in Arbeit umge-

setzt werden, während der Rest direkt als Abwärme dissipiert.

Abbildung 5-1: Energieverluste innerhalb einer Energiekette, in Anlehnung an [Erl-2013, S. 46]

Nutzenergie

Verluste durch fehlende Energierückgewinnung

Primärenergie Endenergie Endenergie

Effizienzverluste

Verluste durch Betriebspraxis

Verteilverluste

Umwandlungsverluste


100

Das Verhältnis von umgesetzter Arbeit und eingesetzter Endenergie (abzüglich der

Verluste durch die Betriebspraxis) wird technisch durch den Wirkungsgrad beschrie-

ben. Damit gibt der Wirkungsgrad auch die Energieeffizienz von Anlagen oder Sy-

stemen wieder, weil dieser nach [DIN 50001] das Verhältnis oder eine andere quanti-

tative Beziehung zwischen einer erzielten Leistung und der eingesetzten Energie

wiedergibt. Einen weiteren aber indirekten Verlust an Energie während der betriebli-

chen Nutzung stellt die fehlende Energierückgewinnung von der verwendeten En-

denergie dar, denn damit können die Effizienzverluste neben einer Steigerung der

Wirkungsgrade auch durch Energierückgewinnung, z. B. durch Nutzung der Abwär-

mepotenziale für andere Prozesse oder Rückspeisung von Bremsenergie statt Ab-

gabe als Wärme über Bremswiderstände, reduziert werden.

Für einen Vergleich und zur Bewertung des innerbetrieblichen Energieeinsatzes und

der Energieeffizienz sowie ökologischen Qualität hinsichtlich Emissionen werden

Kennwerte bzw. Kennzahlen oder Kenngrößen gebildet. Ein Kennwert basiert nach

Lützkendorf und Unholzer [Lüt-2013, S. 4] auf Vorschriften bzw. Regeln zur Messung

oder Berechnung von Zuständen oder spezifischen Größen und beschreibt damit

quantitativ einen Sachverhalt. Lützkendorf und Unholzer folgend wird zwischen abso-

luten Kennwerten, die sich auf einen Zeitpunkt beziehen, und relativen Kennwerten,

die sich auf einen ganzen Zeitraum beziehen, unterschieden

Zur Bildung von Energiekennwerten für Systeme müssen bestimmte Randbedingun-

gen festgelegt werden und bei der Interpretation dieser Kennwerte unbedingt be-

kannt sein. Diese Aspekte werden in diesem Abschnitt nach Lützkendorf und Unhol-

zer [Lüt-2013, S. 4f, S. 18ff] beschrieben. Nach der EU-Richtlinie zur Gesamtener-

gieeffizienz von Gebäuden [EU-2010, Art. 7, Abs. 2, Satz 1] sollen Energiekennwerte

dem Zweck dienen „einen Vergleich und eine Beurteilung der Gesamtenergieeffizi-

enz von Gebäuden zu ermöglichen“. Demzufolge sind Energiekennwerte ein Hilfsmit-

tel zur kompakten und einfachen Beschreibung der energetischen Qualität von Sy-

stemen. Weiterhin sind Energiekennwerte grundsätzlich hinsichtlich ihrer Umwand-

lungsstufe zu unterscheiden, sodass immer angegeben werden muss, ob es sich um

Nutzenergie-, Endenergie- oder Primärenergiekennwerte handelt. Darüber hinaus

werden die Kennwerte zur Primärenergie in zwei Gruppen eingeteilt: ‚Primärenergie

nicht erneuerbar‘ und ‚Primärenergie erneuerbar‘. Diese Angaben zu den Anteilen

aus erneuerbaren und nicht erneuerbaren Quellen der Primärenergie sind bei einer

energetischen und ökologischen Bewertung immer zu trennen. Mit dem Kennwert

‚Primärenergie nicht erneuerbar‘ werden zum Aufwand an Endenergie für das be-

trachtete System auch die außerhalb der Systemgrenze liegenden Aufwendungen für

Gewinnung, Umwandlung und Verteilung der verwendeten Primärenergieträger be-

trachtet. Eine Umrechnung von eingesetzter Endenergie in einem System auf benö-

tigte Primärenergie zur Bewertung des Energieeinsatzes erfolgt über durchschnittli-


101

che oder spezifische Primärenergiefaktoren. Der Kennwert ‚Primärenergie erneuer-

bar‘ gibt den Aufwand an erneuerbaren Energieträgern ab Quelle inklusive der Nut-

zung im System wieder. Emissionskennwerte werden auf Basis von ermittelten Nutz-

oder Endenergiekennwerten berechnet, wobei die Verwendung von Endener-

giekennwerten für die Ermittlung der Emissionen üblich ist. Grundsätzlich ergibt sich

ein Emissionskennwert aus der Emissionsmenge dividiert durch die Bezugsgröße in

einem Bezugszeitraum. Analog zu Energiekennwerten können auch bei Emissions-

kennwerten die stofflichen und energetischen Vorketten (indirekte Emissionen durch

Erzeugung, Verteilung, Transport etc. der Energieträger) mitbetrachtet oder nicht mit

betrachtet werden.

Um nicht erneuerbare, also fossile Energieträger einzusparen und damit THG Emis-

sionen zu reduzieren bzw. einzusparen, muss der Einsatz erneuerbarer bzw. regene-

rativer Energie, die emissionsfrei ist, als Energieträger erfolgen. Nur dann lassen sich

‚CO2-neutrale‘ System konzipieren. So setzt ‚CO2-neutral‘ in Bezug auf ein Produkt

nach der DIN 14021 [DIN 14021, S. 43] voraus, „dass sämtliche Treibhausgasemis-

sionen […] aus allen Stufen des Produktlebensweges und innerhalb des festgelegten

Produktsystems reduziert, entzogen oder durch ein System von Ausgleichen oder

Gutschriften oder auf andere Weise berücksichtigt wurden“. Damit ist der Einsatz von

regenerativer Energie, die als emissionsfrei zu bewerten ist, eine Voraussetzung.

Zum Einsatz von regenerativer Energie stehen die Solarenergie, die Wasser- und

Windkraft, die Geothermie sowie die Biomasse als regenerative Energiearten zur

Verfügung [UNEP-2008c]. Die Wind- oder Wasserkraft (Hydroelektrizität, Gezeiten-

strömung und Meereswellen) wandelt die Strömungsenergie ausschließlich in Strom

um, mit anderen regenerativen Energiearten wie Solarenergie, Geothermie oder

Biomasse kann neben Strom auch Wärme erzeugt werden, wobei Wasser auch als

Wärmespeicher dienen kann [Lüt-2013, S. 4ff]. Diese Grundsätze zur Nutzung sowie

die Vor- und Nachteile der regenerativen Energien sind in Abbildung 5-2 nach

[UNEP-2008c] dargestellt und im Folgenden dieses Absatzes nach Gohla [Goh-

2015, S. 180ff] beschrieben. Für einen großen Teil der regenerativen Energie-

ressourcen ist eine gleichmäßige Einspeisung als Grundlast in ein Stromnetz auf-

grund von meteorologischen und geografischen Randbedingungen nicht möglich

(Wind- und Solarenergie) oder nicht vorhanden (Geothermie und Wasserkraft). Für

die fluktuierende Wind- und Solarenergie ist es notwendig, Speichermöglichkeiten im

Netz zu schaffen, um zu Spitzenzeiten des Verbrauchs diese nicht bedarfsgerecht

erzeugte und gespeicherte Energie wieder ins Netz einzuspeisen. Die regenerativ

erzeugte elektrische Energie kann durch weitere Umwandlung in andere Energiefor-

men, wie chemische Energie mittels Akkumulatoren, chemische Energie mittels

Wasserstoff; mechanische Energie mittels adiabater Druckluftspeicher oder mittels

Pumpspeicherwerk, gespeichert werden. Bei der Gestaltung der betrieblichen Ener-


102

gieversorgung ist damit zu prüfen, ob und wie regenerative Energien zur Wär-

meerzeugung oder Eigenstromproduktion evtl. mit Speichermöglichkeiten eingesetzt

werden können, sodass auch die Notstromversorgung erfüllt werden kann.

Abbildung 5-2: Übersicht zu erneuerbaren Energien sowie deren Vor- und Nachteilen, in Anleh-

nung an [UNEP-2008c]

Für Anwendung der regenerativen Energieformen in Logistikzentren sind der En-

denergiebedarf an Energieträgern des Systems und vor allem der Standort und die

vorherrschenden Faktoren der Immobilie am Standort entscheidend. Entsprechend

der Standorteinschränkungen in Abbildung 5-2 können an einem Logistikstandort nur

Solarenergie, Geothermie und Biomasse sinnvoll genutzt werden.

Wind Hydroelektrizität Solar (Photovoltaik) Solar thermisch

Energie aus Wind wird durch Turbinenblätter erfasst und an Generator zur Stromerzeugung übertragen

Energie aus sinkendem Wasser wird durch Turbinen erfasst und an Generator zur Strom-erzeugung übertragen

Solarzellen (meistens aus Silizium) wandelt Sonnenlicht direkt in Strom um

Oberfläche absorbiert und überträgt von Sonne abgestrahlte Wärme an eine Flüssigkeit

Aktuell attraktiv für Investoren

Zweckentfremdung (Artifizialisierung) der Landschaft, sichtbar

Gefahr für Vögel und Fledermäuse

Lärmemissionen

Aktuell attraktiv für Investoren

Minimale Wartung

Reduzierung der Energiekosten

Minimale Wartung keine direkten CO2e

Beeinträchtigung des Wasserbeckens:

Große Flut-Staudamm-bereiche

Zweckentfremdete Ufer schaden Fauna & Flora

Starkwind notwendig (hohe Punkte und Hochebenen)

Stromertrag abhängt von Länge und Intensität der Sonnenlichteinstrahlung

Wärmeertrag abhängt von Länge und Intensität Sonnenlichteinstrahlung

Verfügbarkeit von Wasservorkommen ist kritisch

keine direkten CO2e

Hohe Produktionsleistung (Effizienz)

Ausgereifte Technologie

Hauptsächlich Nutzung vor Ort

Große Flächen für Solarpanele notwendig

Gebrauchte Solarzellen sind gefährliche Abfälle

Sichtbarer Landschaftseinfluss

Große Flächen für Solarpanele notwendig

Gebrauchte Solarzellen sind gefährliche Abfälle

Sichtbarer Landschaftseinfluss

Stromproduktion

Industrielle Prozesse

Wirkprinzip

Vorteile

Nahteile

Standorteinschränkung

Heizen oder Kühlen

Erwärmen Wasser

Transport

Geothermie Ozean Holz Abfall Biokraftstoff

Temperaturstabiles Grundwasser kühlt oder erwärmt ein Wasser-kreislaufsystem oder Dampf treibt Turbine an (Kraftwerk)

Kraft der Gezeiten-strömung / von Wellen treibt Turbinen an

Dampf / Wärme der Holzverbrennung treibt Turbine an oder wird direkt als Wärme im Gebäude genutzt

Methan aus Abfallzersetzung wird zur Wärmeerzeugung oder zum Antrieb einer Turbine genutzt

Verwendung von Alkohol (aus Zucker, Stärke, …)

oder Öl zum Betanken von Mototren

Reduzierung der Energiekosten

Außenoberfläche notwendig (Garten)

Hohe Installationskosten

Strom zum Betrieb der Wärmepumpe notwendig

Rohstoff kann aus Holzabfällen sein

Verwendung von Abfällen als Ressource

Reduzierung der Verbrennung fossiler Kraftstoffe im Transportwesen keine direkten CO2e

Zweckentfremdung (Artifizialisierung) der Landschaft

Zweckentfremdete Ufer schaden Fauna & Flora

Größte Effizienz in vulkanischen Regionen

Entfernung zur Holzproduktion ist kritisch

Entfernung zur Deponie / Dungerzeugung ist kritisch

Verfügbarkeit von landwirtschaftlicher Fläche kritisch (begrenzt)

Küstenzugang mit hohem Gezeitenwechsel notwendig

keine direkten CO2e

Hohe Produktionsrate (Effizienz)

Problematisch bei industrieller Nutzung (Anbau schnell wachsender Bäume, Monokulturen)

Biogas muss von ätzenden Schwefelwasserstoffen bereinigt werden

Biomasse

Problematisch bei industrieller Nutzung:Konkurrenz zum Lebensmittelanbau, Monokulturen

keine direkten CO2e

CO2e durch Landnutzungswandel

CO2e durch Landnutzungswandel

keine direkten CO2e keine direkten CO2e


103

5.1.2 Energiebilanzen von Systemen

Um die Energieeffizienz von Systemen ganzheitlich untersuchen und optimieren zu

können, müssen alle Energieflüsse und der Energiebedarf aller eingesetzten Ener-

gieträger im betrachtenden System bekannt sein. Dabei ist für die Prognostizierung

des Gesamtenergiebedarfs und für folgende Untersuchungen die Erstellung einer

Energiebilanz notwendig. Nach Schieferdecker [Sch-2006, S. 62ff.] sind bei der

Energiebilanzierung aller Anlagen und Energieflüsse in einem System zunächst die

Bilanzierungsgrenzen festzulegen. Alle über diese Bilanzierungsgrenze eintretenden

Energiemengen �̇�𝑧𝑢 stellen den Input in das System über einen einheitlichen Be-

trachtungszeitraum nach Formel (5-2) dar. Alle austretenden Energiemengen �̇�𝑎𝑏

sind abgeführte Energien, also der Output des Gesamtsystems:

∑ �̇�𝑧𝑢 = 𝛥�̇�𝑠𝑝 + ∑ �̇�𝑎𝑏 (5-2)

�̇�𝑠𝑝 ist dabei die Veränderung von in der Anlage gespeicherter Energie (thermisch,

mechanisch oder chemisch). Schieferdecker [Sch-2006, S. 65ff.] folgend, müssen

zunächst Energiebilanzen einzelner Anlagen des Gesamtsystems erstellt werden

und im Anschluss die Energieflüsse zwischen den Anlagen nach den eingesetzten

Energieträgern für das gesamte System. Intralogistikanlagen haben die energetische

Zielstellung, Nutzenergie zur Durchführung der zu erbringenden Logistikleistung im

Logistikprozessablauf so bereitzustellen, dass die Umwandlung der Einsatzenergie

verlustarm erfolgt und wenig arbeitsfähige Energie 𝑄𝐴𝐿𝑜𝑔 nach dem Prozess ver-

bleibt. Die eingesetzte Gesamtenergie 𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 für Intralogistikanlagen wird in Nut-

zenergie 𝑄𝑁𝐿𝑜𝑔 gewandelt, wobei die Verluste 𝑄𝑉𝐿𝑜𝑔 entstehen. Damit lautet die Be-

rechnungsvorschrift des Energiebedarfs der Intralogistik:

𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 = 𝑄𝑁𝐿𝑜𝑔 + 𝑄𝑉𝐿𝑜𝑔 (+𝑄𝐴𝐿𝑜𝑔) (5-3)

Die eingesetzte Endenergie für Intralogistikanlagen ist prozessabhängig, wobei der

Energiebedarf durch die geforderte zu erbringende Logistikleistung im Gesamtsy-

stem determiniert wird. Die einzusetzende Endenergie für die Gebäudetechnik ist

prozessübergreifend, denn die Höhe des Energiebedarfs wird nicht direkt von der

Logistikleistung im System bestimmt. Somit erfolgt die Ermittlung des Energiebedarfs

einzelner Anlagen der Gebäudetechnik anders als bei der Intralogistik. Der Gesam-

tenergiebedarf für die Gebäudetechnik erfolgt jedoch analog zur Intralogistik:

𝑄𝐸𝐺𝑇𝐴 = 𝑄𝑁𝐺𝑇𝐴 + 𝑄𝑉𝐺𝑇𝐴 (+𝑄𝐴𝐺𝑇𝐴) (5-4)

mit 𝑄𝐸𝐺𝑇𝐴 für die eingesetzte Gesamtenergie zum Betrieb der Anlagen der Gebäude-

technik, aufgeteilt in Nutzenergie 𝑄𝑁𝐺𝑇𝐴, die Verluste 𝑄𝑉𝐺𝑇𝐴 und arbeitsfähige Ener-

gie 𝑄𝐴𝐺𝑇𝐴, die nach dem Prozess verbleibt.


104

Bei der energetischen Planung, Bewertung und Optimierung von Systemen stellt das

Verständnis über diese energetischen Zusammenhänge vom Energiebezug bis hin

zur Energiebereitstellung und -rückgewinnung innerhalb der Systemgrenzen bei der

Energiebilanzierung eine wichtige Grundlage dar. Insbesondere innerhalb der inner-

betrieblichen Energienutzung können komplexe Wechselwirkungen und Abhängig-

keiten auftreten, die eine methodisch strukturierte Modellierung sowie Abgrenzung

des betrachteten Systems für eine Beschreibung und Untersuchung erforderlich ma-

chen [Haa-2013, S. 15].

5.2 Systemanalyse Logistikzentrum

Aufbauend auf der Problemdefinition aus Kapitel 1.2 liegt der Modellzweck des zu

entwickelnden integrierten Modells zur ganzheitlichen Energiebilanzierung von Logi-

stikzentren in der Identifikation von Stellhebeln zur Reduzierung des Energiebedarfs

und der CO2-Emissionen von Logistikzentren. Mit dem integrierten Modell müssen

energetische Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den Bereichen Intralogistik,

Gebäudetechnik und -hülle untersucht werden können. Weiterhin muss das System-

verhalten mit dem integrierten Modell analysiert werden können, um Auswirkungen

von Planungsalternativen aus diesen Bereichen auf die Gesamtenergiebilanz von

unterschiedlichen Arten von Logistikzentren bestimmen zu können.

Dafür werden Logistikzentren zunächst entsprechend der Analyse des Stands der

Technik über die Arten von Logistikzentren in Kapitel 2.2 für die folgenden Untersu-

chungen nach der Art der Nutzung und nach den Anforderungen des Lagergutes un-

terteilt. Damit wird mit den Anforderungen des Lagergutes hinsichtlich der Raumkon-

ditionierung sowie dem Automatisierungsgrad der Intralogistik zur Erbringung der

Logistikleistung ein signifikanter Einfluss und Anteil am Gesamtenergiebedarf zuge-

wiesen sowie ein hohes Potenzial zur Energieoptimierung unterstellt. Dementspre-

chend wird das Logistikzentrum für die Modellentwicklung als ein technisches Sy-

stem nach Ropohl [Rop-1999, S. 117ff] betrachtet. Hier gibt der Modellzweck den

Ausschlag dafür, auf welcher Hierarchieebene das Sachsystem als Untersuchungs-

objekt betrachtet wird und wo die Systemgrenzen gezogen werden. Im zu untersu-

chenden Sachsystem Logistikzentrum stellen die Bereiche Intralogistik, Gebäudehül-

le und -technik die Sach-Subsysteme dar. Die Modellierung erfolgt auf Anlagen- und

Geräteebene entsprechend der Abbildung 5-3. Das Sach-Supersystem bildet die

Umwelt als Umgebung des Logistikzentrums an einem Standort. Der Untersu-

chungsgegenstand ist Energie. Dabei wird Energie als eine Inputgröße in Form von

Elektrizität, Erdgas oder Biomasse und Materie in Form von Gütern, Ladungsträgern

oder Verpackungsmaterialien festgelegt. Von den technischen Systemelementen

wird auf Anlagenebene die Energie in die Outputgrößen mechanische Arbeit, Licht

oder Wärme mit bestimmten Verlusten umgewandelt.


105

Abbildung 5-3: Blockschema des technischen Sachsystems Logistikzentrum mit Hierarchieebenen

und festgelegter Systemgrenze, in Anlehnung an [Rop-1999, S. 120/122]

Diese Transformationsprozesse über Raum und Zeit dienen der logistischen

Leistungserbringung, indem Güter durch Prozesse mit Hilfe von Informationen als

weitere Inputgröße in Art, Menge oder Güte in einer bestimmten Zeitperiode verän-

dert werden. Dabei wird bei den technischen Systemelementen zwischen den pro-

zessabhängigen und prozessübergreifenden Elementen unterschieden. Die

Grundelemente des Bereichs Intralogistik sind prozessabhängig, aufgrund eines di-

rekten Zusammenhangs des Energiebedarfs und der zu erbringenden Logistiklei-

stung. Prozessübergreifende Grundelemente stellen die Bereiche der Gebäudetech-

nik und -hülle dar. Hier steht der Energiebedarf nicht direkt in Verbindung mit der im

System zu erbringenden Leistung. Bei der Bilanzierung des Energiebedarfs der ein-

zelnen Anlagen zur Erstellung der Gesamtenergiebilanz muss die Wertigkeit der un-

terschiedlichen Energieformen innerhalb des innerbetrieblichen Energieflusses be-

achtet werden.

5.2.1 Systemgrenzen

Die Systemgrenze zur Modellierung und folgenden Untersuchung wird für das Unter-

suchungsobjekt Logistikzentrum entsprechend Abbildung 5-3 festgelegt. Damit bildet

die Außenhülle des Logistikgebäudes auf dem Grundstück die Systemgrenze zur

Umwelt. Innerhalb des Systems erfolgt eine Betrachtung nur bis zur Maschinen- und

Geräteebene, sodass keine Untersuchung von Komponenten oder Werkstoffen er-

folgt. Die Interaktion des Logistikzentrums mit seiner Umwelt erfolgt über die Außen-

hülle. Über diese wird, neben den angebundenen Versorgungsleitungen für Strom

oder Gas, Energie durch Strahlung und Transmission mit der Umwelt ausgetauscht.

[Logistikzentrum]

[Umwelt]

Anlagenverbund (regional)

Anlage

Werkstoff

Einzelteil

Maschine, Gerät

Komponente, Baugruppe

Aggregat

Anlagenverbund (global)

Systemzustand (Materiell, Energetisch, Informationell, Räumlich, Zeitlich)

…. ….. ….HeizsystemLager

Intralogistik Gebäudehülle Gebäudetechnik

…… Gas-Umluft Heizung… …

Fassade

…Regal

HRL

RBG

…Hubwerk

…

Motor

Antrieb

…

Kupfer

Getriebe

Eisen …

… …

Output

Materie

Rau

mZ

eit

Information

Energie

Rau

mZ

eit

Materie

Information

Energie

InputSystemgrenze Untersuchungsgegenstand Logistikzentrum


106

Materie wird über die Verladestationen der Tore des Wareneingangs und Warenaus-

gangs oder weiteren physikalischen Anbindungen zu anderen Systemen ausge-

tauscht. Die gespeicherte thermische, mechanische oder chemische Energie in den

Lagergütern beim Eintreten in das System über den Wareneingang, beim Lagern

über die Zeit im Raum und beim Austreten aus dem System über den Warenaus-

gang wird nicht mit bilanziert. Diese idealisierte und abstrahierte Betrachtung, dass

keine Wärmeenergie mit den Lagergütern in das System eingebracht wird, dient der

Reduzierung der Komplexität des Modells, um es beherrschbar zu halten. Denn La-

gergüter besitzen aufgrund ihrer Heterogenität unterschiedliche Materialzusammen-

setzungen sowie Massen und damit differenzierte Speicherfähigkeiten. Ohne einen

konkreten Anwendungsfall müssten zu viele Variablen und Parameter im System

beachtet werden, die eine analytische Energiebilanzierung erheblich erschweren.

Untersucht werden sämtliche Energieflüsse und durch die Nutzungsphase verur-

sachten CO2-Emissionen des Systems. CO2-Emissionen aus anderen Lebensphasen

des Logistikzentrums werden nicht untersucht. Die Bilanzierung des Energiebedarfs

in der Nutzungsphase erfolgt für ein Jahr nach einem monatlichen Bilanzverfahren

[DIN 18599] entsprechend der durch das System zu erbringenden Logistikleistung

mit zu definierenden Nutzungsbedingungen des Logistikgebäudes sowie den vor-

herrschenden Witterungsbedingungen am Standort als Randbedingungen. Hierbei ist

der Standort ein wichtiger Faktor bezüglich der externen Einflüsse auf den Energie-

bedarf. Dieser Faktor kann aber nicht beeinflusst werden, sodass die Standortaus-

wahl, vor allem aus Netzwerksicht der Logistikkette, nicht untersucht wird. Betrach-

tungsgegenstand ist damit nur das Logistikzentrum an einem zu definierenden

Standort, sodass nur die Einflüsse und Auswirkungen der Umwelt am Standort au-

ßerhalb der Systemgrenzen auf den Energiebedarf des Logistikzentrums in der Nut-

zung analysiert werden. Nicht betrachtet werden weiterhin sämtliche Umformanlagen

wie Transformatoren oder eine Drucklufterzeugungsanlage. Auch wird der Energie-

bedarf für zentrale Steuereinheiten und der Leittechnik für Gebäude als auch Intralo-

gistik sowie für Rechenräume und der gesamte Informationsfluss nicht bilanziert. An-

dere Gestaltungsfelder des Logistikgebäudes wie das Tragwerk werden ebenfalls

nicht betrachtet, da diesen kein aktiver als auch passiver Einfluss auf den Energie-

bedarf in der Nutzungsphase unterstellt wird. Ebenfalls nicht berücksichtigt werden

Büro- und Sozialräume. Diese stellen in der Regel fünf bis maximal zehn Prozent der

Gesamtnutzflächen von Logistikzentren dar [bul-2015, S. 84, Neh-2011, S. 28] und

unterliegen anderen Anforderungen und Regularien als Logistikflächen.

5.2.2 Systemelemente und Attribute

Nach Abgrenzung des Untersuchungsobjektes Logistikzentrum erfolgt die Festle-

gung von systemrelevanten Grundelementen, aus denen sich entsprechend dem


107

Modellzweck durch Kombination unterschiedliche Arten von Logistikzentren konzipie-

ren lassen. Die Festlegung der systemrelevanten Grundelemente sowie derer Attri-

bute und Parameter basiert auf den erhobenen Daten durch Besichtigungen von Lo-

gistikzentren und der Online-Befragung von Betreibern aus Kapitel 2.2. Mit einem

Top-Down-Verfahren innerhalb der Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle

werden die Grundelemente deduktiv auf Grundlage der erhobenen Daten hergeleitet,

indem zunächst für jeden Bereich funktionale Klassen gebildet werden, die die

Grundelemente entsprechend ihrer Funktion zusammenfassen. Abbildung 5-4 zeigt

die identifizierten und klassifizierten Grundelemente der betrachteten Bereiche. Im

Bereich der Intralogistik werden analog den Logistikaufgaben die funktionalen Klas-

sen Fördern, Lagern, Kommissionieren / Sortieren, Handhaben sowie Verpacken

gebildet, die die Grundelemente enthalten. Zusätzlich wird die Klasse Materialfluss-

layout für die Untersuchung mit dem Grundelement Materialflusstechnik gebildet,

welche die eingesetzten Grundelemente der Materialflusstechnik und die entspre-

chenden Logistikflächen im Ganzen betrachtet. Der Bereich Gebäudehülle beinhaltet

die Klassen Dämmung, Fassadenfenster, Dachfenster, Verladestationen und die Ku-

batur des Logistikzentrums, mit den darin identifizierten Grundelementen. Der Be-

reich Gebäudetechnik umfasst die Klassen Heiz- und Kühlsystem, Lüftung, Beleuch-

tung und regenerative Energie.

Abbildung 5-4: Identifizierte und klassifizierte systemrelevante Grundelemente von Logistikzentren

Um diese als systemrelevant identifizierten und klassifizierten Grundelemente mit

ihrer typischen Ausprägung in der Baupraxis wiederzugeben und daraus Referenz-

gebäudemodelle, die eine möglichst breite Abdeckung unterschiedlicher Arten von

Logistikzentren ermöglichen, erstellen zu können, werden wieder die in Kapitel 2.2

Gebäudehülle GebäudetechnikIntralogistik

Materialflusslayout

Fördern

Lagern

Kommissionieren / Sortieren

Handhaben

Verpacken

Dämmung

Fassadenfenster

Dachfenster

Verladeschleuse

Kubatur

Beleuchtung

Lüftung

Kühlsystem

Heizsystem

Hub-wagen

GLT -Förderer

KLT -Förderer

Mat.-fluss-technik

Autom. HRL

AKLmanuell Lager

Komm.-system

Sortier-system

Lade-sichereung

Ver-packung

Hebe-zeuge

Palettier-roboter

Standardhoher Standard

+ Rand-dämmung

sehr hoher Standard

ohne

Ost/Süd/ West/Nord

Süd

2% DF 8% DF4% DF

16% DF

StandardVerlade-schleuse

quadra-tisch

länglich

Dunkel-strahler

GWWäPu - FBH

HackschnFBH

Ost/Süd/ West

keine

Wärmerü.-gewinnung

Lüftungsanlage

Gas-Umluft

Hell-strahler

HackschnUmluft

mit Bewegungssteuerung

Kompres-sions KM

VRF-System

Split-Gerät

Gebäudehülle

Regenerative Energie

Solare Biomassekeine


108

erhobenen Daten verwendet. Die Ausprägung der Grundelemente wird damit auf-

grund der ermittelten Häufigkeiten des Vorkommens in der Praxis festgelegt. Die At-

tribute zur Beschreibung der relevanten Eigenschaften für den Zustand der

Grundelemente werden in spezifische Parameter, wie Durchsatz oder Abmessung

des Gebäudes sowie technische Parameter, wie Wirkungsgrad oder Förderlänge,

unterteilt. Zusätzlich müssen Randparameter, die für alle Grundelemente gültig sind,

festgelegt werden. Diese Spezifikation erfolgt in der Entwicklung der Referenzge-

bäudemodelle und derer Parametrierung zur Energiebilanzierung in Kapitel 6.1.

5.2.3 Systemstruktur

Die analysierte Verhaltensstruktur von Logistikzentren hinsichtlich des Untersu-

chungsgegenstands Energie ist in Abbildung 5-5 für die in den Klassen enthaltenen

Grundelemente der Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle aufgezeigt.

Abbildung 5-5: Wirkungsgraph zur Verhaltensstruktur von Logistikzentren mit energetischen inter-

nen Zusammenhängen und externen Umwelteinflüsse als abstraktes Modell

wi Wirkungen zwischen den Grundelemente aufgrund von Parametern

vi Verhaltenswirkungen der Grundelemente aufgrund von Parametern

ui Beeinflussende Wirkungen durch die Randbedingungen der Umwelt

w1 Abwärme (technologische Last)

w2/3 Energierückgewinnung, technologische / prozessbedingte Last w4 Eigenschaften Baustoffe w5 Materialflusslayoutv1 Förderaufgabe (Nutzlast, Beschleunigung, Weg) v2 Betriebszustand (Volllast, Leerlauf, Dauerbetrieb, Aussetzbetrieb) v3 Wirkungsgrade Maschinen/Komponentenu1 Strahlungslast (Licht, solare Einträge) u2 Transmissionslast (Einträge)u3 Randbedingungen (Temperatur, Nutzungs-, Betriebsstunden, Durchsatz) u4 Strahlungslast (Verluste) u5 Transmissionslast (Verluste) u6 Luftwechsel (Verluste)

Intralogistik

w2

Gebäudehülle

Gebäudetechnik Gebäudehülle

w3

u1

u2

u4

u5

u6

w4

u1

w1

w5

u3

u3

v2v1 v3 v2 v3

Z (ELog) = Energetischer Zustand der Grundelemente Intralogistik = Energiebedarf über Zeiteinheit

Z (EGTA) = Energetischer Zustand der Grundelemente Gebäudetechnik = Energiebedarf über Zeiteinheit

Z (ELog ) Z (EGTA )

5.3 Modellaufbau integriertes Modell

109

Der sich aus der Verhaltensstruktur ergebende Wirkungsgraph als abstraktes Model

zeigt die Wirkungen wi der Grundelemente aufgrund von technischen Parametern,

die Verhaltenswirkungen vi zwischen den Bereichen und darin enthaltenen

Grundelementen aufgrund von spezifischen Parametern und die Einflusswirkungen

aus der Umwelt ui aufgrund der vorherrschenden Randbedingungen. Durch diese

Wirkungen wird der Zustand Z der Grundelemente und damit der wegabhängige

Energiebedarf durch Zustandsänderungen der Bereiche und in Summe des Gesamt-

systems beeinflusst. Die Gebäudehülle nimmt im System eine passive Rolle ein,

denn deren Grundelemente beeinflussen den Energiebedarf des Systems nur indi-

rekt, ohne selbst Energie zur aktiven Leistungserbringung zu benötigen.

Das erstellte abstrakte Modell als Wirkungsgraph bildet mit seinen Grundelementen

der aufgestellten Klassen der Bereiche das Verhalten des realen Systems Logistik-

zentrum für den geforderten Modellzweck qualitativ ab. Um die Höhe der Einflüsse

und die Auswirkungen sowie Wechselwirkungen zu quantifizieren, müssen die Wir-

kungen und der Energiebedarf der Grundelemente im nächsten Schritt in einem for-

malen Modell analytisch beschrieben werden.


Mit dem Zweck der Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von unterschiedlichen Arten

von Logistikzentren wird das in Form eines Wirkungsgraphen erstellte abstrakte Mo-

dell aus Abbildung 5-5 in ein formales analytisches Modell zur Energiebedarfsermitt-

lung überführt.

Die Gesamtenergiebilanz ergibt sich entsprechend der Formel (5-3) und (5-4) aus

der Summe des prozessbedingten Energiebedarfs der Intralogistik 𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 zur Erfül-

lung der logistischen Leistung und des prozessunabhängigen Energiebedarfs für die

Raumkonditionierung und Beleuchtung durch die Gebäudetechnik 𝑄𝐸𝐺𝑇𝐴 in Abhän-

gigkeit der passiven Elemente der Gebäudehülle. Demnach ergibt sich die Gesam-

tenergiebilanz 𝑄𝐸𝐿𝑍 für ein Logistikzentrum mit Formel (5-5).

𝑄𝐸𝐿𝑍 = 𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 + 𝑄𝐸𝐺𝑇𝐴 (5-5)

Die logistischen Anforderungen bestimmen das Materialflusslayout und die techni-

sche Ausprägung der Intralogistik. Der Energiebedarf der Intralogistik 𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 ist wie-

derum abhängig vom Durchsatz, also der Menge der im System transformierten Gü-

ter und dem Grad der Automatisierung der dafür eingesetzten, stromverbrauchenden

Materialflusstechnik. Zusätzlich bestimmt die Beschaffenheit des Gutes die Anforde-

rungen an die Raumkonditionierung hinsichtlich Temperatur, Luftfeuchtigkeit und

Gesamtenergiebedarf Logistikzentrum


110

Licht. Hier hat die Gebäudetechnik keinen direkten Einfluss auf die Ausprägung der

Materialflusstechnik und damit auf den Energiebedarf der Intralogistik. Jedoch hat die

Intralogistik durch den Betrieb der Anlagen und den prozessbeteiligten Mitarbeitern

als interne Wärmequellen / -senken (technologische und physiologische Last) Ein-

fluss auf die Raumkonditionierung und Anforderungen an die Beleuchtung und somit

auf den Energiebedarf der Gebäudetechnik. Mit ihren passiven Elementen bestim-

men weiterhin die Art und Ausprägung der verwendeten Baustoffe und Bauteile der

Gebäudehülle den Energiebedarf der Gebäudetechnik maßgeblich mit. Damit muss

für die Ermittlung des Gesamtenergiebedarfs und der Erstellung der Gesamtenergie-

bilanz von Logistikzentren zunächst der Energiebedarf der Intralogistik sowie der An-

teil der durchschnittlichen Wärmeabgabe von Maschinen und Geräten, bezogen auf

die Bezugsfläche nach [DIN 18599-10] ermittelt werden. Weil die [DIN 18599-10] für

Logistikzentren keine Werte bietet und die Ermittlung der Wärmeabgabe sehr kom-

plex ist [Jun-2007], werden im Modell nur die Energieverluste der Intralogistik, die als

Abwärme direkt an die Umgebung abgegeben werden, ermittelt und bilanziert, weil

auch nur dieser Anteil Optimierungspotentiale bietet und die energetischen Auswir-

kungen reduzieren kann. Anschließend wird der Energiebedarf der Gebäudetechnik

unter Beachtung der Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen Intralogistik

und Gebäudehülle berechnet.

Der Energiebedarf der Intralogistik 𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 als Prozessgröße der Veränderung des

energetischen Zustands des Gesamtsystems 𝑍(𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑘) auf Grundlage der Zustands-

änderungen der Grundelemente ergibt sich aus der Summe des Energiebedarfs

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑘 je Grundelement k des Bereichs Intralogistik der jeweiligen Klassen bei n

Grundelementen im System nach Formel (5-6). Die Ermittlung des Gesamtenergie-

bedarfs der Intralogistik erfolgt auf Jahresbasis unter der Annahme einer konstanten

Logistikleistung. Die Ermittlung des Energiebedarfs je Grundelement k für die Klas-

sen der Intralogistik wird nachfolgend einzeln dargelegt.

𝑍(𝐸𝐿𝑜𝑔) = 𝑄𝐸𝐿𝑜𝑔 = ∑ 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑘

𝑛

𝑘=1

(5-6)

Für das Grundelement Hubwagen der Klasse Fördern, als auch für das Grundele-

ment manuelles Lager zur Lagerbewirtschaftung der Klasse Lagern sowie für das

Grundelement PzW-Kommissionierung als Kommissionierhilfe der Klasse Kommis-

sionierung / Sortierung bestimmt sich der Energiebedarf 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹𝐹𝑍,𝑖 für einen FFZ Typ i

der unterschiedlichen Flurförderzeugarten durch Formel (5-7). Dabei gilt 𝑃 𝐹𝐹𝑍,𝑖 für die

mittlere Leistungsaufnahme pro Stunde zur Durchführung des Referenzspiels nach

[VDI 2198], 𝑛𝐹𝐹𝑍,𝑖 für die Anzahl der FFZ des Typs i im System, 𝑡𝐹𝐹𝑍,𝑎,𝑖 für die Be-

Energiebedarf Intralogistik


111

triebsstunden im Jahr und 𝜂𝐵𝐴_𝐿𝑎𝑑𝑢𝑛𝑔,𝑖 für den Wirkungsgrad der Batterieladung in

Abhängigkeit des Ladegerätes für FFZ Typ i bei m FFZ Typen.

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹𝐹𝑍,𝑖 = ∑ (𝑃𝐹𝐹𝑍,𝑖 + 𝑃𝐹𝐹𝑍,𝑖 ∗ (1 − 𝜂𝐵𝐴_𝐿𝑎𝑑𝑢𝑛𝑔,𝑖)) ∗ 𝑛𝐹𝐹𝑍,𝑖 ∗ 𝑡𝐹𝐹𝑍,𝑎,𝑖

𝑚

𝑖=1

(5-7)

Der Energiebedarf 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘 für eine Art k des Grundelements GLT- oder KLT-

Förderer der Klasse Fördern als auch für eine Art k des Grundelements Sortiersy-

stem der Klasse Kommissionieren / Sortieren ergibt sich nach Habenicht et al. [Hab-

2013] aus dem Energiebedarf 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑖 von m verschiedenen Zyklusausprägungen

und deren Häufigkeiten 𝑛𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑎,𝑖 im Jahr nach Formel (5-8). Dafür wird der Ener-

giebedarf 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑖 für einen Zyklus i nach Formel (5-9) ermittelt. Dabei gilt

𝑡𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑗 für die Dauer eines Zyklusabschnitts, a für die Anzahl der Zyklusabschnit-

te und 𝑃𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑗 für die mittlere Leistung innerhalb des Zyklusabschnittes j. Ein Zy-

klus ist hier dadurch definiert, dass er eine feste Anzahl an Fördereinheiten besitzt,

die transportiert werden (Blockgröße oder Pulklänge). Die konkrete Modellierung der

elektrischen Leistung der Zyklusanzahl sowie der Zyklusausprägung beschreiben

Habenicht et al. [Hab-2013, Gün-2013b] ausführlich in ihren Untersuchungen.

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘 = ∑ 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑖 ∗ 𝑛𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑎,𝑖

𝑚

𝑖=1

(5-8)

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑖 = ∑ 𝑡𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑗 ∗ 𝑃𝐿𝑜𝑔,𝐹ö𝑟𝑑,𝑘,𝑗

𝑎

𝑗=1

(5-9)

Der Energiebedarf für die Grundelemente automatisches HRL und AKL der Klasse

Lagern ergibt sich aus der Summe des Energiebedarfs je im Lager vorhandenem

RBG. Dafür wird der mittlere Energiebedarf je RBG k pro Jahr �̅�𝐿𝑜𝑔,𝑅𝐵𝐺,𝑘,𝑖 nach Ertl

und Günthner [Ert-2013a, Ert-2013b, Hab-2013] mit Formel (5-10) ermittelt. Dabei

steht 𝑡�̅�𝑆 für die mittlere Spielzeit eines Einzelspiels, 𝑇𝐸𝑆,𝐸 als Zeit für den Einzelspiel-

betrieb (Einlagern) im Jahr, �̅�𝐸𝑆,𝐸 für die mittlere Energie pro Einzelspiel (Einlagern),

𝑇𝐸𝑆,𝐴 als Zeit für den Einzelspielbetrieb (Auslagern) im Jahr, �̅�𝐸𝑆,𝐴 für die mittlere

Energie pro Einzelspiel (Auslagern), 𝑡�̅�𝑆 für die mittlere Spielzeit eines Doppelspiels

(DS), 𝑇𝐷𝑆 als Zeit für den Doppelspielbetrieb im Jahr, �̅�𝐷𝑆 für die mittlere Energie pro

Fördern

Hub-wagen

GLT -Förderer

KLT -Förderer

Gebäudehülle

Lagern

Autom. HRL

AKLmanuelles Lager


Komm.-system

Sortier-system

Fördern

Hub-wagen

GLT -Förderer

KLT -Förderer

Gebäudehülle


Komm.-system

Sortier-system


112

Doppelspiel, 𝑃𝐺𝐿 für die Grundlastleistung und 𝑇𝐵𝑅 für die entsprechende Brachzeit

pro Jahr

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑅𝐵𝐺,𝑘,𝑖 = �̅�𝐸𝑆,𝐸

𝑡�̅�𝑆∗ 𝑇𝐸𝑆,𝐸 +

�̅�𝐸𝑆,𝐴

𝑡�̅�𝑆∗ 𝑇𝐸𝑆,𝐴 +

�̅�𝐷𝑆

𝑡�̅�𝑆∗ 𝑇𝐷𝑆 + 𝑃𝐺𝐿 ∗ 𝑇𝐵𝑅 (5-10)

Die Ermittlung des Energiebedarfs 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘 der Grundelemente k der Klasse Hand-

haben erfolgt mittels Hochrechnung und Summierung der zustandsbasierten elektri-

schen Leistungsaufnahme 𝑃𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘,𝑖 im Zustand i für eine Zustandsdauer

𝑡𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘,𝑖 – wobei n Zustände, in denen sich das Grundelement k im Laufe eines

Jahres befinden kann, berücksichtigt werden – nach Formel (5-11). Die Zustände für

diese Berechnung werden in die Anteile Produktiv-, Warte- und Stand-by-Zeit für die

Handhabung je Einheit unterteilt. Falls energierelevant, kann die Produktivzeit ent-

sprechend der Bewegungsabläufe zusätzlich in die Zustände Beschleunigen, kon-

stant Bewegen, Bremsen, Heben und Senken unterteilt werden

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘,𝑖 = ∑ 𝑃𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘,𝑖 ∗

𝑛

𝑖=1

𝑡𝐿𝑜𝑔,𝐻𝑒𝑏𝑒,𝑘,𝑎,𝑖 (5-11)

Für die Bestimmung des Energiebedarfs 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘 der Grundelemente k zur La-

dungssicherung und Verpackung der Klasse Verpacken wird die benötigte Energie

pro verpackter Einheit 𝑃𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘 zunächst mit der Anzahl der verpackten Einheiten

𝑛𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘,𝑎 im Jahr nach Formel (5-12) multipliziert. Dazu addiert wird der Grundlast-

verbrauch 𝑃𝐺𝐿,𝑉𝑃𝑀,𝑘, multipliziert mit dem entsprechenden Zeitanteil im Jahr, der nicht

produktiven Zeit 𝑇𝐵𝑅,𝑉𝑃𝑀,𝑘 des Grundelementes.

𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘 = ∑ 𝑃𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘 ∗

𝑛

𝑖=1

𝑛𝐿𝑜𝑔,𝑉𝑃𝑀,𝑘,𝑎 + 𝑃𝐺𝐿,𝑉𝑃𝑀,𝑘 ∗ 𝑇𝐵𝑅,𝑉𝑃𝑀,𝑘 (5-12)

Um die Verlustenergie der Intralogistik 𝑄𝑉𝐿𝑜𝑔 als interne Wärmelasten des Logistik-

gebäudes zu ermitteln, werden die Verlustanteile des summierten Energiebedarfs

der Intralogistik als Grundelement Layout der Klasse Materialfluss berechnet. Dazu

Lagern

Autom. HRL

AKL Manuell

Handhaben

Hebe-zeuge

Palettier-roboter

Verpacken

Lade-sichereung

Ver-packung

5.4 Modellbewertung

113

wird die Verlustenergie vom Energiebedarf 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑘 über den Gesamtwirkungsgrad

𝜂𝑔𝑒𝑠,𝐿𝑜𝑔,𝑘 des Grundelements 𝑘 aller 𝑛 Grundelemente im System nach Formel (5-13)

berechnet und summiert.

𝑄𝑉𝐿𝑜𝑔 = ∑ 𝐸𝐿𝑜𝑔,𝑘 ∗

𝑛

𝑖=1

(1 − 𝜂𝑔𝑒𝑠,𝐿𝑜𝑔,𝑘) (5-13)

Der Gesamtenergiebedarf der Gebäudetechnik 𝑄𝐸𝐺𝑇𝐴 ergibt sich aus der Summe je

Bereich des Logistikzentrums auf Monatsbasis für ein Jahr nach Formel (5-14). Diese

Berechnung erfolgt dabei nach der DIN V 18599 [DIN 18599] Teil 1-10 für Nicht-

wohngebäude. Hier sind sämtliche analytische Berechnungsmodelle für die Ermitt-

lung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarf für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trink-

warmwasser und Beleuchtung festgelegt.

𝑍(𝐸𝐺𝑇𝐴) = 𝑄𝐸𝐺𝑇𝐴 = ∑ 𝑄𝐺𝑇𝐴,𝑘,𝑚𝑡ℎ,𝑗

12

𝑗=1

(5-14)

Die nach der Vornormenreihe [DIN 18599] Teil 1-10 durchgeführte Energiebilanz

folgt einem integralen Ansatz, sodass eine gemeinschaftliche Bewertung der Gebäu-

dehülle, der Nutzung und der gebäudetechnischen Ausrüstung unter Berücksichti-

gung der gegenseitigen Wechselwirkungen erfolgen kann. Jedoch ist mit der Norm

keine ganzheitliche Betrachtung von Logistik- bzw. Lagerhallen möglich, da entspre-

chend Teil 10: Nutzungsrandbedingungen, Klimadaten in Tabelle A.43: Nutzung von

Lagerhallen / Logistikhallen, keine internen Wärmequellen angegeben sind. Somit

müssen zusätzlich in der Berechnung des Energiebedarfs des Gebäudes nach DIN V

18599 [DIN 18599] die ermittelten internen Lasten der Intralogistik 𝑄𝑉𝐿𝑜𝑔 nach Formel

(5-13) im Logistikgebäude mit bilanziert werden.

5.4 Modellbewertung

Die analytische Modellformulierung des formalen integrierten Modells zur Gesam-

tenergiebilanzierung entspricht den Vorschriften des abstrakten Modells und dient

dem Modellzweck. Mit der erstellten Systemstruktur des abstrakten Modells sind die

Einflüsse und Wechselwirkungen zwischen der Intralogistik und dem Logistikgebäu-

de qualitativ hinsichtlich des energetischen Systemverhaltens beschrieben. Mit dem

formalisierten integrierten Modell zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logi-

Materialflusslayout

Mat.fluss-technik

Energiebedarf Gebäudetechnik in Abhängigkeit von der Gebäudehülle


114

stikzentren können verschiedene Planungsalternativen aus den Bereichen Intralogi-

stik, Gebäudetechnik und -hülle hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den Gesam-

tenergiebedarf untersucht werden. Voraussetzung dafür ist, dass die Eingangsgrö-

ßen und Anfangswerte als Randbedingungen und Parameter bekannt sind oder reali-

tätsnah definiert werden. Die Abbildungsgüte steht in Zusammenhang mit der Kennt-

nis der internen Vorgänge und dem Zeitaufwand, sodass für analytische Berechnun-

gen mit einer theoretischen Modellierung nur eine mittlere Modellgüte erreicht wer-

den kann. Diese Modellgüte ist entsprechend dem Modellzweck zum Einsatz im

Rahmen der Grobplanung uner vorherrschenden Zeitrestriktionen angemessen. Für

die Berechnungsansätze des integrierten Modells werden anerkannte Vorschriften

nach der [DIN 18599] verwendet sowie in anderen Forschungsarbeiten evaluierte

und validierte Verfahren (siehe Kapitel 3.2.2) übernommen und dem Modellzweck

angepasst. Damit ist eine inhaltliche Validität des integrierten Modells gegeben.

Um zu überprüfen, ob der, mit dem erstellten integrierten Modell unter Zuhilfenahme

der Software ZUB Helena 2012 Ultra v6.27 [ZUB-2012] mit Berechnungen nach [DIN

18599], ermittelte Energiebedarf für Logistikzentren unterschiedlicher Art hinsichtlich

Verhalten und Struktur gültig ist, werden die ersten berechneten Ergebnisse zur

Energiebilanz für das modellierte Referenzgebäude G1 aus Kapitel 6.2 mit Simulati-

onsergebnissen des Forschungsprojekts ‚Unterschiedliche Torsysteme in Industrie-

gebäuden unter Berücksichtigung energetischer, bauklimatischer und wirtschaftlicher

Aspekte‘ [Kli-2013] verglichen. In diesem Forschungsprojekt wird eine dynamische

Gebäudesimulation mit der Software IDA ICE 2012 durchgeführt. Weil in dieser For-

schungsarbeit nur die Gebäudeart von manuell bedienten Lagerimmobilien unter-

sucht wurde, basiert die Validierung des integrierten Modells zur Ermittlung der Ge-

samtenergiebilanz ebenfalls nur auf dieser Gebäudeart. Im Forschungsprojekt ‚Un-

terschiedliche Torsysteme in Industriegebäuden unter Berücksichtigung energeti-

scher, bauklimatischer und wirtschaftlicher Aspekte‘ werden weiterhin teilweise ande-

re Randbedingungen als in der vorliegenden Arbeit verwendet, diese Randbedingun-

gen werden in der verwendeten Software ZUB Helena für die Modellbestätigung ent-

sprechend angepasst. Des Weiteren wird im Forschungsprojekt mit einem idealen

Heizer gerechnet, der die Anlagentechnik ausschließt. Somit wird die Prüfung der

Konsistenz und Plausibilität für die vorliegende Arbeit über den Nutzenergiebedarf

herangezogen. Damit stehen Werte mit und ohne der Beleuchtung als Wärmequelle

zum Vergleich.

Die Ermittlung des spezifischen Nutzenergiebedarfs der Heizung mit der Software

ZUB Helena und der Software IDA ICE zeigt für die Ermittlung mit Wärmelast der

Beleuchtung eine Differenz von 18,5 % auf. Wird die Beleuchtung nicht mit in die Be-

rechnung des Heiz-Nutzenergiebedarfs aufgenommen, ergibt sich eine Abweichung

von 13 %. Diese Abweichungen sind auf die unterschiedlichen Berechnungsmetho-

5.4 Modellbewertung

115

den des Simulationsprogramms IDA ICE 2012 und der [DIN 18599] zurückzuführen.

Entsprechend des Modellzwecks und der durch die analytische Berechnung beding-

ten Modellgüte wird die Abweichung für diese Arbeit als akzeptabel bewertet. Denn

die anschließenden Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen von Planungsal-

ternativen auf die Gesamtenergiebilanz müssen Tendenzen für Energieeffizienzopti-

mierungen und Stellhebel für CO2-Einsparungen aufzeigen. Daraus abzuleitende

Erkenntnisse und Maßnahmen sollen für die Grobplanung von Logistikzentren be-

reitgestellt werden. Für die Ermittlung des Energiebedarfs der Intralogistik stehen

aufgrund der Spezifikation der Untersuchungsmodelle keine Vergleichswerte für den

konkreten Anwendungsfall zur Verfügung. Eine Überprüfung am realen System ist

nicht möglich, da dieses nicht existiert. Auf Grund der Validität der verwendeten Be-

rechnungsansätze als auch der angenommenen Parameter aus der Forschung und

Praxis ist eine inhaltliche Validität gegeben, sodass die Ergebnisse der Energieer-

mittlung der Intralogistik als zuverlässig und richtig angenommen werden.

117

6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen

Mit dem entwickelten integrierten Modell in Kapitel 5 kann die Gesamtenergiebilanz

von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren erstellt werden, wenn die Randbe-

dingungen und Ausgangswerte für spezifische und technische Parameter bekannt

sind. Für die Untersuchung der Energiebedarfsstruktur von unterschiedlichen Arten

von Logistikzentren werden im Folgenden Untersuchungsmodelle erstellt, welche die

übliche Baupraxis als Referenzgebäudemodelle abbilden. Dazu werden zunächst in

Kapitel 6.1 die Randbedingungen und Parameter für die Untersuchungsmodelle spe-

zifiziert, darauf aufbauend in Kapitel 6.2 bis Kapitel 6.4 die Referenzgebäudemodelle

erstellt und deren Gesamtenergiebilanzen ermittelt. Die Ergebnisse dieses Kapitels

basieren auf den Erstveröffentlichungen [Gün-2014, Fre-2016a].

6.1 Spezifikation von Randbedingungen und Parametern der Grundmodelle

Die Randbedingungen und Parameter der Referenzmodelle werden über das Refe-

renzgebäudeverfahren nach der [DIN 18599] und anhand der erhobenen Daten aus

Kapitel 2.2 definiert. Nach dem Referenzgebäudeverfahren wird das Gebäude, wie

es in der Realität errichtet werden soll (Geometrie, Ausrichtung, etc.), mit einer nach

der Norm vorgegebenen Referenzausführung ausgestattet, d. h. Bauteile, Anlagen-

technik und sonstige Randbedingungen wie Wärmebrücken oder Nutzungsparameter

werden mit der vorgegebenen Referenzausführung festgelegt. Der dabei resultieren-

de Jahres-Primärenergiebedarf stellt damit den maximal zulässigen Höchstwert für

die weitere Planung dar. Anschließend wird das Gebäude, wie es in der Realität er-

richtet werden soll, in der tatsächlichen Ausführung (in dieser Arbeit mit den Pla-

nungsalternativen) berechnet. Die Randbedingungen und Parameter der Referenz-

modelle für die Intralogistik in der Standardausführung im Grundmodell werden auf

Grundlage der Häufigkeit der erhobenen Daten aus Kapitel 2.2 definiert.

6.1.1 Randbedingungen und Definition der unterschiedlichen Gebäudearten und Temperaturniveaus

Basierend auf der [DIN 18599] und den erhobenen Daten aus Kapitel 2.2 werden

zunächst die in Tabelle 6-1 dargestellten Randbedingungen, die für alle zu erstellen-

den Referenzgebäudemodelle Gültigkeit besitzen, festgelegt.


118

Tabelle 6-1: Randbedingungen aller Untersuchungsmodelle zur Energiebedarfsermittlung und CO2-Emissionsberechnung

Betriebszeit Gebäudekonstruktion

Arbeitszeit 6:00 - 22 Uhr Bauweise leicht

Schichten 2-Schichtbetrieb

Wärmespeicherfähigkeit Cwirk/ANGF [Wh/m²K]

50

Wochentage [d/w] 5

Natürliche Infiltration q50 [m³/m²h]

8,2

Jahresarbeitstage [d/y] 252

Wärmebrücken-Korrektur [W/m²K]

0,05

Jährliche Nutzungsstunden zur Tagzeit [h]

2.688

U-Wert Bodenplatte [W/m²K] 3,5

Jährliche Nutzungsstunden zur

Nachtzeit [h]

1.344

U-Wert Tore [W/m²K] 2,9

Täglicher Heizungsbetrieb 5:00 - 22:00 Uhr, 5 d/w

Abmessung Verladetore [m] 2,75 x 3,25

Täglicher Kühlbetrieb 0:00 - 0:00 Uhr, 7 d/w

Abmessung Tor ebenerdig [m] 4 x 4

Lagergut Gebäudelage

Ladungsträger Euro-Palette Standort München

Ø Palettenhöhe beladen [m] 1,8

Ø Palettengewicht [kg] 500

Aufbauend auf den klassifizierten, systemrelevanten Grundelementen der System-

analyse in Kapitel 5.2 werden die Referenzgebäudemodelle für unterschiedliche Ge-

bäudearten von Logistikzentren konzipiert. Diese Referenzgebäudemodelle richten

sich zunächst nach der üblichen Art der Nutzung in der Praxis, sodass drei Arten von

Logistikzentren mit steigendem Automatisierungsgrad der Intralogistik entsprechend

der Analyse in Kapitel 2.2 modelliert werden. Weiterhin richten sich die Referenzge-

bäudemodelle nach der Art des Gutes und dessen Anforderungen, sodass für die

Untersuchungen zusätzlich drei unterschiedliche Temperaturniveaus festgelegt wer-

den.

Das erste Referenzgebäude ‚G1: manuelles Logistikzentrum‘ im Grundmodell mit

einer Standardausführung für das Logistikgebäude und für die Intralogistik steht re-

präsentativ für die Art der ‚Lagerimmobile‘ von Logistikzentren mit manuell durchge-

führten Logistikprozessen und einem entsprechend geringen Automatisierungsgrad

der Intralogistik. Ausgehend von diesem ersten Grundmodell G1 wird das zweite Re-

ferenzgebäude ‚G2: halbautomatisches Logistikzentrum‘ im Grundmodell, repräsen-

tativ für die Gebäudeart der ‚Umschlagsimmobilie‘ von Logistikzentren, erstellt. Dazu

wird die Wertschöpfung im Logistikzentrum des Referenzgebäude G2 erhöht, indem

die Logistikprozesse Kommissionierung und Umschlag hinzukommen. Mit der erhöh-

ten Logistikleistung von G2 im Vergleich zu G1 wird der Automatisierungsgrad der

Intralogistik entsprechend gesteigert, sodass die Logistikprozesse halbautomatisch

ausgeführt werden und ein neues Referenzgebäude mit einem anderen Material-


119

flusslayout und mehr -technik entsteht. Aufbauend auf G2 wird das dritte Referenz-

gebäude ‚G3: vollautomatisches Logistikzentrum‘ im Grundmodell stellvertretend für

die Gebäudeart ‚Distributionsimmobilie‘ von Logistikzentren modelliert. Analog zu G2

wird für G3 statt dem Umschlag die Verteilung der Lagergüter mit der Lagerung und

Kommissionierung als Logistikprozess eingeführt und der Automatisierungsgrad der

Intralogistik zur Durchführung der Logistikprozesse noch weiter erhöht, sodass die

Logistikprozesse vollautomatisch abgewickelt werden. Damit wird auch für G3 ein

neues Referenzgebäude, ausgehend von G2 und G1, mit einem anderen Material-

flusslayout und mehr -technik konzipiert. Tabelle 6-2 zeigt die unterschiedlichen Aus-

prägungen der Grundmodelle für die definierten Referenzgebäude G1, G2 und G3.

Tabelle 6-2: Ausprägungen der Gebäudearten der definierten Logistikzentren im Grundmodell als Referenzgebäudemodelle nach der Art der Nutzung

G1 Grundmodell G2 Grundmodell G3 Grundmodell

Gebäudeart Lagerimmobilien Umschlagsimmobilie Distributionsimmobilie

Logistikprozesse Lagerung Lagerung, Kommissionie-rung und Umschlag

Lagerung, Kommissionie-rung und Verteilung

Automatisierungsgrad Intralogistik

manuell / gering mechanisiert

halbautomatisch / mittel mechanisiert

vollautomatisch / hoch mechanisiert

Die drei definierten Referenzgebäudemodelle nach der Art der Nutzung werden je-

weils mit drei unterschiedlichen Temperaturniveaus für den Innenraum der Logistik-

zentren, zur Abbildung der Art und der Anforderungen des Lagergutes, kombiniert.

Die Anforderungen an die Innenraumtemperatur hängen mit den Anforderungen des

Lagergutes auch von den Vorgaben des jeweiligen Betriebs ab. Um ein möglichst

großes Spektrum an Praxisanforderungen abzubilden, werden für die Untersuchun-

gen drei verschiedene Temperaturniveaus für eine geforderte Innenraumtemperatur

mit mindestens 17 °C, 12 °C und maximal 6 °C festgelegt. Tabelle 6-3 zeigt die An-

forderungen an die Innenraum-Solltemperaturen in den verschiedenen Gebäudebe-

reichen für alle Referenzgebäudemodelle für die definierten Temperaturniveaus.

Damit werden jeweils ein Heizfall für 17 °C und 12 °C, bei dem das Lagergut keine

Anforderungen an die Innenraumtemperatur stellt, und ein Kühlfall für maximal 6 °C,

bei dem das Lagergut gekühlt werden muss und damit Anforderungen an die Innen-

raumtemperatur stellt, definiert.

Tabelle 6-3: Ausprägungen der Innenraum-Solltemperaturen in den verschiedenen Gebäude-bereichen für alle Gebäudearten nach der Art der Güter

Temperaturniveau 17 °C Temperaturniveau 12 °C Temperaturniveau 6 °C

Haupthalle min. 17 °C min. 12 °C max. 6 °C

HRL min. 4 °C min. 4 °C max. 6 °C

AKL min. 4 °C min. 4 °C max. 6 °C

Das zweite beheizte Temperaturniveau wird, wie in der [DIN 18599] gefordert, mit

12 °C festgelegt. Diese Temperatur gilt für die Zonen der Logistikflächen der Haupt-


120

hallen der Referenzgebäude, in denen Menschen arbeiten. Für automatisierte Berei-

che, in denen sich keine Menschen aufhalten, werden mindestens 4 °C als Frost-

schutz angesetzt. Weil sich in den Besichtigungen wiederholt gezeigt hat, dass vor

allem große Betriebe höhere Temperaturen für die Mitarbeiter bereitstellen, wird als

zusätzliche Innenraum-Solltemperatur als erstes das Temperaturniveau von 17 °C

untersucht. Auch hier gilt die Anforderung für automatisierte Bereiche, in denen sich

keine Menschen aufhalten, von mindestens 4 °C als Frostschutz für die Sprinkleran-

lage. Um ein Kühllager abzubilden, bei dem die Lagergüter durch ihre Beschaffenheit

durchgehend gekühlt werden müssen, wird die maximale Solltemperatur auf 6 °C für

alle Gebäudebereiche festgelegt.

6.1.2 Parameter der Grundelemente zur Modellierung und Energiebilanzierung der Gebäudearten

Die Berechnung des Energiebedarfs des Logistikgebäudes und der Intralogistik zur

Erstellung der Gesamtenergiebilanz der zu modellierenden Referenzgebäudemodel-

le erfolgt mit der Software ZUB Helena 2012 Ultra v6.27 [ZUB-2012], die nach der

[DIN 18599] bilanziert, und mit dem entwickelten integrierten Modell in Kapitel 5. Da-

zu wird zunächst der Energiebedarf der Intralogistik für die einzelnen, in den Refe-

renzgebäudemodellen zu modellierenden Grundelemente mit dem integrierten Mo-

dell berechnet. Anschließend werden die jeweiligen Energieverluste der Grundele-

mente der Intralogistik pro Gebäudebereich des Referenzgebäudemodells für die

Energieberechnung des Logistikgebäudes ermittelt, da die [DIN 18599] als auch die

Software ZUB Helena keine prozess- / produktionsbedingte Abwärme (wie Verlu-

stenergie der Materialflusstechnik) als interne Quelle in der Bilanzierung mitbetrach-

tet. Um diese Wärmeqzellen und weitere Einflüsse der Intralogistik bei der Ermittlung

des Gebäudeenergiebedarfs zu berücksichtigen, werden bestimmte Parameter an

die Anforderungen der Gesamtenergiebilanzierung der Referenzgebäude angepasst

und im Folgenden beschrieben. Weiterhin werden die für die Energiebilanzierung der

Intralogistik notwendigen spezifischen Parameter der Grundelemente, die für alle

Referenzgebäudemodelle gültig sind, beschrieben.

Spezifische Parameter der Gebäudetechnik und -hülle

Abhängig von der Anzahl der Be- und Entladevorgänge und den daraus resultieren-

den Toröffnungen an den Verladestationen ergeben sich unterschiedliche Lüftungs-

wärmeverluste, die für jede Gebäudeart abhängig vom Temperaturniveau ermittelt

werden müssen. Als Rechenansatz (zur Bestimmung des Außenluftvolumenstroms

durch nutzungsbedingte Toröffnungen) wird die Methode von Phaff et al. [Pha-1980]

angewandt. Nach diesem Ansatz werden die Öffnungsfläche, die Temperaturdiffe-

renz von Innen- und Außentemperatur sowie die Windgeschwindigkeiten am Stand-


121

ort berücksichtigt. Zur Ermittlung der Temperaturdifferenz und der Windgeschwindig-

keiten werden bei den Temperaturniveaus 17 °C und 12 °C die Mittelwerte der Mona-

te Oktober bis April des Referenzjahres 2011 des Deutschen Wetterdienstes [DWD-

2011] verwendet. Für den Kühlfall mit dem Temperaturniveau von max. 6 °C werden

die Monate Mai bis September verwendet. Die Berechnung der Lüftungswärmeverlu-

ste der ebenerdigen Tore erfolgt über die gesamte Öffnungsfläche des Tores. Dabei

wird angenommen, dass jedes ebenerdige Tor für einen Staplerverkehr am Tag 15

Minuten geöffnet ist. Hinsichtlich des Luftaustausches aufgrund von Zugluft wird für

die Verladetore in den Grundmodellen angenommen, dass beim Be- und Entladen

der angedockten Lkw seitlich ein Spalt von jeweils 5 cm bestehen bleibt, durch den

ein Luftaustausch resultiert. Weiterhin muss das Luftvolumen im Laderaum der Lkw

mit in die Berechnung einbezogen werden. Es wird angenommen, dass der Lade-

raum des Lkw aufgrund des entstehenden Spaltes zum Verladetor der Grundmodelle

nicht am Gebäude plan anliegt, sodass der Laderaum nicht von der Umge-

bungstemperatur abgeschottet ist und damit die Außenluft den Laderaum des Lkw

mit konditioniert. Jedoch strömt auch warme Luft aus der Halle der Grundmodelle in

den Laderaum des angedockten Lkw während des Be- / oder Entladevorgangs. Da-

her wird für die Bestimmung der Lufttemperatur des Laderaums eines angedockten

Lkw die mittlere Temperatur von Außenluft und der Halle des Grundmodells der Re-

ferenzgebäude angesetzt. Weil hier über windreduzierte Druckdifferenzen kein Luft-

austausch stattfindet, wird dieser mit 0 m/s definiert. In der Software ZUB Helena

werden die Toröffnungen über ein Mindestaußenluftvolumenstrom [m³/m²h] abgebil-

det, der sich auf die Größe der Lagerhallengrundfläche bezieht.

Neben den nutzungsbedingten Lüftungswärmeverlusten durch Toröffnungen findet

zudem ein durch Druckunterschiede resultierender unkontrollierter Luftaustausch

zwischen Innen- und Außenluft an der Gebäudehülle statt (Lüftungswärmeverluste

durch Infiltration). Dieser unkontrollierte Luftaustausch ist auf etwaige Undichtigkeiten

der Gebäudehülle zurückzuführen. Die Bemessungswerte dieses Luftaustausches

𝑛50 werden nach der [DIN 18599-02] bei einer Druckdifferenz von 50 Pa berechnet.

Allerdings wird im Abschlussbericht von Oschatz et al. [Osch-2011] festgestellt, dass

die DIN-Werte, insbesondere für große Gebäude, viel zu hoch sind, weil sich diese

auf das Gebäudevolumen beziehen. Daher werden als Referenz für die Grundmodel-

le der Referenzgebäude die im Abschlussbericht von Oschatz et al. erarbeiteten Be-

messungswerte für 𝑞50 angewandt, weil dieser Ansatz die Gebäudeundichtigkeiten in

Hallengebäuden genauer abbildet. Der Abschlussbericht klassifiziert hierfür die in

Tabelle 6-4 dargestellten Kategorien. Hiernach wird analog zur Studie ‚Unterschiedli-

che Torsysteme in Industriegebäuden unter Berücksichtigung energetischer, baukli-

matischer und wirtschaftlicher Aspekte‘ [Kli-2013] der 𝑞50-Wert von 8,2 m3/m2h für

alle Gebäudearten und Temperaturniveaus gewählt. Dieser Wert liegt zwischen der


122

geringen und mittleren Anforderung an die Gebäudedichtigkeit wie es für Logistikzen-

tren zutrifft.

Tabelle 6-4: Kategorisierung und Bemessungswerte 𝑞50 für Hallengebäude [Osch-2011]]

Kategorie Dichtigkeitsprüfung Einschätzung der Gebäudedichtheit

𝒒𝟓𝟎

[m3/m2h]

I Eine Dichtheitsprüfung wird nach Fertig-stellung durchgeführt

Gehobene Anforderungen an Luft-dichtheit

1

II Mittlere Anforderung

3

III Die Dichtheitsprüfung wurde nicht durch-geführt und ihre Durchführung ist auch nicht vorgesehen

6

Geringe Anforderung an Luftdicht-heit; Vorhandensein offensichtlicher Undichtigkeiten in wesentlichem Ausmaß

9

IV 12

Weitere spezifische Parameter, die für die Energiebilanzierung der Gebäudetechnik

mit der [DIN 18599] festgelegt werden müssen, betreffen die künstliche Beleuchtung

und sind in Tabelle 6-5 dargestellt. Hier ist der wichtigste Parameter die Beleuch-

tungsstärke, dieser Parameter wird nach dem Nutzungsprofil für Logistikhallen nach

der [DIN 18599-10] mit 150 lx für alle Referenzgebäude auf Nutzebene festgelegt.

Jedoch erscheint der Minderungsfaktor für die relative Abwesenheit nach der DIN als

zu hoch, weil in der DIN davon ausgegangen wird, dass sich dauerhaft Menschen in

der Halle bewegen. Somit wird dieser Wert von 0,6 auf 0,1 gesenkt.

Tabelle 6-5: Spezifische Parameter der Referenzgebäudemodelle für künstliche Beleuchtung

künstliche Beleuchtung

Jährliche Tagesbetriebsstunden tTag [h] 2688

Jährliche Nachtbetriebsstunden tNacht [h] 1344

Höhe der Nutzebene hNe [m] 0

Wartungswert der Beleuchtungsstärke Em [lx] 150

Minderungsfaktor Bereich Sehaufgabe kA 1

Raumindex für Kunstlicht kAL 2,4

Teilbetriebsfaktor der Gebäudebetriebszeit für Beleuchtung Ft 1

Weiterhin geht die DIN von einem Dauerbetrieb aus. Aufgrund der festgelegten

Randbedingungen der Referenzgebäudemodelle infolge der in Kapitel 2.2 aufge-

nommenen praxisüblichen Betriebszeiten im Zwei-Schichtbetrieb, wird die Dauer der

Betriebszeit der Beleuchtung für die Untersuchungen ebenfalls von der DIN abgeän-

dert, d. h. der Minderungsfaktor der Gebäudebetriebszeiten wird von 0,4 auf 1 erhöht

(was einen dauerhaften Betrieb während der Nutzungszeit in zwei Schichten defi-

niert). Für automatisierte Gebäudezonen und Logistikflächen, in denen sich keine

Menschen aufhalten, wird keine Beleuchtung eingesetzt.


123

Spezifische Parameter der Intralogistik

Die Berechnung des Energiebedarfs sämtlicher Arten von FFZ als Grundelemente in

allen Referenzgebäudemodellen erfolgt mit Hilfe von spezifischen Energieparame-

tern. Diese Parameter sind abhängig von der Art des FFZ und ergeben sich aus den

technischen Parametern zum Energieverbrauch nach dem VDI-Zyklus der VDI-

Richtlinie „Typenblätter für Flurförderzeuge“ [VDI 2198] als auch aus dem Wirkungs-

grad der Batterieladung nach Herstellerangaben [Fro-2013] [Gau-2013].

Zur Berechnung der GLT-Fördertechnik wird das im Forschungsprojekt ‚Erweiterte

Logistiksystemplanung unter Einbeziehung des Energieverbrauchs‘ entwickelte

Softwarewerkzeug samt Parameter verwendet [Gün-2013c, Gün-2014a]. Die Verlu-

stenergie der GLT Ketten- und Rollenförderer wird anschließend über den Wirkungs-

grad des Antriebsstrangs berechnet. Dabei werden beim Kettenförderer zusätzlich

die Reibungsverluste der Gleitschiene ermittelt. Diese spezifischen Parameter für die

Energieermittlung der Grundmodelle aller Referenzgebäude werden den Arbeiten

von Habenicht et al. [Hab-2013, Gün-2013b] entnommen. Für die weiterer Parameter

der GLT-Fördertechnik werden Herstellerangaben aus technischen Datenblättern

[SSI-2013] verwendet.

Der Energiebedarf der KLT-Fördertechnik wird mit Hilfe von Referenzwerten als spe-

zifische Energieparameter hochgerechnet. Dazu werden simulierte Energiever-

brauchswerte von Rollenförderern für 24 Volt-Antriebstechnik mit dezentralen An-

triebseinheiten verwendet [Bra-2013, Bra-2014]. Die Energieverluste können hier,

aufgrund mangelnder Angaben zu Wirkungsgraden, nicht berechnet werden.

Für die Ermittlung des Energiebedarfs von automatischen RBG im HRL als auch im

AKL wird ebenfalls das im Forschungsprojekt ‚Erweiterte Logistiksystemplanung un-

ter Einbeziehung des Energieverbrauchs‘ entwickelte Softwarewerkzeug verwendet

[Gün-2013c, Gün-2014a]. Spezifische Parameter zur Energieermittlung werden den

Arbeiten von Ertl und Günthner [Ert-2013a, Ert-2013b, Ert-2016] entnommen.

Für Verpackungsanlagen erfolgt die Ermittlung des Energiebedarfs mittels Herstel-

lerangaben [Beu-2013] zu spezifischen Parametern zum Energieverbrauch. Auch

hier können keine Energieverluste bilanziert werden, weil nicht genügend Angaben

über Wirkungsgrade vom Hersteller vorliegen.

Der Energiebedarf von Handhabungsanlagen wird über zustandsbasierte Verbrauch-

sprofile als spezifische Parameter, mit Hilfe von Herstellerangaben zu Energiever-

brauchswerten von Robotern in bestimmten Zuständen [Klü-2011], berechnet. Als

Verlustenergie wird der Energiebedarf während der Nicht-Produktiven Zeiten, die je

Referenzgebäudemodell als technische Parameter ermittelt werden müssen, be-

rechnet.


124

6.1.3 Parameter zur ökologischen und ökonomischen Bewertung von Planungsalternativen

Die Ermittlung der verursachten CO2-Emissionen zur ökologischen Bewertung der

Planungsalternativen erfolgt, wie in Kapitel 2.4.2 beschrieben, mit Hilfe von Umrech-

nungsfaktoren. Dazu wird der berechnete Energiebedarf je verwendeten Energieträ-

ger mit einem CO2-Koeffizienten aus der GEMIS-Datenbank 4.1.3 der Software ZUB

Helena [ZUB-2012] beaufschlagt. Die Berechnung der durch das Logistikgebäude

verursachten CO2-Emissionen erfolgt direkt mit der Software ZUB Helena, weil hier

zu der Ermittlung des Energiebedarfs des Gebäudes die CO2-Koeffizienten für die

Ermittlung der CO2-Emissionen direkt eingegeben werden können. Die Berechnung

der CO2-Emissionen der Intralogistik erfolgt separat, indem der ermittelte Energiebe-

darf direkt mit dem CO2-Koeffizienten des verwendeten Energieträgers multipliziert

wird. Für die Berechnung der CO2-Gutschrift von möglichen stromproduzierenden

Photovoltaik-Anlagen wird der CO2-Vermeidungsfaktor aus der Studie [Böh-2013]

verwendet. Für die Berechnungen der CO2-Emissionen von Photovoltaik-Anlagen

wird angenommen, dass der erzeugte Strom komplett ins öffentliche Stromnetz ein-

gespeist und als jährlicher Bilanzwert mit einberechnet wird. Ein jährlicher Über-

schuss der Photovoltaik-Anlagen bedeutet demnach nicht, dass zu keiner Zeit exter-

ner Strom zugekauft werden muss. Tabelle 6-6 zeigt die verwendeten CO2-

Koeffizeinten für die ökologische Bewertung von Planungsalternativen hinsichtlich

ihres Potenzials zur Reduzierung der CO2-Emissionen in der Nutzungsphase.

Tabelle 6-6: CO2-Koeffizienten von verschiedenen Energieträgern

Energieträger CO2-Koeffizient [g/kWh]

Erdgas [ZUB-2012] 247

Biomasse (Hackschnitzel) [ZUB-2012] 35

Strom (deutscher Strommix) [ZUB-2012] 683

Photovoltaik [Böh-2013] 710 (Vermeidungsfaktor)

Zur ökonomischen Bewertung werden die Amortisationszeiten der Planungsalternati-

ven berechnet, um Aussagen über die Wirtschaftlichkeit und Vorteilhaftigkeit von al-

ternativen Investitionen treffen zu können. Dafür werden einerseits Preise der ver-

wendeten Energieträger recherchiert, um die laufenden Energiekosten für den ermit-

telten Energiebedarf abbilden zu können. Andererseits werden Anschaffungskosten

für die Planungsalternativen herangezogen, um mögliche zusätzliche Investitionen

abzubilden. Anhand der Preise für die verwendeten Energieträger werden die lau-

fenden Kosten im Jahr dargestellt. Insgesamt werden drei verschiedene Energieträ-

ger in die Untersuchungen eingebunden: Strom, Erdgas und Hackschnitzel als Bio-

masse zur regenerativen Energieversorgung. Viele Industriebetriebe bezahlen im

Vergleich zu Privathaushalten einen geringeren Strompreis, weil dieser zwischen

Stromlieferant und Betrieb je nach Abnahmemenge festgelegt wird und von der Be-


125

zugsart abhängig ist. In der vorliegenden Arbeit wird daher der Durchschnittswert des

Strompreises für Industriebetriebe angesetzt. Tabelle 6-7 zeigt die angesetzten Prei-

se der Energieträger zur ökonomischen Bewertung der Planungsalternativen.

Tabelle 6-7: Preise für verschiedene Energieträger

Energieträger Preis [ct/kWh]

Erdgas [BMWi-2013] 0,4

Hackschnitzel [CAR-2013] 0,3

Strom [BDEW-2010] 12

Für die Bewertung der Photovoltaik-Anlage zur regenerativen Energieversorgung als

Planungsalternative der Gebäudetechnik wird der erzeugte Strombetrag monatswei-

se mit der Software ZUB Helena [ZUB-2012] nach der [DIN 15316-4-6] errechnet.

Hinsichtlich der Einspeisevergütung wird zwischen Anlagen unterschiedlicher Lei-

stung differenziert, die Vergütung wird demnach anteilig berechnet. Ausschlagge-

bend für die Vergütung ist der Zeitpunkt der Inbetriebnahme. Für die Versuche mit

den Referenzgebäuden wird als Inbetriebnahmezeitpunkt Oktober 2013 terminiert.

Die für die ökonomische Bewertung verwendete leistungsabhängige Einspeisevergü-

tung von PV-Anlagen [Pho-2013] ist in Tabelle 6-8 dargestellt.

Tabelle 6-8: Einspeisevergütung von Photovoltaik-Anlagen abhängig von der Leistung, Stand Oktober 2013 [Pho-2013]

bis 10 kWp bis 40 kWp bis 1.000 kWp bis 10 MWp

14,27 ct 13,54 ct 12,08 ct 9,88 ct

Um die Anschaffungskosten der untersuchten Planungsalternativen zu ermitteln,

werden unterschiedliche Informationsquellen verwendet. Die Kosten für Bauteile so-

wie technische Gebäudeausrüstung werden aus dem BKI-Baukosten Katalog des

Baukosteninformationszentrum Deutscher Architektenkammern GmbH [BKI-2012,

BKI-2006] entnommen. Diese Kataloge liefern statistische Kostenkennwerte für ein-

zelne Anlagen- und Bauelemente. Weil sich die Ausführung eines Bauteils im BKI

zumeist nur auf eine Variante beschränkt, werden weitere Preise direkt bei den Her-

stellern angefragt, über das Internet [Bru-2012, Bru-2012b, Lam-2012, Kam-2013,

Nip-2012, Pre-2008, RWE-2013, Pea-2013, Pho-2013a, NKH-2013] eingeholt oder

aus anderen Forschungsarbeiten [Har-2002] verwendet. Diese zusätzlich recher-

chierten Kostenkennwerte oder Preise werden schließlich mit den Werten des BKI

kombiniert. Anhand der Dachbedeckung wird dieses Vorgehen folgend beispielhaft

erläutert: Nach BKI liegt der Preis für Material- und Ausführungskosten der ‚Dach-

deckung mit Alu-Profiltafeln auf Schalung, Mineralfaserdämmung‘ bei 120 €/m² brut-

to. Dieser Preis wird als Kostengrundlage der im Grundmodell verwendeten Dachab-

deckung gewählt. Der Herstellerpreis dieser Dachabdeckung beträgt 59 €/m² netto.

Der Netto-Differenzbetrag zum BKI über 42 €/m² wird als Ausführungsarbeit auf alle


126

Materialpreise dieses Herstellers aufaddiert. Preise für die Materialflusstechnik wer-

den direkt bei den Herstellern angefragt und bei mehreren Angaben gemittelt, denn

es sind keine statistischen Kostenkennwerte oder veröffentlichte Katalogpreise für

die Anlagentechnik der Intralogistik bekannt.

6.2 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G1: manuelles Logistikzentrum

Das Referenzgebäudemodell G1 für die Gebäudeart von Lagerimmobilien mit manu-

ell durchgeführten Logistikprozessen baut auf dem Modell des Forschungsprojekts

zur Entwicklung einer Datenbank mit Modellgebäuden für energiebezogene Untersu-

chungen [Kla-2010] auf. Diese Forschungsarbeit beschreibt und definiert charakteri-

stische Parameter für unterschiedliche Wohn- und Nichtwohngebäude. Das verwen-

dete Modell des Forschungsprojekts wird darüber hinaus auch in weiteren For-

schungsarbeiten [Osch-2011, Kli-2013] verwendet.

Die Außenansicht des modellierten Referenzgebäudemodells G1 als Grundmodell

für die Art von Logistikzentren mit manuell durchgeführten Lager- und Umschlags-

prozessen ist in Abbildung 6-1 zu sehen. Das Gebäude besitzt eine quadratische

Grundform von 100 m auf 100 m und eine Hohe von 14 m. Auf der Südseite besteht

ein ebenerdiges Tor für Staplerverkehr und 13 Verladetore mit Planenabdeckung, an

die im Innenraum die Bereitstellungsflächen für den Wareneingang (WE) und Wa-

renausgang (WA) angrenzen.

Abbildung 6-1: Außenansicht des modellierten Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum


127

Dahinter schließt sich der in Abbildung 6-2 gezeigte Lagerbereich mit 18 Regal-

gassen an, der in fünf Ebenen Platz für 14.040 Paletten bietet. Es werden sieben

Schubmaststapler eingesetzt, um den stündlichen Lagerdurchsatz von jeweils 120

Ein- und Auslagerungen zu gewährleisten. Im WA und WE fertigen drei Niederhub-

wagen acht Lkw in einer Stunde ab. Pro Schicht sind 14 Mitarbeiter im Einsatz.

Abbildung 6-2: Innenansicht des modellierten Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum

Weitere auf Grundlage der erhobenen Daten aus Kapitel 2.2 angenommene spezifi-

sche und technische Parameter der Intralogistik und Gebäudetechnik sowie Bautei-

lekennwerte der Gebäudehülle für das modellierte Referenzgebäude G1 sind in Ta-

belle 6-9 aufgelistet. Hier liegt der errechnete Außenluftvolumenstrom in Kapitel 6.1.2

unter dem in der [DIN 18599] geforderten Mindestwechsel von 1 m3/m2h, daher wird

der DIN-Mindestwert für die Untersuchungen herangezogen. Mit der Modellierung

und Spezifikation der im Referenzgebäude enthaltenen Grundelemente, wird der

Gesamtenergiebedarf des Grundmodells von G1 je festgelegtem Temperaturniveau

berechnet.

Tabelle 6-9: Technische und spezifische Parameter des Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum zur Energiebilanzierung

Spezifische Parameter G1

Halle

Gebäude

Länge [m] 100

Breite [m] 100

Grundfläche netto [m²] 10.000


128

Lichte Höhe [m] 14

Volumen [m³] 140.000

Anzahl Verladetore 13

Anzahl Tore ebenerdig 1

Be- und Entladungen Anzahl/h 16

Anzahl Personen 14

Intralogistik

Einlagerungen Paletten/h 120

Auslagerungen Paletten/h 120

Palettenstellplätze 14.040

Regalgassen 18

Regalebenen 5

Schubmaststapler 7

Niederhubwagen 6

Technische Parameter G1

Gebäudetechnik

Heizsystem Dezentrale Umluftheizung

Energieträger Heizsystem Erdgas

Kühlsystem Zentrale Kompressionskältema-schine mit Fan-Coils

Energieträger Kühlsystem Strom

Lüftung Keine Lüftungsanlage

Beleuchtung Kunstlicht: Leuchtstofflampe mit EVG, 150lx flächig Tageslicht-steuerung

Gebäudehülle

Dämmung Fassade U-Wert [W/m2K] 0,35

Dämmung Dach U-Wert [W/m2K] 0,35

Dämmung Bodenplatte U-Wert [W/m2K] 3,5

Dämmung Verladetore U-Wert [W/m2K] 2,9

Dachfenster U-Wert [W/m2K] Heizfall 2,7

Dachfenster G-Wert Heizfall 0,64

Dachfenster D65 (Lichttransmissionswert) Heizfall 0,59

Dachfenster U-Wert [W/m2K] Kühlfall 2,7

Dachfenster G-Wert Kühlfall 0,64

Dachfenster D65 (Lichttransmissionswert) Kühlfall 0,59

Anzahl Dachfenster 132

Maße Dachfenster LxB [m] 1,5x1

Fassadenfenster Keine Fassadenfenster

Verladetore mit Planenabdeckung

Außenluftvolumenstrom [m3/m2h] 1

Bemessungswert q50für Luftaustausch n50 Druckdifferenz von 50 [Pa m3/m2h]

8,2


129

Intralogistik

Lagern

Betriebsstunden 𝒕𝑭𝑭𝒁,𝒂,𝑺𝒄𝒉𝒖𝒃𝒎𝒂𝒔𝒕𝒔𝒕𝒂𝒑𝒍𝒆𝒓. [h/a] 4.032

Wirkungsgrad Batterieladung 𝜼𝑩𝑨_𝑳𝒂𝒅𝒖𝒏𝒈,𝑺𝒄𝒉𝒖𝒃𝒎𝒂𝒔𝒕𝒔𝒕𝒂𝒑𝒍𝒆𝒓 68 %

Schubmaststapler Energieverluste / Energierekuperation 15 % / 0 %

Energiebedarf FFZ 𝑷 𝑭𝑭𝒁,𝑺𝒄𝒉𝒖𝒃𝒎𝒂𝒔𝒕𝒔𝒕𝒂𝒑𝒍𝒆𝒓 / ab Stromnetz [kW] 4 / 5,88

Fördern

Betriebsstunden 𝒕𝑭𝑭𝒁,𝒂,𝑵𝒊𝒆𝒅𝒆𝒓𝒉𝒖𝒃𝒘𝒂𝒈𝒆𝒏. [h/a] 4.032

Wirkungsgrad Batterieladung 𝜼𝑩𝑨_𝑳𝒂𝒅𝒖𝒏𝒈,𝑵𝒊𝒆𝒅𝒆𝒓𝒉𝒖𝒃𝒘𝒂𝒈𝒆𝒏 68 %

Niederhubwagen Energieverluste / Energierekuperation 15 % / 0 %

Energiebedarf FFZ 𝑷 𝑭𝑭𝒁,𝑵𝒊𝒆𝒅𝒆𝒓𝒉𝒖𝒃𝒘𝒂𝒈𝒆𝒏 / ab Stromnetz [kW] 1,05 / 1,54

Abbildung 6-3 zeigt das Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1 für das

Temperaturniveau 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr. Es ist

ersichtlich, dass für die Gebäudeart der manuellen Lagerimmobilie der größte Ener-

giebedarf vom Heizsystem zur Wärmebereitstellung besteht. Hier entstehen bei der

Wärmeübergabe im Logistikzentrum Energieverluste. Der Strombedarf ist im Ver-

hältnis zum Gasbedarf wesentlich geringer und teilt sich fast zur Hälfte für die Be-

leuchtung und den Betrieb der FFZ auf, wobei ein geringer Stromanteil für das Heiz-

system zur Wärmeübergabe benötigt wird. Weiterhin ist ersichtlich, dass auf Grund

der Abwärme durch die Beleuchtung, durch natürliche solare Einträge über die Ge-

bäudehülle und durch die Abwärme der Batterieladung wie auch des Staplerbetriebs

zum Aufrechterhalten der geforderten 17 °C Innenraumtemperatur weniger Raum-

wärme durch das Heizsystem bereit gestellt werden muss.

Die Gesamtenergiebilanz für den Heizfall mit 12 °C ist in Abbildung 6-4 dargestellt. In

diesem Fall verändert sich der Strombedarf nur unwesentlich, weil das Heizsystem

mit geringer Temperaturanforderung weniger Strom benötigt. Da der Strombedarf

des Heizsystems jedoch im Vergleich zur Beleuchtung und der Batterieladung der

FFZ einen sehr geringen Anteil am Gesamtstrombedarf darstellt, ist der Einfluss ent-

sprechend gering hinsichtlich der Stellhebel zur Reduzierung. Nichtsdestotrotz sinkt

der Gasbedarf des Grundmodells G1 für den Heizfall durch die Reduzierung der In-

nenraum-Solltemperatur um 5 °C erheblich, sodass über 40 % des Gasbedarfs aus-

gehend von einer Beheizung der Lagerhalle auf 17 °C eingespart werden können.

Für den Kühlfall, in dem der Innenraum des Referenzgebäudes G1 auf 6 °C konditio-

niert wird, ergibt sich die in Abbildung 6-5 ermittelte Energiebilanz. Anstatt Gas wird

hier Strom für die zentrale Kompressionskältemaschine zur Erzeugung der Prozess-

kälte verwendet.


130

Abbildung 6-3: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für

den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

Ga

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ell 1

7 C

]


131


den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

Ga

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2 C

]


132


den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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ell 6

C]

6.3 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum

133

Im Gegensatz zum gasbetriebenen Heizsystem ist die Kühlleistung des Kühlsystems

höher als die Antriebsleistung der Kältemaschine, sodass anhängig von der Lei-

stungszahl der Kältemaschine ein Vielfaches mehr Prozesskälte in kWh bereitgestellt

als Strom in kWh dafür benötigt wird. Damit steigt der Energiebedarf an Strom des

Grundmodells G1 mit 6 °C an, da das Kühlsystem für mehr als die Hälfte des Strom-

bedarfs verantwortlich ist. Der Strombedarf für Beleuchtung und Batterieladung der

FFZ bleiben im Kühlfall, wie im Heizfall, gleich. Anders als im Heizfall, wirkt sich hier

im Kühlfall die Abwärme der Beleuchtung und der FFZ negativ auf den Prozesskälte-

bedarf aus, weil aufgrund der Wärme mehr Kühlleistung erbracht werden muss, was

wiederum mit einem höheren Strombedarf einhergeht. Darauf haben die solaren Ein-

träge über die Gebäudehülle ebenfalls einen negativen Einfluss. Positiv wirken sich

jedoch Einträge der Umgebungskälte und Lüftungskälte aus der Umwelt über die

Gebäudehülle / Verladetore aus, weil durch diese Einträge in das System aus der

Umwelt weniger Prozesskälte für das Grundmodell von G1 erzeugt werden muss.


Das Referenzgebäudemodell G2 baut auf dem Grundmodell von G1 auf. Um den

Automatisierungsgrad der Intralogistik bei G2 zu erhöhen, werden die Anforderungen

an die zu erbringende Logistikleistung des Systems im Vergleich zu G1 gesteigert.

Dazu wird die Wertschöpfung erhöht, indem zur reinen Lagerung in G1 die Kommis-

sionierung und der Umschlag als Funktion zusätzlich im Logistikzentrum für G2 im-

plementiert werden. Das manuelle Lager des Referenzgebäudemodells G1 wird für

G2 in ein automatisches Hochregallager überführt, sodass die Ein- und Auslagerung

aller Paletten aus dem WE und die Bereitstellung des Nachschubs in der Kommis-

sionierung automatisch erfolgen. Das resultierende Grundmodell für G2 mit einem

geänderten Materialflusslayout und darauf angepassten Gebäude mit neuer Kubatur

ist in Abbildung 6-6 von außen und in Abbildung 6-7 von innen mit der eingesetzten

Materialflusstechnik dargestellt.

Die Kubatur der Ost-West orientierten Haupthalle, in der die Kommissionierung statt-

findet, ist in diesem Modell nun rechteckig und nicht mehr quadratisch mit einer Län-

ge von 78,6 m und einer Breite von 51,7 m ausgeführt. Die Höhe der Haupthalle be-

trägt, auf Grund der Kommissionierung in der Halle aus einem manuellen Lager mit

einer Regalhöhe von 12,3 Metern, weiterhin 14 m. Auf der Südseite der Haupthalle

befinden sich zwei ebenerdige Tore.


134

Abbildung 6-6: Außenansicht des modellierten Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logi-

stikzentrum

An der Westfassade sind 16 Verladetore angebracht. Im Norden schließt das 32,5 m

hohe Hochregallager an, welches die Westseite der Halle um 17,3 m verlängert und

zu einer Gesamtlänge des Grundmodells von 84,8 m führt. Innerhalb des Referenz-

gebäudemodells von G2 befinden sich in der Haupthalle die Bereitstellflächen des

WE und WA hinter den Verladetoren sowie die manuelle Kommissionierung. Die

PzW-Kommissionierung von 120 Pal/h aus dem manuellen Lager erfolgt mit sieben

Horizontalkommissionierern in 11 Arbeitsgängen. Die Nachschubversorgung und die

Lagerbedienung der 4.356 Palettenstellplätze auf sechs Ebenen im manuellen Lager

stellen sieben Schubmaststapler mit jeweils 120 Paletteneinlagerungen/h und Umla-

gerungen/h sicher. Die Bereitstellung der Paletten für die Kommissionierung erfolgt

aus dem HRL, welches über Kettenförderer mit dem manuellen Lager verbunden ist.

Weiterhin befinden sich in der Vorzone des HRL Ketten- und Rollenförderer für den

Palettentransport aus dem WE ins HRL. Das automatische HRL mit vier Gassen, 22

Ebenen und 14.256 Stellplätzen hat einen Warendurchsatz von 120 Doppelspielen in

der Stunde. Im WE finden acht Anlieferungen/h mit Lkw statt. Die kommissionierten

Paletten verlassen ebenfalls den WA mit acht Auslieferungen/h das Logistikzentrum.

Für die Be- / und Entladung der Lkw werden acht Hochhubwagen eingesetzt. Insge-

samt arbeiten 22 Personen pro Schicht in dem Grundmodell G2.

Zu der beschriebenen Ausprägung der modellierten Grundelemente von G2 sind in

Tabelle 6-10 weitere, für die Energiebilanzierung des Referenzgebäudemodells not-

wendige, spezifische sowie technische Parameter zusammengefasst.


135

Abbildung 6-7: Innenansicht des modellierten Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistik-

zentrum

Tabelle 6-10: Technische und spezifische Parameter des Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung


Haupthalle HRL

Gebäude

Länge [m] 78,6 84,8

Breite [m] 51,7 17,3

Grundfläche netto [m²] 4.064 1.488

Lichte Höhe [m] 14 32,5

Volumen [m³] 56.891 47.679

Anzahl Verladetore 16 -

Anzahl Tore ebenerdig 2 -

Be- und Entladungen Anzahl/h 16 -

Anzahl Personen 22 -

Intralogistik

Einlagerungen Paletten/h 120 -

Auslagerungen Paletten/h 120 -

Doppelspiele/h - 120

Kommissionierung Paletten/h 120 -

Palettenstellplätze 4.356 14.256

Regalgassen 11 4

Regalebenen 6 22

Automatische Regalbediengeräte - 4


136

Schubmaststapler 7 -

Horizontalkommissionierer 7 -

Hochhubwagen 8 -

GLT-Kettenförderer [m] 61,2 32,4

GLT-Rollenförderer [m] 71,4 31,4


Gebäudetechnik







Gebäudehülle











Anzahl Dachfenster Halle 55

Maße Dachfenster Halle LxB [m] 1,5x1

Anzahl Dachfenster HRL 5

Maße Dachfenster HRL LxB [m] 1,5x1


Verladetore Planenabdeckung

Außenluftvolumenstrom [m3/m2h] 17 °C/12 °C/6 °C 4,21 / 3,5 / 3,7

Bemessungswert q50für Luftaustausch n50 Druckdifferenz von 50 [Pa m3/m2h]

8,2

Intralogistik

Fördern

Betriebsstunden 𝒕𝑭𝑭𝒁,𝒂,𝒊. [h/a] 4.032

Wirkungsgrad Batterieladung 𝜼𝑩𝑨_𝑳𝒂𝒅𝒖𝒏𝒈,𝒊 68 %

Energieverluste / Energierekuperation FFZi 15 % / 0 %

Energiebedarf 𝑷 𝑭𝑭𝒁,𝑯𝒐𝒄𝒉𝒉𝒖𝒃𝒘𝒂𝒈𝒆𝒏 / ab Stromnetz [kW] 1,2 / 1,76

Betriebsweise GLT Ketten- und Rollenförderer kontinuierlich


137

Palettendurchsatz/a GLT Ketten- und Rollenförderer 423.360

Getriebe- /Motortyp GLT Ketten- und Rollenförderer Stirnrad/Asynchron 0,75 kW

Ansteuerung GLT-Rollenförderer Frequenzumrichter

Ansteuerung GLT-Kettenförderer Schaltschütz

Lagern




Energiebedarf 𝑷 𝑭𝑭𝒁,𝑺𝒄𝒉𝒖𝒃𝒎𝒂𝒔𝒕𝒔𝒕𝒂𝒑𝒍𝒆𝒓 / ab Stromnetz [kW] 4 / 5,88

Grundlast RBG 𝑷𝑮𝑳 [W] 3.000

Mittlerer Energiebedarf pro Doppelspiel RBG �̅�𝑫𝑺 [kWh] 0,4574





Energiebedarf 𝑷 𝑭𝑭𝒁,𝑺𝒄𝒉𝒖𝒃𝒎𝒂𝒔𝒕𝒔𝒕𝒂𝒑𝒍𝒆𝒓 / ab Stromnetz [kW] 4 / 5,88

Die resultierende Gesamtenergiebilanz für das Grundmodell des Referenzgebäudes

G2 ist als Energieflussbild für den Heizfall mit dem Temperaturniveau 17 °C in Abbil-

dung 6-8 zu sehen. Es ist ersichtlich, dass der Strombedarf den größten Anteil am

Energiebedarf des Gesamtsystems hat und im Vergleich zu G1 mit 17 °C, aufgrund

des Automatisierungsgrads der Intralogistik, wesentlich gestiegen ist. Vom Gesamt-

strombedarf benötigt das HRL mit seinen RBG den meisten Strom und ist zusammen

mit der Fördertechnik in der Vorzone der größte Energieverbraucher im Gesamtsy-

stem. Die entstehende Abwärme auf Grund der Verlustenergie der RBG, Ketten- und

Rollenförderer im HRL führt in der Jahresbilanz dazu, dass diese internen Lasten der

Intralogistik etwa die Hälfte des benötigten Wärmebedarfs für die Frostschutzanlage

des Sprinklersystems für den Brandschutz stellen (auf Grund der Anforderung von

mind. 4 °C in automatisierten Bereichen ohne Personen). Der restliche Wärmebedarf

im HRL für den Frostschutz wird zum größten Teil durch natürliche Umgebungs- und

Lüftungswärme als regenerative Energie aus der Umwelt gestellt, sodass nur ein ge-

ringer Wärmeanteil vom gasbetriebenen Heizsystem für das HRL bereitgestellt wer-

den muss. Die Raumwärme für die Halle des Grundmodells von G2, in der die Kom-

missionierung erfolgt, stellt mengenmäßig den zweitgrößten Energieverbraucher

durch das Heizsystem zur Bereitstellung dieser Wärmeenergie für den Heizfall 17 °C

dar. Hierbei entstehen durch die Erzeugung und Übergabe der Wärmeenergie Ener-

gieverluste, welche den Output aus dem System darstellen. Wie beim Grundmodell

G1 wird auch ein Teil des Räumwärmebedarfs für die Halle durch die Abwärme der

Intralogistik sowie durch die Abwärme der Beleuchtung in der Halle gedeckt. Im Ver-

gleich zu G1 sinkt der Heizwärmebedarf von G2 und damit der Energiebedarf des

Energieträgers Gas, weil durch die Auslagerung von Palettenstellplätzen in das HRL,


138

die Halle von G2 und damit das zu konditionierende Raumvolumen sinkt. Dieser Hei-

zenergiebedarf lässt sich weiter senken, indem die Innenraum-Solltemperatur von

17 °C auf 12 °C reduziert wird.

Die Energiebilanz des Grundmodells G2 für das Temperaturniveau von 12 °C zeigt

Abbildung 6-9. Die Absenkung der geforderten Innenraum-Solltemperatur führt bei

G2 zu einer Reduzierung des Energiebedarfs an Gas um fast die Hälfte. Dieser Ef-

fekt fällt im Vergleich zu G1 für 17 °C und 12 °für G2 höher aus, weil der Heizener-

giebedarf bei G2 mit 17 °C geringer und der Anteil an Abwärme der Intralogistik hö-

her ist und bei unterschiedlichen Temperaturniveaus konstant bleibt. Wie die Ab-

wärme, bleibt auch der Strombedarf für Beleuchtung und Intralogistik in der Halle als

auch für Intralogistik im HRL, als eigenständiger Gebäudebereich, in der Energiebi-

lanz für den Heizfall mit 12 °C gleich. Lediglich ein gesunkener Strombedarf der Hei-

zung bei 12 °C Innenraum-Solltemperatur des Grundmodells G2 führt im Vergleich

zu 17 °C zu einer marginalen Reduktion des Gesamtenergiebedarfs.

Im Kühlfall des Grundmodells G2 steigt der Strombedarf im Vergleich zu den Heizfäl-

len wesentlich an und stellt wie schon bei G1 den einzig benötigten Energieträger dar

(vgl. Abbildung 6-10). Hier benötigt das Kühlsystem einen großen Teil des Gesam-

tenergiebedarfs des Energieträgers Strom zur Erzeugung der Prozesskälte. Im Ver-

gleich zum Heizfall bei 17 °C und 12 °C von G2 muss im Kühlfall neben der Halle

auch das HRL konditioniert werden. Wie im Heizfall beim Frostschutz des HRL, stellt

auch im Kühlfall des HRL die Abwärme der im HRL befindlichen Intralogistik die Hälf-

te der notwendigen Kühlenergie. Dieser Aspekt tritt hier jedoch wieder im negativen

Sinne auf, weil genau für diesen Anteil der Abwärme der Intralogistik vom Kühlsy-

stem ein Mehraufwand an Kühlleistung erbracht werden muss. Diesen negativen Ein-

fluss haben auch die solaren Einträge über die Gebäudehülle. Wohingegen die na-

türliche Umgebungs- und Lüftungskälte aus der Umwelt bilanziell einen positiven Ein-

fluss durch Reduzierung des Kühlbedarfs im HRL haben. Die gleichen Effekte wie im

HRL treffen auch für die Halle von G2 zu, indem die Abwärme der FFZ und der Ket-

ten- und Rollenförderer sowie der Beleuchtung zu einem höheren Kältebedarf führt.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass die genannten Wärmequellen mit einem zusätz-

lichen energetischen Aufwand des Kühlsystems kompensiert werden müssen, um

das Raumvolumen auf max. 6 °C konstant zu konditionieren. Trotz des zusätzlichen

Strombedarfs für das Kühlsystem bleibt auch im Kühlfall das HRL mit seinen RBG

und der Fördertechnik der größte Stromverbraucher, wobei der Energiebedarf des

HRL als auch der Halle mit Fördertechnik und Beleuchtung in allen Temperatur-

niveaus gleich bleibt, weil Einflüsse auf den Energiebedarf der Intralogistik durch die

Umgebungstemperatur erst bei Minusgraden auftreten.


139

Abbildung 6-8: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzen-

trum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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trum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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142

6.4 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G3: vollautomatisches Logistikzentrum

Das dritte Referenzgebäudemodell G3 stellt entsprechend der Art der Nutzung die

Gebäudeart von Distributionsimmobilien dar und wird aufbauend auf dem Grundmo-

dell von G2 erstellt. Um den Automatisierungsgrad der Intralogistik entsprechend der

Art der Nutzung weiter zu erhöhen, werden die Durchsatzanforderungen an die

Kommissionierung erhöht und damit die Art der Kommissionierung von einer PzW-

Kommissionierung auf eine Ware-zur-Person (WzP) Kommissionierung umgestellt.

Damit erfolgt die Versorgung der Kommissionierarbeitsplätze direkt aus dem bereits

in G2 vorhandenen HRL und einem zusätzlichen AKL. Weitere sich daraus ergeben-

de Handhabungs- und Verpackungsprozesse werden im Grundmodell von G3 eben-

falls automatisiert abgebildet und dafür die entsprechende Materialflusstechnik mit

einem neuen Materialflusslayout modelliert. Die Außenansicht des konzipierten

Grundmodells G3 als Referenzgebäudemodell für diese Art der Nutzung zeigt Abbil-

dung 6-11.

Abbildung 6-11: Außenansicht des modellierten Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistik-

zentrum

Im Gegensatz zu den ersten beiden Referenzgebäudemodellen G1 und G2 beträgt

hier die Höhe der Halle nur noch 7 m, weil sich keine Regalanlagen mehr in der Halle

befinden. Auch die Abmessungen der Halle haben sich im Vergleich zu G1 und G2

auf eine Länge von 64,1 m und eine Breite von 25,4 m reduziert. Die 16 Verladetore

befinden sich an der Südseite der Halle. An der Ost- und Westseite befindet sich je-

weils ein ebenerdiges Tor. An der Nordfassade schließen sowohl das automatische


143

HRL als auch das AKL an. Das HRL von G2 wird übernommen. Das hinzugefügte

AKL besitzt eine Länge von 59,2 m, eine Breite von 24,6 m und ist 14 m hoch. Es

beinhaltet sechs Gassen mit sechs RBG. Auf 33 Ebenen bietet das AKL Platz für

83.160 KLT (Behälter). Die Systemleistung des AKL beträgt 400 DS in der Stunde

zur Ein- und Auslagerung der Behälter für die Kommissionierung.

In der Halle, wie die Innenansicht von G3 in Abbildung 6-12 zeigt, befindet sich die

WzP-Kommissionierung. Die stündliche Leistung, die an den sechs Kommissio-

nierstationen erbracht wird, beträgt 160 Paletten. Mittels Hochhubwagen werden die

kommissionierten Paletten von Mitarbeitern zur vollautomatischen Haubenstretchan-

lage gefahren und anschließend mit Deichselhubwagen im Warenausgang in die Lkw

geladen. Im Bereich des Wareneingangs transportieren autonome Deichselhubwa-

gen die entladenen und bereitgestellten Paletten zum HRL zur Einlagerung oder zur

Depalettierung. An der Depalettierstation werden die Paletten automatisch mit einem

Roboter vereinzelt und die KLT mit Hilfe von fest installierter Fördertechnik zum Ein-

lagern ins AKL befördert.

Abbildung 6-12: Innenansicht des modellierten Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistik-

zentrum

Die modellierten Grundelemente mit ihren festgelegten spezifischen und technischen

Parametern für das Referenzgebäudemodell G3 für alle Temperaturniveaus sind in

Tabelle 6-11 dargestellt. Diese Parameter bilden die Grundlage für die Ermittlung des

Gesamtenergiebedarfs und die anschließende Energiebilanzierung des Grundmo-

dells von G3 für alle Temperaturniveaus.


144

Tabelle 6-11: Technische und spezifische Parameter des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung


Haupthalle HRL AKL

Gebäude

Länge [m] 64,1 84,8 59,2

Breite [m] 25,4 17,3 24,6

Grundfläche netto [m²] 1.646 1.488 1.456

Lichte Höhe [m] 7 32,5 14

Volumen [m³] 11.397 47.679 20.388

Anzahl Verladetore 16 - -

Anzahl Tore ebenerdig 2 - -

Be- und Entladungen Anzahl/h 16 - -

Anzahl Personen 16 - -

Intralogistik

Doppelspiele/h - 120 400

Kommissionierung Paletten/h 160 - -

Palettenstellplätze - 14.265 83.160

Regalgassen - 4 6

Regalebenen - 22 33

Automatische Regalbediengeräte - 4 6

Hochhubwagen 8 - -

Deichselhubwagen 9 - -

Haubenstretchanlage 1 - -

Depalettierroboter 1 - -

KLT-Rollenförderer [m] 99,6 - 58,8

GLT-Kettenförderer [m] 82,8 36 -

GLT-Rollenförderer [m] 46,2 16,6 -


Gebäudetechnik







Gebäudehülle




145









Anzahl Dachfenster Halle 22

Maße Dachfenster Halle LxB [m] 1,5x1

Anzahl Dachfenster HRL / AKL 5

Maße Dachfenster HRL LxB [m] 1,5x1


Verladetore Planenabdeckung

Außenluftvolumenstrom [m3/m2h] 17 °C/12 °C/6 °C 10 / 8,6 / 9,0

Bemessungswert q50 für Luftaustausch n50 bei Druckdifferenz von 50 Pa [m3/m2h]

8,2

Intralogistik

Fördern




Energiebedarf 𝑷 𝑭𝑭𝒁,𝑯𝒐𝒄𝒉𝒉𝒖𝒃𝒘𝒂𝒈𝒆𝒏 / ab Stromnetz [kW] 1.07 / 1.57

Betriebsweise GLT Ketten- und Rollenförderer kontinuierlich

Palettendurchsatz/a GLT Ketten- und Rollenförderer 483.840

Getriebe- /Motortyp GLT Ketten- und Rollenförderer Stirnrad/Asynchron 0,75 kW

Ansteuerung GLT-Rollenförderer Frequenzumrichter

Ansteuerung GLT-Kettenförderer Schaltschütz

Antriebsart KLT-Rollenförderer dezentral, 24 V alle 0,8 m

Energiebedarf für Zyklus A vom KLT-Rollenförder [kWh] 0,008

Zyklusausprägung 𝒎𝑨 KLT-Rollenförder 10 KLT für 32 m

Zyklushäufigkeit 𝒎𝑨𝑲𝑳 von 𝒎𝑨 [KLT/h] 40

Zyklushäufigkeit 𝒎𝑯𝒂𝒍𝒍𝒆 von 𝒎𝑨 [KLT/h] 31,5

Lagern

Grundlast HRL-RBG 𝑷𝑮𝑳 [W] 3.000

Mittlerer Energiebedarf pro Doppelspiel HRL-RBG �̅�𝑫𝑺 [kWh] 0,4574

Grundlast AKL-RBG 𝑷𝑮𝑳 [W] 1.100

Mittlerer Energiebedarf pro Doppelspiel AKL-RBG �̅�𝑫𝑺 [kWh] 0,0331





146


Energiebedarf 𝑷 𝑭𝑭𝒁,𝑫𝒆𝒊𝒄𝒉𝒔𝒆𝒍𝒉𝒖𝒃𝒘𝒂𝒈𝒆𝒏 / ab Stromnetz [kW 0.36 / 0.41

Handhaben

Depalettierroboter Anzahl [KLT/a] 𝒏𝑳𝒐𝒈,𝑯𝒆𝒃𝒆,𝑹𝒐𝒃𝒊,𝒂 1.162.200

Produktivzeit 𝒕𝑳𝒐𝒈,𝑯𝒆𝒃𝒆,𝑹𝒐𝒃𝒊,𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒌𝒕𝒊𝒗𝒛𝒆𝒊𝒕 [h/a] 1.792

Wartezeit >20 s 𝒕𝑳𝒐𝒈,𝑯𝒆𝒃𝒆,𝑹𝒐𝒃𝒊,𝑾𝒂𝒓𝒕𝒆𝒏>𝟐𝟎𝒔 [h/a] 2.240

Wartezeit Stand-by 𝒕𝑳𝒐𝒈,𝑯𝒆𝒃𝒆,𝑹𝒐𝒃𝒊,𝑾𝒂𝒓𝒕𝒆𝒏_𝑺𝒕𝒂𝒏𝒅_𝒃𝒚 [h/a] 4.728

Energiebedarf 𝑷𝑳𝒐𝒈,𝑯𝒆𝒃𝒆,𝑹𝒐𝒃𝒊,𝑷𝒓𝒐𝒅𝒖𝒌𝒕𝒊𝒗𝒛𝒆𝒊𝒕 [kWh] 2,5

Energiebedarf 𝑷𝑳𝒐𝒈,𝑯𝒆𝒃𝒆,𝑹𝒐𝒃𝒊,𝑾𝒂𝒓𝒕𝒆𝒏>𝟐𝟎𝒔𝒕 [kWh] 0,22

Energiebedarf 𝑷𝑳𝒐𝒈,𝑯𝒆𝒃𝒆,𝑹𝒐𝒃𝒊,𝑾𝒂𝒓𝒕𝒆𝒏_𝑺𝒕𝒂𝒏𝒅_𝒃𝒚 [kWh] 0,14

Verpacken

Haubenstretchanlage Anzahl [Paletten/h] 𝒏𝑳𝒐𝒈,𝑽𝑷𝑴,𝑯𝒂𝒖𝒃𝒊,𝒂 654.120

Energiebedarf je verpackte Palette 𝑷𝑳𝒐𝒈,𝑽𝑷𝑴,𝑯𝒂𝒖𝒃𝒊 [kWh] 0,04

Die mit diesen definierten Parametern ermittelte Gesamtenergiebilanz für das

Grundmodell des Referenzgebäudes G3 ist für den Heizfall mit 17 °C in Abbildung

6-13 und mit 12 °C in Abbildung 6-14 dargestellt. Der Kühlfall mit max. 6 °C Innen-

raum-Solltemperatur ist in Abbildung 6-15 zu sehen.

Der Gesamtenergiebedarf von G3 mit 17 °C Innenraum-Solltemperatur sinkt margi-

nal im Vergleich zu G2 mit 17 °C, weil sich der Gasenergiebedarf wegen des kleine-

ren, zu konditionierenden Raumvolumens der Halle von G3 um fast ein Drittel redu-

ziert. Dafür steigt der Strombedarf von G3 im Vergleich zu G2 mit 17 °C um fast ein

Viertel wegen des hinzugekommenen AKL und der zusätzlich installierten Material-

flusstechnik in der Halle für die WzP-Kommissionierung. Damit ändert sich im Ver-

gleich zu G1 das Verhältnis vom Energiebedarf für das Gebäude und zum Energie-

bedarf der Intralogistik gravierend, sodass bei G3 mit 17 °C die Intralogistik und nicht

mehr die Gebäudetechnik unter Einfluss der Gebäudehülle die meiste Energie für

den Betrieb des Logistikzentrums benötigt. Insbesondere die Beleuchtung hat in der

wesentlich kleineren Halle von G3 neben der Intralogistik im HRL, AKL und in der

Halle fast keinen Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf. Größter Energieverbrau-

cher im Gesamtsystem von G3 sind die RBG des HRL, gefolgt vom Heizsystem und

den RBG im AKL. Im HRL als auch AKL ist der Einfluss der GLT- und KLT-

Fördertechnik im Verhältnis zu den RBG auf den Gesamtenergiebedarf gering. Dies

gilt auch für die Förder-, Handhabungs- und Verpackungstechnik in der Halle. Hier ist

lediglich in der Halle von G3 mit 17 °C, wie schon bei G1, der Heizwärmebedarf der

Gebäudetechnik höher als der Strombedarf der Intralogistik. Wie bereits bei der

Energiebilanzierung der Grundmodelle von G1 und G2 aufgezeigt, wird auch bei G3

die Abwärme der Intralogistik jeweils als Wärmequelle in den Gebäudezonen des

HRL, AKL als auch der Halle mit bilanziert. Damit sinkt auch bei G3 der Heizwärme-

bedarf in der Halle als auch für die Frostschutzanlage des HRL und AKL.


147

Abbildung 6-13: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzen-


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Abbildung 6-14: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzen-


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Abbildung 6-15: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: für den Kühlfall 6 °C für alle

bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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150

Vor allem im HRL wird der Wärmebedarf für den Frostschutz der Sprinkleranlage fast

zur Hälfte durch die Abwärme der Förder- und Lagertechnik gedeckt. Gleiches gilt für

das AKL, wobei in diesem Fall die Umgebungs- und Lüftungswärme über die große

Hüllfläche des AKL fast zur Hälfte den Wärmebedarf für den Frostschutz natürlich

bereitstellt, sodass nur noch ein geringer Anteil vom Heizsystem erzeugt werden

muss.

Gleiches Verhalten zeigt das Grundmodell des Referenzgebäudes G3 bei dem Tem-

peraturniveau 12 °C in Abbildung 6-14, nur dass der Gasbedarf zur Erzeugung und

Bereitstellung der Raumwärme im Vergleich zu 17 °C wesentlich geringer ist. Der

Einfluss einer Reduzierung der Innenraum-Solltemperatur hat damit fast ausschließ-

lich Einfluss auf den Energiebedarf der Halle, jedoch trotzdem einen hohen Einfluss

auf den Gesamtenergiebedarf.

Für den Kühlfall mit max. 6 °C Innenraum-Solltemperatur ist die Energiebilanz in Ab-

bildung 6-15 zu sehen. Der Kühlbedarf für G3 ist im Vergleich zu G2 und G1 gestie-

gen, obwohl das zu konditionierende Raumvolumen von G1 auf G2 bis G3 stetig re-

duziert wurde. So konnte zwar der Flächen- und Raumnutzungsgrad der Intralogistik

durch Automatisierung erhöht werden, jedoch sind damit auch die internen Lasten

durch höhere Abwärme der installierten Materialflusstechnik gestiegen.

Den höchsten Bedarf an Kühlleistung hat das HRL, zum einen wegen des größeren

Raumvolumens dieses Gebäudebereiches, zum anderen auf Grund der höheren

Abwärmelasten durch die Intralogistik in diesem Gebäudebereich (im Verhältnis zum

AKL und der Halle des Grundmodells von G3). So muss das Kühlsystem mehr als

ein Drittel der notwendigen Kühlleistung erbringen, um diese internen Lasten der In-

tralogistik im HRL zu kompensieren. Gleiche, aber weniger stark ausgeprägte Effekte

treten auch in der Halle und im AKL auf. Weiterhin bestehen neben der Abwärmelast

der Intralogistik solare Einträge in das Gesamtsystem über die Gebäudehülle, welche

vom Kühlsystem ausgeglichen werden müssen. Diese sind jedoch geringer als die

der natürlich eingetragenen Umgebungs- und Lüftungskälte, welche einen positiven

Beitrag zur Reduzierung des Prozesskältebedarfs haben. Auch im Kühlfall des Refe-

renzgebäudes im Grundmodell von G3 weist das HRL mit seinen RBG den meisten

Energiebedarf am Gesamtenergiebedarf auf. Das Kältesystem stellt den zweitgröß-

ten Bedarf an Energie.

Mit den erstellten drei Referenzgebäudemodellen G1 bis G3 wurde die Energiebe-

darfsstruktur von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren untersucht. Weiterhin

wurde die Gesamtenergiebilanz je Untersuchungsmodell als Referenz für die folgen-

den Untersuchungen der Auswirkungen von Planungsalternativen auf den Gesam-

tenergiebedarf ermittelt.

151

7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren

Mit der Modellbestätigung des integrierten Modells und den modellierten Referenz-

gebäuden können die Versuche zur Analyse der Auswirkungen von Planungsalterna-

tiven für die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle auf den Gesamtener-

giebedarf durchgeführt werden. Grundlage für die Versuche sind die erstellten Ener-

giebilanzen, die mit dem ermittelten Gesamtenergiebedarf der Grundmodelle als Re-

ferenz zur Untersuchung der Auswirkungen von Planungsalternativen dienen. Dazu

werden Parameterstudien mit Planungsalternativen für die Bereiche der Intralogistik,

Gebäudetechnik und -hülle durchgeführt. Im Rahmen dieser Parameterstudien wer-

den zunächst für die modellierten Grundelemente der Grundmodelle je Bereich für

alle Klassen Technologierecherchen durchgeführt, um energieeffiziente Planungsal-

ternativen für die Grundelemente festzulegen. Mit den recherchierten und ausge-

wählten Planungsalternativen werden die im Grundmodell enthaltenen Grundelemen-

te dann jeweils einzeln ersetzt und der Gesamtenergiebedarf neu berechnet, um die

Höhe der Auswirkungen dieser Planungsalternative auf den Gesamtenergiebedarf

aufzuzeigen. Mit den berechneten positiven oder negativen Einflüssen auf den Ener-

giebedarf und der Höhe der Einflüsse werden die Planungsalternativen auf ihre öko-

logischen und ökonomischen Vorteile untersucht. Betreffend die ökologischen As-

pekte werden die CO2-Einsparpotentziale in der Nutzungsphase je Planungsalterna-

tive ermittelt. Bei der ökonomischen Bewertung werden die Amortisationszeiten der

Planungsalternativen statisch ermittelt, indem die Energiekosteneinsparungen mit

den Anschaffungskosten ins Verhältnis gesetzt werden. Um weitere Einflüsse zur

Reduzierung der CO2-Emissionen von Logistikzentren zu untersuchen, wird zusätz-

lich der Einsatz regenerativer Energien experimentell anhand der Referenzgebäu-

demodelle im Bereich der Gebäudetechnik geprüft. Die Ergebnisse dieses Kapitels

basieren auf den Erstveröffentlichungen [Gün-2014, Fre-2016a].

7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik

Im Folgenden werden Parameterstudien zur Untersuchung der Auswirkungen von

Planungsalternativen für die im Grundmodell der drei Referenzgebäude modellierten

Grundelemente je Klasse für den Bereich Intralogistik durchgeführt. Abbildung 7-1

zeigt die modellierten und in Kapitel 5.2.2 identifizierten Grundelemente, die je Refe-

renzgebäudemodell analysiert werden sowie die untersuchten Planungsalternativen.

Im Rahmen der Parameterstudien werden auch die Wechselwirkungen der Pla-


152

nungsalternativen zu weiteren Grundelementen anderer Bereiche berücksichtigt. Für

die Versuche mit Hilfe der Parameterstudien im Bereich der Intralogistik wird verein-

fachend angenommen, dass die Temperaturniveaus von 17 °C, 12 °C und 6 °C je

Referenzgebäudemodell keinen Einfluss auf den Energiebedarf der Intralogistik ha-

ben, weil ein Einfluss der Umgebungstemperatur auf den Energiebedarf der Material-

flusstechnik in der Regel erst bei Minusgraden auftritt.

Abbildung 7-1: Grundelemente und Planungsalternativen je Klasse des Bereichs Intralogistik zur

Durchführung der Parameterstudien je Referenzgebäudemodell

7.1.1 Fördern

In der Klasse Fördern werden die Grundelemente Hubwagen und GLT-Förderer un-

tersucht und die Auswirkung der Variation dieser Grundelemente durch Austausch

durch eine energieeffiziente Planungsalternative auf den Gesamtenergiebedarf des

betrachteten Referenzgebäudemodells ermittelt. Im Anschluss erfolgt die ökologi-

sche und ökonomische Bewertung je untersuchter Planungsalternative für die be-

trachteten Grundelemente.

Hubwagen

Durch Planungsalternativen ersetzt wird das modellierte Grundelement Hubwagen

als Niederhubwagen (NHW_GM) im Grundmodell von G1, der Hochhubwagen

(HHW_GM) im Grundmodell von G2 und der Deichselhubwagen (DHW_GM) im

Grundmodell von G3 (vgl. Abbildung 7-1). Die zu erbringende Logistikleistung der

unterschiedlichen Hubwagenarten ist in allen Referenzgebäudemodellen stets das

Fördern der Güter bei der Be- und Entladung von 16 Lkw/h im Warenausgang und

Wareneingang.

Intralogistik

Materialflusslayout

Mat.fluss.-technik

Fördern

Hub-wagen

GLT -Förderer

KLT -Förderer

Gebäudehülle

Lagern

Autom. HRL

AKLmanuelles Lager


Komm.-system

Sortier-system

Handhaben

Hebe-zeuge

Palettier-roboter

Verpacken

Lade-sicherung

Ver-packung

eneff. Batterieladung

eneff. Betriebsmodus

eneff. Antriebssystem

eneff. Planungsalternativen

Energie-rekuperation

eneff. Lagerstrategien



Eneff. Antriebssystem


eneff. Betriebsweise




eneff. Betriebsweise

eneff. Betriebs-strategien

eneff. = energieeffizient


153

Die Technologierecherche zu energieeffizienten und CO2-armen Planungsalternati-

ven ergibt drei mögliche Maßnahmen für diese Art FFZ, mit denen sich der Energie-

bedarf und die CO2-Emissionen senken lassen können. Als technologische Möglich-

keiten bestehen auf der Komponenten- und Antriebsebene zum einen der Einsatz

von alternativen Antriebs- bzw. Speichertechnologien und zum anderen der Einsatz

von energieeffizienten Batterieladetechnologien.

Zu den alternativen Antriebs- und Speichertechnologien gehören die Wasserstoff-

Brennstoffzellen-Technologie (H2BZ-Technologie) mit einem Brennstoffzellen-

Antrieb und das Lithium-Ionen-Energiesysteme mit einer Lithium-Ionen-Batterie als

Ersatz zu der üblichen Blei-Säure-Batterie (PzS), die als Standard in den Grundmo-

dellen angenommen ist. Als Vorteile der Brennstoffzelle für FFZ im innerbetrieblichen

Einsatz gelten insbesondere kurze Betankungszeiten mit Wasserstoff und eine damit

einhergehende höhere Verfügbarkeit durch Vermeidung eines Batteriewechsels und

der Vorhaltung von Wechselbatterien und damit ein verbundener geringerer Flä-

chenbedarf sowie die Emissionsfreiheit. Diese Vorteile kompensieren die Nachteile

der Blei-Säure-Batterien, welche lange Ladezeiten benötigen [Mic-2014]. Zu den

Nachteilen der Brennstoffzelle für FFZ zählen die deutlich höheren Investitionen und

Wartungskosten der Brennstoffzellen und der gesamten Wasserstoffinfrastruktur,

sodass sich bisher der Einsatz erst ab einer Flottengröße von 50 FFZ im Drei-

Schicht-Betrieb lohnt [War-2016]. Hier besteht noch Forschungsbedarf, um einen

wirtschaftlichen Einsatz im Langzeitbetrieb auch für kleinere Flotten zu ermöglichen

[Gün-2015b, S. 162]. Erste Erkenntnisse und Empfehlungen liefert der Leitfaden für

den Einsatz von wasserstoffbetriebenen Flurförderzeugen [Gün-2015a], welcher im

Forschungsprojekt ‚H2IntraDrive‘ [Gün-2015b] entwickelt wurde. Weil insbesondere

aufgrund der notwendigen Wasserstoffinfrastruktur der Einsatz erst ab einer großen

FFZ-Flotte ökonomisch wird, wird die H2BZ-Technologie für FFZ-Arten zum Fördern

von Lagergütern in Logistikzentren im Folgenden nicht als Planungsalternative unter-

sucht. Das Lithium-Ionen-Energiesystem bietet, im Vergleich zu einem Betrieb mit

PzS-Batterien, ähnliche Vorteile wie die H2BZ-Technologie und wird als Planungsal-

ternative für den Deichselhubwagen im vollautomatischen Logistikzentrum unter-

sucht. Größte Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien sind die hohe Energiedichte und

der höhere Entladegrad, durch den sich insbesondere wirtschaftliche Vorteile durch

geringere Energiekosten aufgrund eines höheren Gesamtwirkungsgrades und gerin-

geren Energieverlusten sowie durch eine längere Lebensdauer von Lithium-Ionen-

Batterien ergeben [War-2016]. Weiterhin sind Zwischenladungen von Lithium-Ionen-

Batterien möglich, welche sich sogar positiv auf die Batterie auswirken. Außerdem

sind Lithium-Ionen-Batterien ebenfalls frei von Emissionen, somit ist kein säurefester

Boden als auch keine Lüftung an den Batterieladestationen notwendig [BGHW-2010,

Gau-2013].


154

Als Batterieladetechnologien bieten energieeffiziente HF-Ladegeräte mit mikropro-

zessorgesteuerten Geräten und komplexen Ladealgorithmen im Vergleich zur übli-

chen 50-Herz-Transformator-Ladegeräten mit ungeregeltem Ladeprozess und nor-

malen HF-Ladegeräten mit geregeltem Ladeprozess den Vorteil, dass eine Überla-

dung der Batterie, welche zu hohen Energieverlusten und einer schädliche Erwär-

mung der Batterie führt, bis auf ein Minimum reduziert wird [Fro-2016]. Somit erzielen

energieeffiziente HF-Ladegeräte einen wesentlich höheren Gesamtwirkungsgrad,

von der Steckdose über den Gerätewirkungsgrad und den Ladewirkungsgrad, von

84 % [Fro-2016]. Die normalen HF-Ladegeräte erreichen einen Gesamtwirkungsgrad

von 68 % [Fro-2013]. Als Planungsalternative wird die energieeffiziente HF-

Batterieladetechnologie, im Vergleich zur HF-Technologie, für alle Hubwagenarten

der Klasse Fördern untersucht. Aus den organisatorischen Möglichkeiten auf der

Handlungsebene der innerbetrieblichen Abläufe und Prozesse wird als energieeffizi-

ente Planungsalternative ein energieeffizienter Betriebsmodus der Hubwagen unter-

sucht. Hiermit können nach Herstellerangaben durch Optimierung der Fahrwege und

Vermeidung von Transportwegen, Rekuperation der Bremsenergie im Zwischenspei-

cher, automatisches Abschalten nicht benötigter Nebenverbraucher und einer Kenn-

linienoptimierung des Antriebs bis zu 20 % Energie am Hubwagen eingespart wer-

den [Wru-2011].

Tabelle 7-1 zeigt die Planungsalternativen für das Grundelement Hubwagen der

Klasse Fördern mit den untersuchten Varianten und ihren technischen Parametern

zur Energieermittlung und Berechnung der Auswirkungen auf den Gesamtenergie-

bedarf je Referenzgebäudemodell. Im Grundmodell des Referenzgebäude G1 wird

das Grundelement Niederhubwagen NHW_GM jeweils durch die Planungsalternative

NHW_V1 mit energieeffizienter Batterie-Ladetechnik und NHW_V2 mit energieeffizi-

enter Batterie-Ladetechnik und einem energieeffizienten Betriebsmodus der Hubwa-

gen ersetzt. Analoges Vorgehen erfolgt bei der Untersuchung des Hochhubwagens

am Grundmodell G2, indem HHW_GM des Grundmodells durch HHW_V1 und

HHW_V2 ersetzt wird. Mit dem Deichselhubwagen im Grundmodell G3 wird das Li-

thium-Ionen-Energiesystem untersucht. Dafür wird als Planungsalternative die Vari-

ante DHW_LiFe erstellt. Hier wird die verwendete PzS-Batterie des Grundelements

DHW_GM im Grundmodell durch einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LiFe-

PO4-Akkumulator) ersetzt, welcher mit energieeffizienter HF-Technologie beladen

wird. Für alle Planungsalternativen der Variante V2 wird angenommen, dass durch-

schnittlich 15 % der Energie am Stapler durch einen energieeffizienten Betriebsmo-

dus vermieden werden können. Entsprechend werden diese 15 % im Grundmodell

als auch in der Variante V1 als Verluste am Stapler bilanziert.

Die Energieberechnung mit dem entwickelten integrierten Modell zur Energieermitt-

lung von Logistikzentren für die Planungsalternativen der Hubwagen basiert auf Her-


155

stellerangaben zum Energieverbrauch [Sti-2013, Sti-2013a, Jun-2013b, Jun-2013a]

nach dem VDI-Zyklus [VDI-2198] sowie zu den Wirkungsgraden der Batteriebela-

dung [Gau-2013, Fro-2013]. Hierfür sind zur Energiebedarfsermittlung ab dem

Stromnetz neben den technischen Parametern der Hubwagen die jährlichen Be-

triebsstunden, die Anzahl der eingesetzten Hubwagen als auch die technischen Pa-

rameter der Batterieladung, dargestellt in Tabelle 7-1, zusätzlich relevant.

Tabelle 7-1: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement Hubwagen der Klasse Fördern

Niederhubwagen (G1)

Hochhubwagen (G2)

Deichselhubwagen (G3)

NHW_GM

NHW_V1

NHW_V2

HHW_ GM

HHW_ V1

HHW_ V2

DHW_ GM

DHW_ LiFe

Anzahl 6 6 6 8 8 8 6 6

Betriebsstunden [h/a] 4.032 4.032 4.032 4.032 4.032 4.032 4.032 4.032

Batterieart und -spannung [V/Ah]

PzS 24/450

PzS 24/450

PzS 24/450

PzS 24/450

PzS 24/450

PzS 24/450

PzS 24/150

LiFePO4

Ladetechnologie HF eneff. HF

eneff. HF

HF eneff. HF

eneff. HF

HF HF

Wirkungsgrad Batterie+Ladegerät

68 % 84 % 84 % 68 % 84 % 84 % 84 % 88 %

Verluste/Vermeidung am FFZ

15 %/0 15 %/0 0/15 % 15 %/0 15 %/0 0/15 % 15 %/0 15 %/0

Energiebedarf FFZ / ab Stromnetz [kWh/h]

1,05 / 1,54

1,05 / 1,25

0,89 / 1,09

1,2 / 1,76

1,2 / 1,43

1,2 / 1,25

0,36 / 0,41

0,21 / 0,24

∑ Energiebedarf ab Strom-netz [kWh/a]

37.355 30.240 26.430 56.922 46.080 40.274 9.897 3.849

Abbildung 7-2 zeigt die Auswirkungen der Variation des Grundelements Niederhub-

wagen NHW_GM durch Einsatz der Planungsalternativen NHW_V1 und NHW_V2

auf den Gesamtenergiebedarf von 2.014.455 kWh/a des Referenzgebäudemodells

G1. Das Grundmodell von G1 stellt mit seinem jährlichen Gesamtenergiebedarf die

Referenz dar, sodass in Abbildung 7-2 jeweils die Höhe des Einflusses der Pla-

nungsalternativen aufgezeigt ist. Die Variante NHW_V1 mit energieeffizienter HF-

Ladetechnologie für die FZZ kann zur Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs von

G1 in Höhe von 0,4 % beitragen, NHW_V2 mit einem zusätzlichen energieeffizienten

Betriebsmodus der FFZ zu einer Reduzierung von 0,5 %. Hier ist bei G1 das

Stromeinsparpotenzial der Intralogistik grundsätzlich gering, weil der Gesamtener-

giebedarf sich zu über 75 % aus dem Gasbedarf für die Wärmebereitstellung zu-

sammensetzt (vgl. Abbildung 6-3). In Summe haben die Planungsalternativen für

FFZ wenig Auswirkung auf den Gesamtenergiebedarf von G1. Gleiches Verhalten

zeigt sich für G2 in Abbildung 7-3 und für G3 in Abbildung 7-4. Im Grundmodell von

G2 mit dem Gesamtenergiebedarf von 1.995.056 kWh/a liegen die Auswirkungen für

HHW_V1 bei 0,5 % und für HHW_V2 bei 0,8 % Einsparungen. Im Grundmodell von

Intralogistik

Fördern

Hub-wagem

GLT -Förderer

KLT -Förderer

Gebäudehülle

Planungsalternativen Vxeneff. Batterieladung



156

G3 führt die Planungsalternative DHW_LiFe lediglich zu einer Reduzierung des Ge-

samtenergiebedarfs von 1.953.635 kWh/a um 0,3 %, weil der Anteil des Grundele-

ments Deichselhubwagen im Grundmodell am Gesamtenergiebedarf ebenfalls einen

geringen Anteil besitzt. Bei separater Betrachtung des Grundelements DHW_GM

können jedoch über 60 % des Energiebedarfs durch die Planungsalternative

DHW_LiFe mit LiFePO4-Akkumulatoren eingespart werden.

Abbildung 7-2: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C

durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern

Abbildung 7-3: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,

17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern

Abbildung 7-4: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,


In allen drei Referenzgebäudemodellen ist der Anteil der FFZ am Gesamtenergiebe-

darf gering, dieser würde jedoch mit mehr Fahrzeugen im System entsprechend stei-

gen. Der Gesamtenergiebedarf in kWh/a aller Grundmodelle ist ähnlich hoch, jedoch

ist die Verteilung des Energiebedarfs je Energieträger unterschiedlich, wie die Ener-

giebilanzen der Grundmodelle in Kapitel 6 für die Referenzgebäude für die unter-

schiedlichen Arten von Logistikzentren zeigen. So bedarf das Grundmodell G1 größ-

tenteils Gas zur Wärmeerzeugung, wohingegen die Grundmodelle von G2 und G3

mehr Strom für die Intralogistik und weniger Gas zur Konditionierung eines geringe-

ren Raumvolumens benötigen.

Bei Betrachtung der CO2-Emissionen für die ökologische Bewertung der Planungsal-

ternativen für das Grundelement FFZ spiegelt sich die Verteilung und Menge des

-10.926 (-0,5%)

-7.115 (-0,4%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Energiebedarf - G1 17 C Intralogistik Fördern FFZ Niederhubwagen

NHW_V1

NHW_V2

Grundmodell2.014.455

-16.648 (-0,8%)

-10.842 (-0,5%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Energiebedarf - G2 17 C Intralogistik Fördern FFZ Hochhubwagen

HHW_V1

HHW_V2


-6.048 (-0,3%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

DHW_LiFeGrundmodell

1.953.635

Energiebedarf – G3 17°C Intralogistik Fördern FFZ Deichselhubwagen


157

Energiebedarfs je Energieträger in den von den Referenzgebäuden verursachten

CO2-Emissionen wider. So steigen auf Grund des höheren Emissionsfaktors für

Strom die gesamten CO2-Emissionen bei G2 und G3 ausgehend von G1 wesentlich

an. Die Auswirkungen der Planungsalternativen für das Grundelement FFZ zum För-

dern der Lagergüter in den Logistikzentren sind in Abbildung 7-5 bis Abbildung 7-7

für G1 bis G3 dargestellt. Auch hier liegt der Einfluss der Varianten der Planungsal-

ternativen in allen Fällen unter 2 %. Trotzdem führen die Planungsalternativen in al-

len Grundmodellen zu Einsparungen an CO2-Emissionen im Grundmodell und damit

zu ökologischen Vorteilen.

Abbildung 7-5: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch

Variation Hubwagen der Klasse Fördern

Abbildung 7-6: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,


Abbildung 7-7: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C

durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern

Die ökonomischen Auswirkungen der Planungsalternativen für FFZ sind in Abbildung

7-8 bis Abbildung 7-10 dargestellt. Links in den Abbildungen sind jeweils die zusätzli-

chen Investitionen ausgehend vom Grundelement FFZ in Euro abgebildet. Betrachtet

werden jeweils nur die Anschaffungskosten für das Ladegerät und die Batterien für

die FFZ für die Varianten V1 und V2 der Planungsalternativen in allen drei Gebäu-

demodellen als Referenz für die Höhe der Auswirkungen auf die Investitionen. Mögli-

che zusätzliche Investitionen für die Ausstattung der FFZ mit einem energieeffizien-

ten Betriebsmodus oder Energierückspeiseeinheiten können aufgrund nicht bereitge-

stellter Preise seitens Hersteller nicht untersucht werden. Auch sind Kostenreduzie-

-7.462 (-1,1%)

-4.860 (-0,7%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

NHW_V1

NHW_V2

Grundmodell659.885

CO2-Emissionen - G1 17°C Intralogistik Fördern FFZ Niederhubwagen

-11.371 (-1,2%)

-7.405 (-0,8%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

HHW_V1

HHW_V2

Grundmodell956.583

CO2-Emissionen – G2 17°C Intralogistik Fördern FFZ Hochhubwagen

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

DHW_LiFe Grundmodell1.061.753

-4.131 (-0,4%)

CO2-Emissionen - G3 17°C Intralogistik Fördern FFZ Deichselhubwagen


158

rungseffekte wie geringerer Verschleiß und Erhöhung der Batterielebensdauer nicht

in der ökonomischen Bewertung der Varianten berücksichtigt, weil diese schwer zu

quantifizieren sind und dafür eine Lebenszykluskostenbetrachtung notwendig wird.

Daher werden für die Varianten V2 die gleichen Investitionen angenommen wie für

die Varianten V1. Rechts sind in den Abbildungen die jährlichen Kosteneinsparungen

für Energie aufgrund der Effizienzsteigerungen in Euro pro Jahr für die Varianten

ausgehend von den gesamten Energiekosten für das Grundmodell der Referenzge-

bäude dargestellt. Im Grundmodell von G1 und G2 betragen die zusätzlichen Investi-

tionen für die Planungsalternativen V1 und V2 mit energieeffizienten Batterieladege-

räten 12,6 %. Die Einsparungen an den jährlichen gesamten Energiekosten der

Grundmodelle belaufen sich für die Varianten V1 in G1 und G2 auf 0,8 %, für die Va-

rianten V2 auf 1,3 % in G1 und auf 1,2 % in G2. Damit amortisieren sich die zusätzli-

chen Investitionen in G1 für die Planungsalternative V1 nach 2,3 Jahren auf Grund

der jährlich eingesparten Energiekosten. In G2 rentiert sich die Planungsalternative

V1 schon nach 2 Jahren. Die ökonomischen Auswirkungen der Planungsalternative

DHW_LiFe für den Deichselhubwagen als Grundelement DHW_GM im Grundmodell

von G3 zeigt Abbildung 7-10.

Abbildung 7-8: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)

der Planungsalternativen für Hubwagen der Klasse Fördern von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C


der Planungsalternativen für Hubwagen der Klasse Fördern von G2: halbautomati-sches Logistikzentrum, 17 °C


der Planungsalternativen für Hubwagen der Klasse Fördern von G3: vollautomati-sches Logistikzentrum, 17 °C

1.933 (+12,6%)

1.933 (+12,6%)

-25.000 25.000

[€]

Grundelement15.360

-1.311 (-1,3%)

-854 (-0,8%)

-25.000 0 25.000

[€/a]

NHW_V1

NHW_V2

Grundmodell103.851

Investition und Energiekosten - G1 17°C Intralogistik Fördern FFZ Niederhubwagen

2.578 (+12,6%)

2.578 (+12,6%)

-25.000 0 25.000

[€]

Grundelement20.480

-1.998 (-1,2%)

-1.301 (-0,8%)

-25.000 0 25.000

[€/a]

HHW_V1

HHW_V2

Grundmodell161.212

Investition und Energiekosten - G2 17°C Intralogistik Fördern FFZ Hochhubwagen

13.546 (+178 %)

-25.000 0 25.000

[€]

Grundelement7.611

-726 (-0,4%)

-25.000 0 25.000

[€/a]

DHW_LiFe

Grundmodell181.943

Investition und Energiekosten - G3 17°C Intralogistik Fördern FFZ Deichselhubwagen


159

Links dargestellt sind die zusätzlichen Investitionen für die LiFePO4-Akkumulatoren

sowie drei weitere Wechselbatterien inkl. Ladegeräte im Vergleich zur Standardaus-

führung im Grundmodell. Für die Planungsalternative DHW_LiFe steigen die An-

schaffungskosten um 178 %, denn LiFePO4-Akkumulatoren kosten in etwa das Vier-

fache als übliche PzS-Batterien. Die Kosteneinsparungen, dargestellt rechts, an den

gesamten jährlichen Energiekosten für G3 belaufen sich auf 0,4 %, sodass sich eine

Amortisationszeit für die Planungsalternative von über 15 Jahren ergibt. Damit müs-

sen für eine Bewertung des Lithium-Ionen-Energiesystems für FFZ als Planungsal-

ternative auch die weiteren und eingangs beschriebenen Vorteile bei einer ökonomi-

schen und ökologischen Bewertung betrachtet werden.

Die Planungsalternativen für die FFZ-Art der Hubwagen zeigen für die Referenzge-

bäude mit den weiteren Temperaturniveaus von 12 °C und 6 °C gleiche Auswirkun-

gen auf. Damit kann auf Grundlage der Untersuchungen für das Grundelement Hub-

wagen als eine FFZ-Art der Klasse Fördern der Einsatz der energieeffizienten Batte-

rieladetechnologie empfohlen werden, denn die zusätzlichen Investitionen amortisie-

ren sich im Zweischicht-Betrieb schon nach weniger als drei Jahren bei den Grund-

modellen. Auch ein energieeffizienter Betriebsmodus der Hubwagen führt zur Redu-

zierung des Energiebedarfs. Die Wirtschaftlichkeit dieser Planungsalternative muss

jedoch in der Planung nachgewiesen werden, weil die Energieeinsparungen im Ver-

gleich zu energieeffizienten Batterien für die Hubwagen der Grundmodelle wesentli-

cher geringer ausfallen. So müssen auch bei der ökonomischen Bewertung des Ein-

satzes von Lithium-Ionen-Batterien als Planungsalternative für Hubwagen weitere

Vorteile, wie längere Lebensdauer, mitbetrachtet werden, wenn eine wirtschaftliche

Lösung angestrebt wird. Alleine auf Basis von energetischen Aspekten sind Lithium-

Ionen-Batterien aufgrund ihrer hohen Anschaffungskosten bisher nicht rentabel.

GLT-Fördertechnik

Das Grundelement GLT-Fördertechnik wird in den Referenzgebäudemodellen G2

und G3 jeweils als System aus Rollen- und Kettenförderern betrachtet. Als Pla-

nungsalternative für die in den Grundmodellen als kontinuierlich laufende GLT-

Fördertechnik wird die Variante V1 mit einem intermittierenden Betriebsmodus der

Ketten- und Rollenförderer, indem Leerlaufzeiten durch Blockbildung reduziert wer-

den und Anlagenteile bei Nichtinanspruchnahme abgeschaltet werden, untersucht.

Die technischen Parameter für das Grundelement RF_KF_GM sowie für die Variante

RF_KF_V1 in den Grundmodellen von G2 und G3 sind in Tabelle 7-2 wiedergeben.

Die Auswirkungen dieser Planungsalternative auf den Gesamtenergiebedarf der

Grundmodelle von G2 und G3 sind in Abbildung 7-11 und Abbildung 7-12 dargestellt.


160

Tabelle 7-2: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement GLT-Förderer der Klasse Fördern

Ketten- und Rollenförderer (G2)

Ketten- und Rollenförderer (G3)

RF_KF_GM RF_KF_V1 RF_KF_GM RF_KF_V1

Steuerung Kontinuierlich Intermittierend Kontinuierlich Intermittierend

Getriebe-/Motortyp Stirnrad/Asynchron 0,75 kW

Stirnrad/Asynchron 0,75 kW



Ansteuerung FU Schalt-schütz

FU Schalt-schütz

FU Schalt-schütz

FU Schalt-schütz

Gesamtlänge [m] 105 90 105 90 63 118 63 118

Fördereinheiten [Pal/a] 423.360 423.360 483.840 483.840

Mittleres Pal. Gewicht [kg] 500 500 376 376

∑ Energiebedarf [kWh/a] 64.170 18.394 62.678 7.680

Hier können mit einem intermittierenden Betriebsmodus der Ketten- und Rollenförde-

rer der Planungsalternative RF_KF_V1 bei G2 2,3 % und bei G3 2,8 % des Gesam-

tenergiebedarfs eingespart werden. Ähnlich fallen anteilsmäßig die Auswirkungen auf

den Energiebedarf dieser Planungsalternative auf den Gesamtenergiebedarf für die

weiteren Temperaturniveaus der Referenzgebäudemodelle aus. Die Auswirkungen

sind im Vergleich zu den FFZ zum Fördern der Lagergüter etwas höher, im Verhält-

nis zum Gesamtenergiebedarf aber gering. Jedoch ergibt sich auch hier bei der Ein-

zelfallbetrachtung der Planungsalternative RF_KF_V1 mit einem intermittierenden

Betriebsmodus ein hohes Energieeffizienzpotenzial, denn durch diese Maßnahme

können 70 bis 85 % des Energiebedarfs für den Betrieb der Ketten- und Rollenför-

dertechnik im Untersuchungsfall eingespart werden.


17 °C durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern



Fördern

Hub-wagen

GLT -Förderer

KLT -Förderer

Gebäudehülle Betriebsmodus intermittierend

Planungsalternativen VxEneff. Antriebskonfig.

-45.777 (-2,3%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

RF_KF_V1Grundmodell

1.995.056

Energiebedarf – G2 17°C Intralogistik Fördern GLT-Fördertechnik

-54.998 (-2,8%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

RF_KF_V1Grundmodell

1.953.635

Energiebedarf – G3 17°C Intralogistik Fördern GLT-Fördertechnik


161

Bei Betrachtung der gesamten CO2-Emissionen für die ökologische Bewertung der

Planungsalternative RF_KF_V1 für das modellierte Grundelement Ketten- und Rol-

lenförderer RF_KF_GM der Referenzgebäude ergeben sich leicht höhere Einflüsse

auf die gesamten CO2-Emissionen als auf den Gesamtenergiebedarf. Im Gebäude-

modell G2 als Referenz für halbautomatische Logistikzentren können, wie in Abbil-

dung 7-13 dargestellt, 3,3 % der gesamten CO2-Emissionen in Höhe von 956.583 kg

im Jahr durch die Planungsalternative RF_KF_V1 eingespart werden und im Gebäu-

demodell G3 als Referenz für vollautomatische Logistikzentren 3,5 % der gesamten

jährlichen CO2-Emissionen des Grundmodells in Höhe von 1.061.753 kg.




durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern

Um energieeffiziente Betriebsstrategien, wie die Planungsalternative RF_KF_V1 mit

einem intermittierenden Betriebsmodus, umsetzen zu können, muss Sensortechnik

und eine Bereichssteuerung für die Fördertechnik vorhanden sein [Gün-2013b]. Dies

zieht Investitionen nach sich oder verursacht Kosten für zusätzlichen Programmier-

aufwand in der Steuerungsebene. Aufgrund nicht vorhandener Informationen können

die Investitionen für die Planungsalternative der GLT-Fördertechnik der Referenzge-

bäudemodelle für eine ökonomische Bewertung nicht quantifiziert werden. Hier gilt es

jedoch zu beachten, dass in der Planung neuer Logistikzentren diese Aspekte relativ

einfach berücksichtigt werden können. Damit stehen mögliche zusätzliche Investitio-

nen für Sensortechnik und Programmieraufwand den jährlichen Energiekostenein-

sparungen durch die Planungsalternative gegenüber.

Für die ökonomische und ökologische Bewertung gilt es nach Günthner und Habe-

nicht [Gün-2013b], in der Planung von GLT-Fördertechnik grundsätzlich zu berück-

sichtigen, dass der Energiebedarf von der zu erbringenden Logistikleistung und der

Anzahl der zu fördernden Einheiten sowie von den Betriebszeiten abhängig ist und

damit auch das Energieeinsparpotenzial und die Energiekosten. Weiterhin können

nach Günthner und Habenicht bei hohen Durchsätzen Rollenförderer durch ihre

-31.265 (-3,3%)

-450.000 -350.000 -250.000 -150.000 -50.000 50.000 150.000

[kg/a]

RF_KF_V1 Grundmodell956.583

CO2-Emissionen – G2 17°C Intralogistik Fördern GLT-Fördertechnik

-450.000 -350.000 -250.000 -150.000 -50.000 50.000 150.000

[kg/a]

RF_KF_V1 Grundmodell1.061.753

-37.563 (-3,5%)

CO2-Emissionen – G3 17°C Intralogistik Fördern GLT-Fördertechnik


162

energieintensiven Beschleunigungsvorgänge beim Starten und Stoppen mehr Ener-

gie im intermittierenden Betrieb verbrauchen als im kontinuierlichen. Dies muss bei

der Gestaltung energieeffizienter Systeme berücksichtigt werden. Zusätzlich ist auf

die richtige Auswahl geeigneter Komponenten zu achten, so ist der Einsatz von Fre-

quenzumrichtern zum Betreiben der Motoren in effizienteren Wirkungsgraden zu

empfehlen [Gün-2013b]. Auch ist der Rollenförderer dem Kettenförderer aus energe-

tischer Sicht aufgrund von geringeren Reibverlusten vorzuziehen [Muh-2011]. Zu

diesen technologischen Maßnahmen auf Anlagen- und Komponentenebene können

mit organisatorischen Maßnahmen zur Betriebssteuerung mit der Planungsalternati-

ve einer intermittierenden Betriebsweise der Ketten- und Rollenförderer zusätzliche

Maßnahmen, wie das Abschalten von Teilanlagen bei Nichtnutzung zur Verringerung

der Leerlaufzeiten oder die Bildung von Blöcken beim Transport zur Reduzierung der

Laufzeit, in der Planung ergriffen werden [Gün-2013b]. Damit ist auch die untersuch-

te Planungsalternative einer intermittierenden Betriebsweise für ähnliche Einsatzfälle

wie in den Grundmodellen für die GLT-Fördertechnik zu empfehlen.

KLT-Fördertechnik

Für die im Grundmodell des Referenzgebäudes modellierte KLT-Fördertechnik wer-

den keine Planungsalternativen untersucht, weil keine Angaben zu den Energiever-

lusten im Betrieb sowie zu Parametern für mögliche Planungsalternativen vorliegen.

Das Potenzial zur Energieeinsparung kann hier nicht berechnet werden. Unabhängig

davon würden die Auswirkungen der Planungsalternativen auf den Gesamtenergie-

bedarf gering ausfallen, denn die KLT-Fördertechnik als modelliertes Grundelement

im Grundmodell G3 besitzt einen geringeren Anteil am Gesamtenergiebedarf als die

GLT-Fördertechnik. In der Einzelfallbetrachtung der KLT-Fördertechnik bestehen

hingegen durch die Auswahl geeigneter Komponenten trotzdem Energieeinsparpo-

tenziale.

Mögliche Energieeffizienzmaßnahmen für KLT-Fördertechnik liegen auf der techni-

schen Komponentenebene in den Planungsalternativen unterschiedlicher Antriebsar-

ten und Motorvarianten. Braun et al. [Bra-2013, Bra-2014] haben hierzu in einer Stu-

die die 24-V-Antriebstechnik (dezentral) und die 400-V-Antriebstechnik (zentral) im

Bereich der Rollenfördertechnik für KLT untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass für

lange Förderstrecken der Einsatz von 400-V-Antriebstechnik wegen eines geringeren

Energiebedarfs geeigneter ist. Für kurze Förderstrecken mit Aussetzbetrieb oder mit

Stauaufgaben zeigt die 24-V-Antriebstechnik einen geringeren Energiebedarf. Daher

ist in der Planung und Gestaltung energieeffizienter Logistikzentren die Art der An-

triebstechnik für die KLT-Fördertechnik entsprechend dem geforderten Durchsatz

und der Transportaufgabe und -länge zu bestimmen. Betreffend die Motoren als Be-

standteil der Antriebstechnik von Rollenförderern für KLT haben Jodin et al. [Jod-


163

2013] mit einer Lebenszyklusanalyse zwei energieeffiziente Varianten für Getriebe-

motoren im Vergleich zur Standardausführung untersucht. Aus den durchgeführten

Berechnungen schließen die Autoren, dass die Motorvariante in der Standardausfüh-

rung bei Betrachtung der Lebenszykluskosten ökonomisch nicht empfehlenswert ist.

Trotz höherer Anschaffungskosten sind die Energiekosteneinsparungen, selbst im

Einschichtbetrieb, über die Lebensdauer der energieeffizienten Motorvarianten we-

sentlich höher.

7.1.2 Lagern

In der Klasse Lagern werden Planungsalternativen für die Grundelemente der manu-

ellen Lagerhaltung mittels Schubmaststapler sowie der automatischen Lagerung im

Hochregallager und Kleinteilelager mit RBG untersucht. Mit der Analyse der Auswir-

kungen auf den Gesamtenergiebedarf der Referenzgebäudemodelle erfolgt die öko-

logische und ökonomische Bewertung der mit Technologierecherchen identifizierten

energieeffizienten Planungsalternativen.

Manuelles Lager

Im Grundmodell der Referenzgebäude G1 und G2 erfolgt die Ein- / und Auslagerung

im manuell bedienten Palettenlager sowie der Nachschub im Kommissionierlager mit

Schubmaststaplern. Durch Planungsalternativen wird der Schubmaststapler des mo-

dellierten Grundelements manuelles Lager in beiden Gebäudemodellen variiert. In

Analogie zu den FFZ-Arten der Klasse Fördern in Kapitel 7.1.1 wird als erste Pla-

nungsalternative die Variante SMS_V1 mit energieeffizienter Batterieladetechnologie

für den Schubmaststaplers erstellt. Bei der zweiten Variante SMS_V2 wird zusätzlich

davon ausgegangen, dass am Schubmaststapler die Hubenergie rekuperiert wird.

Hierfür wird die Last und das Eigengewicht der Hubvorrichtung als Energiequelle ge-

nutzt. Herstellerangaben zufolge können bei Staplern durch das Nutzsenken bis zu

30 % der über die Hubarbeit eingebrachten Energie in die bereits vorhandene Batte-

rie oder andere Speicher beim Senken rückgespeist werden [Käs-2009]. Die techni-

schen Parameter für die Ermittlung der Auswirkungen der Planungsalternativen auf

den Gesamtenergiebedarf basieren auf Herstellerangaben aus technischen Daten-

blättern [Jun-2013, Fro-2013, Käs-2009] und sind in Tabelle 7-3 aufgezeigt.

Die Auswirkungen dieser Planungsalternativen für den Schubmaststapler des manu-

ellen Lagers auf den Gesamtenergiebedarf der Referenzgebäude G1 und G2 liegen

für die Variante SMS_V1 bei 1,6 % und für die Variante SMS_V2 bei 3,3 % Energie-

einsparungen bei einer Innenraumsolltemperatur von 17 °C, wie in Abbildung 7-15

und Abbildung 7-16 aufgezeigt.


164

Tabelle 7-3: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement manuelles Lager der Klasse Lagern

Schubmaststapler (G1)

Schubmaststapler (G2)

SMS_GM SMS_V2 SMS_V2 SMS_GM SMS_V1 SMS_V2

Anzahl 7 7 7 7 7 7

Betriebsstunden [h/a] 4.032 4.032 4.032 4.032 4.032 4.032


PzS 48/620 PzS 24/450 PzS 48/620 PzS 48/620 PzS 48/620 PzS 48/620

Ladetechnologie HF eneff. HF eneff. HF HF eneff. HF eneff. HF


68% 84 % 84 % 68% 84 % 84 %

Verluste/Rekuperation am Stapler

0/30 % 0/30 % 30 %/0 0/30 % 0/30 % 30 %/0

Energiebedarf Stapler / ab Stromnetz [kWh/h]

4 / 5,88 4 / 4,76 3,4 / 4,05 4 / 5,88 4 / 4,76 3,4 / 4,05


166.024 134.400 100.531 166.024 134.400 100.531

Aufgrund des größeren Einsparpotenzials durch Rückspeisung der Hubenergie beim

Ein- und Auslagern ist der Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf der Schub-

maststapler höher als der FFZ der Klasse Fördern. Der Einfluss der Varianten nimmt

entsprechend beim Temperaturniveau von 12 °C zu, weil der Gesamtenergiebedarf

durch einen gesunken Wärmeenergiebedarf abnimmt.


durch Variation manuelles Lager der Klasse Lagern


17 °C durch Variation manuelles Lager der Klasse Lagern

Abbildung 7-17 und Abbildung 7-18 zeigen die Auswirkungen der Planungsalternati-

ven für das Grundelement manuelles Lager auf die gesamten CO2-Emissionen des

Grundmodells von G1 und G2. Weil das Gebäude mit der Gebäudetechnik in G1 ei-

Lagern

Planungsalternativen VxAutom. HRL

AKLmanuelles Lager



-65.492 (3,3%)

-31.624 (-1,6%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

SMS_V1

SMS_V2


Energiebedarf – G1 17°C Intralogistik Lagern manuelles Lager

-65.492 (-3,3%)

-31.624 (-1,6%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

SMS_V1

SMS_V2


Energiebedarf – G2 17°C Intralogistik Lagern manuelles Lager


165

nen sehr hohen Anteil an den CO2-Emissionen hat, fallen die Einsparpotenziale der

energieeffizienten Planungsalternativen der Schubmaststapler mit 3,3 % für SMS_V1

und 6,8 % SMS_V2 gering aus. Gleiches gilt für die Auswirkungen in G2, nur dass

hier mit der Gebäudetechnik auch die Intralogistik aufgrund des erhöhten Automati-

sierungsgrades für den größten und gestiegenen Anteil an den gesamten CO2-

Emissionen des Referenzgebäudemodells verantwortlich ist.


Variation manuelles Lager der Klasse Lagern


17 °C durch manuelles Lager der Klasse Lagern

Die Betrachtung der Wirtschaftlichkeit in Abbildung 7-19 zeigt für das Referenzge-

bäude G1, dass die zusätzlichen Investitionen der Variante SMS_V1 für die energie-

effiziente HF-Batterie-Ladetechnologie 8,8 % mehr betragen, im Vergleich zur Stan-

dard HF-Technologie. Das entspricht für die in den Grundmodellen G1 und G2 mo-

dellierten sieben Schubmaststapler Mehrkosten von 3.150 Euro. Bei jährlichen Ein-

sparungen mit der Variante SMS_V1 von 3.795 Euro an den Energiekosten für den

Betrieb der Schubmaststapler amortisiert sich diese Planungsalternative folglich in

weniger als einem Jahr im Grundmodell von G1. Die jährlichen Energiekosteneinspa-

rungen an den gesamten Energiekosten des Referenzgebäudes G1 in Höhe von

jährlich 103.851 Euro betragen für SMS_V1 3,7 % und für SMS_2 7,6 %. Über die

zusätzlichen Investitionen für Energierückspeiseeinheiten und möglichen zusätzli-

chen Batterien für die Zwischenladung sind keine Angaben verfügbar. Weil das

Grundelement manuelles Lager und die zu erbringende Leistung in G1 gleich dem

modellierten manuellen Lager in G2 ist, verhalten sich die Investitionen und Energie-

kosteneinsparungen im Referenzgebäudemodell G2 gleich. Lediglich der Anteil der

Einsparungen an den gesamten Energiekosten für G2 sinkt, weil die jährlichen Ener-

giekosten von G2 mit 161.212 Euro höher sind als von G1.

-44.731 (-6,8%)

-21.599 (-3,3%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

SMS_V1

SMS_V2

Grundmodell659.885

CO2-Emissionen – G1 17°C Intralogistik Lagern manuelles Lager

-44.731 (-4,7%)

-21.599 (-2,3%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

SMS_V1

SMS_V2

Grundmodell956.582

CO2-Emissionen – G2 17°C Intralogistik Lagern manuelles Lager


166

Abbildung 7-19: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlich Energiekosteneinsparungen

(rechts) der Planungsalternativen für das Grundelement manuelles Lager der Klas-se Lagern von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C

Der Einsatz von energieeffizienter Batterieladetechnologie und Rückspeiseeinheiten

für Schubmaststapler bzw. für weitere FFZ-Arten zur Lagerbewirtschaftung von ma-

nuellen Lagern ist aufgrund der möglichen Energie- und CO2-Einsparpotenzialen zu

empfehlen. Mit diesen untersuchten technologischen Maßnahmen bestehen weitere

organisatorische Maßnahmen auf der Prozess- und Steuerungsebene, wie effiziente

Lagerstrategien mit ABC-Zonierungen zur Vermeidung von Transportwegen.

Automatisches Hochregallager und Kleinteilelager

Im Grundmodell des Referenzgebäudes G2 erfolgt die Bereitstellung der Paletten für

die PzW-Kommissionierung aus dem automatischen HRL, welches über Kettenförde-

rer mit dem manuellen Lager verbunden ist. Die Bereitstellung für die WzP-

Kommissionierung im Grundmodell des Referenzgebäudes G3 erfolgt für Paletten

ebenfalls aus einem automatischen HRL und für Behälter aus einem AKL. Die zu

erbringende Logistikleistung sowie technische Parameter zur Energieermittlung der

RBG der modellierten Grundelemente automatisches HRL und AKL sind für G2 und

G3 in Tabelle 7-4 zusammengefasst.

Zu den organisatorischen Maßnahmen als Planungsalternativen für das automati-

sche HRL und AKL zählen energieeffiziente Lagerbewirtschaftungsstrategien und

Verfahrstrategien für RBG [Ert-2014, Ert-2014a, Sie-2013b, Bra-2012]. Als Maßnah-

me ist zur Reduzierung des Energiebedarfs von RBG eine Zonierung der Lagerfläche

nach Zugriffshäufigkeit als Lagerbewirtschaftungsstrategie empfehlenswert. Die

Auswahl der richtigen Verfahrstrategie muss immer in Anhängigkeit von den Kriterien

Durchsatzanpassung, Lagertyp und Antriebskonfiguration der RBG erfolgen. Unab-

hängig von diesen Kriterien können durch eine Reduzierung der maximalen Fahrge-

schwindigkeit bei hubzeitkritischen Bewegungen weitere Energieeffizienzsteigerun-

gen ohne Durchsatzeinbußen erreicht werden [Gün-2013b, S. 104]. Technologische

Maßnahmen als Planungsalternativen zur traditionellen Lösung, überschüssige

Bremsenergie über einen Bremswiderstand abzuführen, bestehen auf der Kompo-

nentenebene mit einer Zwischenkreiskopplung oder Energierückspeiseeinheiten als

Antriebskonfigurationen für die RBG des HRL und AKL. Mit der Zwischenkreiskopp-

lung wird durch die zeitgleich mögliche Hub- und Fahrbewegung der RBG die frei-

3.150 (+8,8%)

3.150 (+8,8%)

-25.000 0 25.000

[€]

SMS_V1

SMS_V2

Grundelement35.602

-7.859 (-7,6%)

-3.795 (-3,7%)

-25.000 0 25.000

[€/a]

Grundmodell103.851

Investition und Energiekosten – G1 17°C Intralogistik Lagern manuelles Lager


167

werdende Energie eines Antriebs unmittelbar für den anderen Antrieb verwendet

[Bra-2012]. Energierückspeiseeinheiten speisen die aus Senk- und Bremsbewegun-

gen gewonnene Energie (generatorische Energie) ins Versorgungsnetz zurück [Vol-

2014] Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die gewonnene Energie in Hochleis-

tungsenergiespeichern zwischenzuspeichern [Irr-2016]. Mit diesen Energiespeichern,

statt einer Rückspeisung ins Versorgungsnetz, kann die Energieversorgung der RBG

aus der Batterie und dem Stromnetz erfolgen, sodass ein geringerer und konstanter

Leistungsabruf aus dem Versorgungsnetz möglich ist. Der Energiebedarf wird da-

durch nicht reduziert, jedoch können damit die Kosten an den Stromversorger redu-

ziert werden (vgl. Kapitel 2.4.1). Bei dieser Variante der Energierekuperation mit

Energiespeichern ist es wichtig, diese schon in der Planung zu berücksichtigen, um

die Netzinfrastruktur an den geringeren Leistungsbedarf an die Stromversorgung an-

zupassen [Irr-2016, o. V.-2016b]. Grundsätzlich zeigen Untersuchungen für HRL als

auch AKL, dass mit Energierückspeiseeinheiten ausgestattete RBG zu hohen Ein-

sparungen im Vergleich zur Zwischenkreiskopplung führen [Gün-2013b, S. 102].

Im Folgenden werden als Planungsalternative für das Grundelement HRL in G2 und

G3 und für das Grundelement AKL in G3 Energierückspeiseeinheiten für RBG, un-

abhängig davon, ob die gewonnene Energie in einem Hochleistungsspeicher gespei-

chert oder ins Versorgungsnetz zurückgespeist wird, auf ihre Auswirkungen auf den

Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren untersucht. Tabelle 7-4 stellt technische

Parameter der Planungsalternative RBG_Rü für die Grundelemente RBG_GM des

automatischen HRL und des AKL der Klasse Lagern für die Referenzgebäudemodel-

le G2 und G3 dar. Das Grundelement HRL mit vier RBG ist in gleicher Ausführung im

Referenzgebäudemodelle G2 und G3 vertreten. Es verändert sich lediglich die Logi-

stikleistung von G2 zu G3 mit einer höheren Anzahl an Doppelspielen und einem ge-

ringeren durchschnittlichen Gewicht der Paletten. Durch das Auflösen der manuellen

PzW-Kommissionierung und Überführung in ein AKL mit angebundener WzP-

Kommissionierung ist das Grundelement AKL nur im Referenzgebäude G3 vertreten.

Die Auswirkung der Planungsalternative RBG_Rü auf den Gesamtenergiebedarf des

Referenzgebäudes G2 mit 17 °C zeigt Abbildung 7-20. Mit 11,1 % Energieeinspa-

rungen am jährlichen Gesamtenergiebedarf ist der Einfluss der Planungsalternative

zur Energierekuperation an RBG für das Grundelement HRL hoch. Für das Tempera-

turniveau 12 °C von G2 sind die Einsparungen der Planungsalternative RBG_Rü am

Gesamtenergiebedarf höher, weil der Energiebedarf des Referenzgebäudes auf-

grund eines geringeren Gasbedarfs zur Wärmeerzeugung für 12 °C auf insgesamt

1.586.006 kWh/a sinkt. Bei 6 °C zeigt das Referenzgebäude G2 ein ähnliches Ver-

halten, denn der Gesamtenergiebedarf im Kühlfall zum Temperieren aller Bereiche

ist fast so hoch wie im Heizfall, indem lediglich die Halle beheizt wird.


168

Tabelle 7-4: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement automatisches Hochregallager und automatisches Kleinteilelager der Klasse Lagern

HRL (G2)

HRL (G3)

AKL (G3)

RBG_GM RBG_Rü RBG_GM RBG_Rü RBG_GM RBG_Rü

Anzahl 4 4 4 4 6 6

Gassenlänge [m] 81,1 81,1 81,1 81,1 56,7 56,7

Gassenhöhe [m] 31,4 31,4 31,4 31,4 24,6 24,6

Pal- / KLT Stellplätze 14.256 14.256 14.256 14.256 83.160 83.160

Anzahl DS/a 423.360 423.360 483.840 483.840 400 400

Betriebsstunden/d 14 14 14 14 14 14

Ø Pal / KLT Gewicht [kg] 500 500 375 375 50 50

Fahrantrieb 0,9 0,9 0,9 0,9 0,86 0,86

Hubantrieb 0,9 0,9 0,9 0,9 0,93 0,93

Energierückgewinnung - 0,93 - 0,93 - 0,94

Ø Energiebedarf/DS [kWh] 0,4574 0,3261 0,4574 0,3261 0,0331 0,0246

∑ Energiebedarf [kWh/a] 676.130 453.873 765.902 511.890 344.398 220.501

Im Grundmodell von G3 mit 17 °C führt die Planungsalternative RBG_Rü statt der

Standardausführung RBG_GM mit Bremswiderständen für das Grundelement auto-

matisches HRL zu Energieeinsparungen von 16,3 % am jährlichen Gesamtenergie-

bedarf, dargestellt in Abbildung 7-21. Bei 12 °C Temperaturanforderung sinkt der

Gesamtenergiebedarf von G3 auf 1.709.533 kWh/a. Damit ergibt sich eine geringere

Auswirkung der Planungsalternative RBG_Rü mit 14,9 %. Die Auswirkung auf den

Gesamtenergiebedarf im Kühlfall mit maximal 6 °C Raumtemperaturanforderung

sinkt weiter auf 13,5 %, weil der Gesamtenergiebedarf von G3 bei 6 °C mit 1.880.555

kWh/a, wegen der notwendigen Prozessenergie zum Konditionieren aller Bereichen

des Logistikzentrums, höher als für 12 °C im Heizfall ist. Gleiches Verhalten zeigt G3

für die Planungsalternative RBG_Rü des Grundelements AKL. Die Energieeinspa-

rungen, dargestellt in Abbildung 7-22, durch die Planungsalternative für AKL betra-

gen 6,3 % am Gesamtenergiebedarf von G3 für 17 °C.


17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern

Lagern

Planungsalternativen VxAutom. HRL

AKLmanuelles Lager


Energiebedarf – G2 17°C Intralogistik Lagern HRL

-222.256 (-11,1%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

RBG_mit_RüGrundmodell

1.995.056


169


17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern


17 °C durch Variation AKL der Klasse Lagern

Zur ökologischen Bewertung sind die Auswirkungen der Planungsalternative für die

RBG des HRL und AKL mit Energierückspeiseeinheiten auf die gesamten CO2-

Emissionen von G2 und G3 in Abbildung 7-23 bis Abbildung 7-25 aufgezeigt. Die

CO2-Einsparungen durch Optimierung des HRL sind im Grundmodell von G2 mit

15,9 % bei 17 °C in Abbildung 7-23 relativ hoch, denn auch der Anteil des HRL in der

Standardausführung RBG_GM an den gesamten CO2-Emissionen ist in diesem Fall

mit 48 % ebenfalls hoch. Bei 12 °C können höhere Einsparungen von 17,8 % an den

gesamten CO2-Emissionen erzielt werden, weil bei diesem Temperaturniveau weni-

ger CO2-Emissionen in Höhe von 854.889 kg/a aufgrund des gesunkenen Wärme-

energiebedarfs verursacht werden. Am geringsten ist der Einfluss der Planungsalter-

native für das Grundelement HRL für G2 bei maximal 6 °C, weil im Verhältnis für die-

ses Temperaturniveau von G2 die CO2-Emissionen mit 1.088.144 kg/a am höchsten

ausfallen. Dies liegt darin begründet, dass wie in den ermittelten Energiebilanzen für

G2, dargestellt in den Energieflussbildern in Abbildung 6-8 bis Abbildung 6-10, alle

Bereiche des Logistikzentrums wegen des Lagerguts gekühlt werden müssen und

damit auch die automatisierten Bereiche anstatt nur die Halle im Heizfall. Weiterhin

bedarf die Erzeugung der Prozesskälte Strom mit höheren indirekten CO2-

Emissionen statt Gas zur Wärmeerzeugung. Mit der Planungsalternative RBG_Rü für

das HRL des Referenzgebäudes G3 können bei 17 °C 16,3 % der gesamten CO2-

Emissionen von G3 eingespart werden. Die gesamten CO2-Emissionen des Grund-

modells G3 sinken auf 1.001.031 kg/a bei 12 °C, sodass sich für die Planungsalter-

native RBG_Rü für das HRL höhere Auswirkungen auf die Einsparungen an den ge-

samten CO2-Emissionen ergeben. Auch bei G3 bestehen die geringsten Auswirkun-

gen der Planungsalternative für das HRL im Kühlfall mit 6 °C, denn die gesamten

Emissionen steigen hier wegen des zusätzlichen Strombedarfs zur Erzeugung der

Prozesskälte auf 1.284.419 kg/a. Damit ergibt sich für RBG_Rü ein Einsparpotenzial

von 13,5 % an den CO2-Emissionen von G3 für maximal 6 °C. Wie beim HRL ist

Energiebedarf – G3 17°C Intralogistik Lagern HRL

-254.012 (-13,0%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]


1.953.635

Energiebedarf – G3 17°C Intralogistik Lagern AKL

-123.896 (-6,3%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

AKL_RBG_mit_RüGrundmodell

1.953.635


170

auch der Einfluss des AKL auf die CO2-Emissionen hoch. Mit der Planungsalternative

zur Energierückspeisung der generatorischen Energie der RBG im AKL von G3 bei

17 °C bestehen CO2-Einsparpotenziale von 8 %. Der Einfluss durch das AKL auf die

CO2-Emissionen von G3 in Kombination mit den weiteren Temperaturniveaus verhält

sich proportional ähnlich zum Einfluss durch das HRL von G3.


Variation HRL der Klasse Lagern


durch Variation HRL der Klasse Lagern

Abbildung 7-25: Auswirkung auf CO2-Emissionen G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C

durch Variation AKL der Klasse Lagern

Zur ökonomischen Bewertung sind die zusätzlichen Investitionen für die Planungsal-

ternative (links) als auch die laufenden Energiekosteneinsparungen (rechts) für HRL

und AKL in G2 und G3 in Abbildung 7-26 bis Abbildung 7-28 dargestellt. Die zusätzli-

chen Mehrkosten für die Rückspeiseeinheit für die RBG des HRL betragen für G2 als

auch G3 2,4 %, ausgehend vom Grundelement HRL und den Anschaffungskosten

nur für die RBG. Die jährlichen Energiekosteneinsparungen in den Grundmodellen

der Referenzgebäude G2 und G3 sind in beiden Fällen höher als die zusätzlichen

Investitionen, sodass sich die Energierückspeiseeinheiten als Planungsalternative für

HRL in weniger als einem Jahr amortisieren. Auch für das AKL belaufen sich die zu-

sätzlichen Investitionen für die Energierückspeiseeinheit zur Ausstattung der RBG

auf 2,4 %. Verrechnet mit den laufenden Energiekosteneinsparungen auf Grund ei-

nes gesunkenen Energiebedarfs amortisiert sich die Planungsalternative RBG_Rü

für das AKL nach weniger als 1,5 Jahren. Damit ist die Planungsalternative für die

Grundelemente HRL und AKL empfehlenswert.

CO2-Emissionen – G2 17°C Intralogistik Lagern HRL

-151.801 (-15,9%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]


956.583

CO2-Emissionen – G3 17°C Intralogistik Lagern HRL

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]


1.061.753

-173.490 (-16,3%)

CO2-Emissionen – G3 17°C Intralogistik Lagern AKL

-84.620 (-8,0%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

AKL_RBG_mit_Rü



171


der Planungsalternative für HRL der Klasse Lagern von G2: halbautomatisches Logistikzentrum 17 °C


der Planungsalternative für HRL der Klasse Lagern von G3: vollautomatisches Lo-gistikzentrum 17 °C


der Planungsalternative für AKL der Klasse Lagern von G3: vollautomatisches Lo-gistikzentrum 17 °C

In der Planung und Bewertung dieser Planungsalternative muss beachtet werden,

dass die Amortisationszeit für Rückspeiseeinheiten von der Nennleistung der Antrie-

be und der Anzahl der Doppelspiele pro Zeiteinheit [Vol-2014] der RBG sowie dem

zu entrichtenden Strompreis abhängig ist. Grundsätzlich gilt es bei der Planung eines

Rückspeisebetriebs eines Antriebssystems einer Anlage zu beachten, dass zunächst

die nutzbare Energiemenge, d. h. der generatorische Anteil am Betriebszyklus neben

dem motorischen Betrieb sowie die durchschnittliche Bremsenergie des Systems,

ermittelt werden muss. Auf Grund der entstehenden Verluste bei der Energierück-

speisung mit rückspeisefähigen Umrichtern lohnt sich energetisch der Einsatz erst,

wenn die generatorische Betriebsart mindestens 25 % überschreitet [Bur-2013]. Es

ist weiterhin empfohlen auch Kosten für die Infrastruktur zur Energieversorgung und

Rückspeisung ins Energieversorgungsnetz in die ökologische und ökonomische Be-

wertung einzubeziehen.

7.1.3 Kommissionieren / Sortieren

In der Klasse Kommissionieren / Sortieren werden Planungsalternativen für das mo-

dellierte Grundelement Kommissioniersystem untersucht. Dazu werden für die PzW-

Investition und Energiekosten – G2 17°C Intralogistik Lagern HRL

-26.671 (-16,5%)

-50.000 -25.000 0 25.000

[€/a]

Grundmodell161.212

22.000 (+2,4%)

-50.000 -25.000 0 25.000 50.000

[€]

RBG_mit_RüGrundelement903.000

Investition und Energiekosten – G3 17°C Intralogistik Lagern HRL

22.000 (+2,4%)

-50.000 -25.000 0 25.000 50.000

[€]

RBG_mit_RüGrundelement903.000

-30.481 (-16,8%)

-50.000 -25.000 0 25.000 50.000

[€/a]

Grundmodell181.943

Investition und Energiekosten – G3 17°C Intralogistik Lagern AKL

21.000 (+2,4%)

-50.000 -25.000 0 25.000 50.000

[€]

AKL_RBG_mit_RüGrundelement864.000

-14.867 (-8,2%)

-50.000 -25.000 0 25.000 50.000

[€/a]

Grundmodell181.943


172

Kommissionierung im Grundmodell G2 die eingesetzten Horizontalkommissionierer

sowie die Hochhubwagen für die WzP-Kommissionierung im Grundmodell G3 durch

energieeffiziente Planungsalternativen ersetzt. Sortiersysteme wurden auf Grund feh-

lender Daten in keinem der Referenzgebäude modelliert. Somit erfolgt für Sortiersy-

steme nur die Technologierecherche zur Identifikation von Planungsalternativen und

Ermittlung von energieeffizienten Maßnahmen, ohne diese auf ihre Einsparpotenziale

und Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf in Logistikzentren zu analysieren.

Kommissioniersysteme

Sieben Horizontalkommissionierer stellen das Grundelement PzW-

Kommissioniersystem im Grundmodell von G2 dar. Für das Grundmodell von G3

werden Hochhubwagen untersucht, die mit Teilen der KLT- und GLT-Fördertechnik

das WzP-Kommissioniersystem bilden. Wie bei den FFZ-Arten der Klasse Fördern in

Kapitel 7.1.1 werden für die im Grundmodell G2 enthaltenen Horizontalkommissio-

nierer HRK_GM die Planungsalternativen HRK_V1 mit energieeffizienter Batteriela-

detechnologie sowie HRK_V2 mit einem zusätzlichen energieeffizienten Betriebsmo-

dus erstellt. Analog wird für die acht in G3 enthaltenen Hochhubwagen HHW_GM die

Planungsalternative HHW_V1 festgelegt. Die technischen Parameter zur Untersu-

chung sind in Tabelle 7-5 aufgezeigt. Diese wurden aus technischen Datenblättern

von unterschiedlichen Herstellern [Jun-2013, Sti-2013a, Fro-2013] entnommen.

Tabelle 7-5: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren

Horizontalkommissionier (G1)

Hochhubwagen (G3)

HRK_GM HRK_V1 NHW_V2 HHW_GM HHW_V1

Anzahl 7 7 7 8 8

Betriebsstunden [h/a] 4.032 4.032 4.032 4.032 4.032


PzS 24/465 PzS 24/465 PzS 24/465 PzS 24 / 240 PzS 24 / 240

Ladetechnologie HF eneff. HF eneff. HF HF HF


68 % 84 % 84 % 84 % 88 %

Verluste/Vermeidung am FFZ

15 %/0 15 %/0 0/15 % 15 %/0 15 %/0

Energiebedarf FFZ / ab Stromnetz [kWh/h]

0,74 / 1,09 0,74 / 0,88 0,63 / 0,75 1,07 / 1,57 1,07 / 1,27


30.714 24.864 21.731 50.765 41.088

Abbildung 7-29 zeigt, dass der Einfluss der Planungsalternativen für Horizontalkom-

missionierer auf den Gesamtenergiebedarf des Grundmodells von G2 gering ist, weil

der Anteil des Grundelements am Gesamtenergiebedarf ebenfalls gering ausfällt. Bei

Intralogistik

Kommissionieren

Planungsalternativen VxKomm.-system

Sortier-system




173

Einzelfallbetrachtung können jedoch zwischen 20 % und 30 % des Energiebedarfs

der Horizontalkommissionierer eingespart werden. Gleiches Ergebnis gilt für die Pla-

nungsalternative HHW_V1 des Hochhubwagens, dargestellt in Abbildung 7-30. Auch

hier kann die Planungsalternative lediglich 0,5 % des Gesamtenergiebedarfs von G3

einsparen.


17 °C durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren



Die Auswirkungen auf die CO2-Emissionen zur ökologischen Bewertung sind wegen

der geringen Energieeinsparungen der Planungsalternativen am Gesamtbedarf von

G2 und G3 mit weniger als 1 % CO2-Einsparungen ebenfalls gering. Trotzdem tragen

die Planungsalternativen für das Grundelement Kommissioniersystem in den Refe-

renzgebäuden G2 und G3 zur Reduzierung der CO2-Emissionen, wie in Abbildung

7-31 und Abbildung 7-32 aufgezeigt, bei. Ob diese Einsparpotenziale wirtschaftlich

zu heben sind, ist Gegenstand der Betrachtung in Abbildung 7-33 für G2 und in Ab-

bildung 7-34 für G3. Die Investitionen für energieeffiziente HF-Batterieladegeräte in

Abbildung 7-33 für G2 und Abbildung 7-34 für G3 gegenüber der Standardausfüh-

rung Batterie und übliche HF-Ladegeräte in den Grundmodellen sind um 12,6 % bei

G2 und 10,9 % bei G3 höher und amortisieren sich im Zweischichtbetrieb der Refe-

renzgebäude nach 3,7 Jahren bei G2 und nach 1,2 Jahren bei G3.



Energiebedarf – G2 17°C Intralogistik Kommissionieren / Sortieren Komm.system

-8.983 (-0,5%)

-5.850 (-0,3%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

HRK_V1

HRK_V2


Energiebedarf – G3 17°C Intralogistik Kommissionieren / Sortieren Komm.system

-9.668 (-0,5%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

HHW_V1


CO2-Emissionen – G2 17°C Intralogistik Kommissionieren / Sortieren Komm.system

-6.136 (-0,6%)

-3.996 (-0,4%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

HRK_V1

HRK_V2

Grundmodell956.583


174


durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren


der Planungsalternative für Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren von G2: halbautomatisches Logistikzentrum 17 °C


der Planungsalternative für Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren von G3: vollautomatisches Logistikzentrum 17 °C

Für die weiteren Temperaturniveaus unterscheiden sich die Ergebnisse der Untersu-

chung der Planungsalternativen für das Grundelement Kommissioniersystem für G2

als auch G3 nicht nennenswert. Auch für die Klasse Kommissionieren ist der Einsatz

von energieeffizienten Batterieladetechnologien und einem effizienten Betriebsmo-

dus in allen Fällen empfehlenswert. Weiterhin können passende Lagerstrategien so-

wie Staplerleitsysteme unnötige Wege reduzieren und somit zu weiteren Energieein-

sparungen führen.

Sortiersysteme

Sortiersysteme als Grundelement der Klasse Komissionieren / Sortieren wurden in

den Referenzgebäudemodellen nur in Form von KLT-Fördertechnik modelliert und

werden daher nicht separat untersucht. Neben der Fördertechnik gehören unter-

schiedliche Verteilungs- und Zusammenführungselemente zu Sortiersystemen, für

die ebenfalls energieeffiziente Maßnahmen als Planungsalternativen grundsätzlich

bestehen. Auf der Komponentenebene bietet die Auswahl der richtigen Antriebskon-

figuration Potenzial zu Energieeinsparungen, z. B. durch den Einsatz von FU oder

CO2-Emissionen – G3 17°C Intralogistik Kommissionieren / Sortieren Komm.system

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

HHW_V1 Grundmodell1.061.753

-6.603 (-0,6%)

-1.078 (-0,7%)

-702 (-0,4%)

-25.000 0 25.000

[€/a]

Grundmodell161.212

Investition und Energiekosten – G2 17°C Intralogistik Kommissionieren / Sortieren Komm.system

2.255 (+12,6%)

2.255 (+12,6%)

-25.000 0 25.000

[€]

HRK_V1

HRK_V2

Grundelement17.920

1.436 (10,9%)

-25.000 0 25.000

[€]

HHW_V1Grundelement

13.128

Investition und Energiekosten – G3 17°C Intralogistik Kommissionieren / Sortieren Komm.system

-1.160 (-0,6%)

-25.000 0 25.000

[€/a]

Grundmodell181.943


175

energieeffizienten Motoren. Hier gilt es, entsprechend der Aufgabe und Applikation

hinsichtlich der Last, Laufzeit und der Betriebsart ein passendes Antriebssystem zu

wählen. Sortieranlagen sind meist hoch automatisiert und kettengeführt, sodass die

Auswahl des Antriebssystems für diese Anwendung den Wirkungsgrad der gesamten

Anlage festlegt. Der Einsatz energieeffizienter Antriebssysteme mit dem Funktions-

betrieb eines Reibradantriebs erhöht den Wirkungsgrad der Anlage und bringt weni-

ger Verschleiß mit sich [o. V.-2012]. Herstellerangaben zufolge kann mit dieser An-

triebskonfiguration der Energieverbrauch von Sortieranlagen im Vergleich zu her-

kömmlichen Sortierantrieben um circa 80 % reduziert werden [Hei-2014a]. Weiterhin

sollte für Verteilungs- und Zusammenführungselemente auf Druckluft wegen einem

geringen Wirkungsgrad verzichtet werden. Es ist empfehlenswert, grundsätzlich auf

druckluftbetriebene Anlagen und Komponenten zu verzichten. Denn Druckluft wird

zentral in der Druckluftanlage erzeugt und verteilt. Dadurch entstehen Verteilungs-

verluste. Insbesondere Leckagen führen zu Verlusten von bis zu 80 % [LfU-2004].

Soll also Druckluft eingesetzt werden, muss das System regelmäßig im Betrieb auf

Leckagen überprüft werden.

7.1.4 Handhaben

In der Klasse Handhaben wird das Grundelement De-/Palettierroboter untersucht,

indem die Auswirkung auf den Gesamtenergiebedarf des Referenzgebäudemodells

G3 durch den Einsatz von Planungsalternativen analysiert werden. Das Grundele-

ment Hebezeuge der Klasse Handhaben ist aufgrund fehlender Daten in keinem Re-

ferenzgebäude modelliert, sodass energieeffiziente Planungsalternativen für Hebe-

zeuge in Logistikzentren lediglich auf Grundlage der Technologierecherche be-

schrieben werden.

De- / Palettierroboter

Das betrachtete Grundelement Depalettierroboter im Grundmodell G3 wird zum

Depalettieren der im Wareneingang eintreffenden Paletten eingesetzt. Der Abtrans-

port der vereinzelten KLT ins AKL zum Einlagern erfolgt über die angebundene KLT-

Fördertechnik. Die zu erbringende Logistikleistung sowie die technischen Parameter

des modellierten Grundelements Depalettierroboter sind für G3 in Tabelle 7-6 zu-

sammengefasst.

Der Energieverbrauch eines Roboters hängt immer von der jeweiligen Applikation ab.

Damit bestehen zunächst organisatorische Maßnahmen als Planungsalternativen für

De-/Palettierroboter auf der Maschinen- und Anlagenebene zur Steigerung der Ener-

gieeffizienz von Logistikzentren. Eine Planungsalternative ist eine energieeffiziente

Betriebsweise und Steuerung mit energieoptimalen Verfahrweisen und zeitlicher


176

Skalierung. Hinzukommen technologische Maßnahmen als energieeffiziente Pla-

nungsalternativen, denn bei der Auslegung der Bahnen geht es nicht nur darum, den

Energiebedarf zu minimieren, sondern auch um eine möglichst hohe Energierückge-

winnungsrate. Da sich die Antriebe eines Roboters während der Bewegung meistens

in unterschiedlichen Betriebszuständen befinden, können diese Wechselspiele aus

Beschleunigen und Bremsen der Antriebe zur Energierückgewinnung der generatori-

schen Energie über Zwischenkreiskopplungen oder durch den Einsatz rückspeisefä-

higer Umrichter zur Einspeisung ins Versorgungsnetz genutzt werden [Sen-2012].

Dabei muss aber beachtet werden, dass eine Rückspeisung der Bremsenergie in

das Versorgungsnetz nur bei hochbelasteten Maschinen sinnvoll ist [Klü-2011], wie

schon bei den Planungsalternativen für RBG der Klasse Lagern in Kapitel 7.1.2 aus-

geführt. Weil ein Roboter in üblichen Anwendungen nur ein Viertel der Zeit in Bewe-

gung ist, bestehen weitere organisatorische Maßnahmen bezüglich der Betriebswei-

se durch Optimierung des Grundverbrauchs in nicht produktiven Zeiten [Sen-2012]

oder durch Abschalten der Roboter im Stand-by Betrieb [Klü-2011]. Weiterhin ist auf

der Ebene der Komponenten und Antriebe die richtige Technologie für den Greifer

entsprechend der Aufgabe hinsichtlich Last, Laufzeit und Betriebsart auch aus ener-

getischer Sicht zu wählen. So ist der Energieverbrauch beim Greifvorgang abhängig

von der eingesetzten Technologie. Bei mechanischen Greifern kostet eine lange Hal-

tedauer Strom, ein pneumatischer Greifer benötigt nur einmal Druck für das perma-

nente Halten [Fes-2013].

Tabelle 7-6: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement De- /Palettierroboter der Klasse Handhaben

De- /Palettierroboter (G3)

Robi_GM Robi_V1

Anzahl 1 1

Logistikleistung [KLT/a] 1.612.80 1.612.80

Produktivzeit [h/a] 1.792 1.792

Wartezeit <20 s [h/a] 0 0

Wartezeit >20 s [h/a] 2.240 2.240

Stand-by [h/a] 4.728 4.728

Energiebedarf Produktivzeit [kWh] 2,5 2,5

Energiebedarf Wartezeit <20 s [kWh] 0,65 0,65

Energiebedarf Wartezeit >20 s [kWh] 0,22 0,22

Energiebedarf Stand-by [kWh] 0,14 abgeschaltet

∑ Energiebedarf [kWh/a] 5.635 4.973

Intralogistik

Handhaben

Planungsalternativen Vxeneff. Betriebsweise

Hebe-zeuge

Palettier-roboter


177

Am Referenzgebäude G3 wird für das Grundelement Depalettierroboter als Pla-

nungsalternative Robi_V1 eine energieeffiziente Betriebsweise durch Abschalten des

Roboters im Stand-by Betrieb untersucht. Die Betriebsdaten und technische Parame-

ter für das Grundelement in seiner Standardausführung Robi_GM sowie für die Pla-

nungsalternative Robi_V1 sind Tabelle 7-6 zu entnehmen. Die Parameterwerte zum

Energiebedarf basieren auf Herstellerangaben [Klü-2011]. Die optimierte Variante

Robi_V1 als Planungsalternative wird im Vergleich zum Grundelement in der Stan-

dardausführung Robi_GM von G3 energieeffizient gesteuert, indem der Roboter in

Ruhephasen abgeschaltet wird und somit keine Energie im Stand-by-Modus ver-

braucht. Durch den sehr geringen Energiebedarf des Depalettierroboters im Verhält-

nis zum Gesamtenergiebedarf des Referenzgebäudemodells G3 haben die Energie-

einsparungen der Planungsalternative Robi_V1 fast keine Auswirkungen auf die Ge-

samtenergiebedarf von G3, dargestellt in Abbildung 7-35, als auch auf die gesamt

verursachten CO2-Emissionen, dargestellt in Abbildung 7-36. Ökonomische Auswir-

kungen können nicht quantifiziert werden.


17 °C durch Variation De- /Palettierroboter der Klasse Handhaben


durch Variation De- /Palettierroboter der Klasse Handhaben

Hebezeuge

Hebezeuge als Grundelement der Klasse Handhaben werden nicht separat energe-

tisch im Gesamtsystem Logistikzentrum untersucht. Zur Steigerung der Energieeffizi-

enz gilt für Hebezeuge und deren Hebevorrichtung das Gleiche wie für Roboter und

deren Greifer, sodass die Hebevorrichtung entsprechend der Applikation ausgewählt

werden muss. Weiterhin ist es wie bei Sortiersystemen in Kapitel 7.1.3 dargestellt,

empfehlenswert, auf den Einsatz von Druckluft wegen einem geringen Wirkungsgrad

zu verzichten. Wird Druckluft geplant, ist auf eine erhöhte Energieeffizienz zu achten.

Als Planungsalternative können hier organisatorische Maßnahmen für eine energie-

effiziente Betriebsweise ergriffen werden. Im Bereich der Vakuum-Steuerung von

-662 (-0,03%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Robi_V1Grundmodell

1.953.635

Energiebedarf – G3 17°C Intralogistik Handhaben De-/ Palettierroboter

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Robi_V1 Grundmodell1.061.753

-452 (0,04%)

CO2-Emissionen – G3 17°C Intralogistik Handhaben De-/ Palettierroboter


178

Schlauchhebegeräten kann beispielsweise das Gebläse bedarfsgerecht gesteuert

werden, anstatt es im Dauerbetrieb zu verwenden [Vog-2016]. Hinzukommen tech-

nologische Maßnahmen mit der Auswahl geeigneter Antriebssysteme. Braun et al.

[Bra-2016] haben für Krananlagen, speziell für Brückenkrane, unterschiedliche An-

triebskonfigurationen energetisch und ökonomisch untersucht. Deren Energiebe-

darfs- und Kostenanalyse hat ergeben, dass polumschaltbare Maschinen FU ohne

Rückspeiseeinheit grundsätzlich vorzuziehen sind und dass der Einsatz von FU im

Hebezeug sich nur lohnt, wenn eine Rückspeiseeinheit verwendet wird. Denn in allen

berechneten Varianten von Krananlagen sind die Energieeinsparungen beim Einsatz

von FU mit Rückspeiseeinheiten nicht wesentlich höher als beim Einsatz eines üblich

verwendeten polumschaltbaren Motors. Der Einsatz von FU ohne Rückspeisung

führt sogar zu einem höheren Energiebedarf. Die wirtschaftliche Bewertung ist hier

wiederum abhängig von den Strom- und Anschaffungspreisen. Mit den in der Unter-

suchung angenommen Daten werden polumschaltbare Maschinen grundsätzlich für

den Einsatz aus energetischer und ökonomischer Sicht empfohlen.

7.1.5 Verpacken

Verpackungs- und Ladesicherungsanlagen bieten größtenteils ökologische Optimie-

rungen durch einen Einsatz von ressourcenschonendem Verpackungsmaterial. Da-

mit können Logistikzentren im Betrieb einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizi-

enz leisten. Dies führt jedoch nicht zu Energieeinsparungen der Verpackungs- und

Ladesicherungsanlagen und zur Steigerung der Energieeffizienz des Gesamtsy-

stems Logistikzentrum. Trotzdem bestehen auch für Verpackungs- und Ladesiche-

rungsanlagen Optimierungsmaßnahmen als energieeffiziente Planungsalternativen.

In den Referenzgebäuden zur Untersuchung der Auswirkungen von Planungsalterna-

tiven auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren ist das Grundelement Ver-

packen in Form einer Haubenstretchanlage im Grundmodell G3 modelliert und mit

ihrem Energiebedarf in die Gesamtenergiebilanz einbezogen. Die modellierte auto-

matische Haubenstretchanlage im Warenausgang von G3 dient der Verpackung der

kommissionierten Paletten für den Lkw-Transport, welche bei G2 manuell foliert wer-

den. Wie der Depalettierroboter weist auch die Haubenstretchanlage einen sehr ge-

ringen Anteil am Gesamtenergiebedarf von G3 auf, u. a. weil sich ebenfalls nur eine

Anlage im System befindet. Die technischen Parameter zur Energiebedarfsermittlung

der Haubenstretchanlage sind in Tabelle 7-7 aufgezeigt.

Planungsalternativen zur Steigerung der Energieeffizienz können für dieses

Grundelement wegen mangelnden Energieparametern nicht untersucht werden. Ma-

schinen und Anlagen zur Ladesicherung als Grundelement der Klasse Verpacken

sind in keinem der Referenzgebäude modelliert, weil die definierte Logistikleistung


179

der Modelle dies nicht erfordert und diese bei der Datenaufnahme in der Praxis we-

nig vorkamen. Daher werden auch dafür die Planungsalternativen nur auf Grundlage

einer Technologierecherche beschrieben.

Tabelle 7-7: Technische Parameter zur Energieermittlung für das Grundelement Verpackungs-anlage der Klasse Verpackung

Haubenstretchanlage (G3)

Haubi_GM -

Anzahl 1

Durchsatz Haubenstretcher max. Pal / h 160

Energiebedarf kWh / Palette 0,04

Anzahl max Paletten / h im Warenausgang 160

Anzahl max Patten / a im Warenausgang 654.120

∑ Energiebedarf [kWh/a] 25.805

Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bestehen hier wie für andere Anla-

gen und Maschinen zum einen technologisch auf der Komponenten- und Antriebs-

ebene durch Auswahl geeigneter Komponenten und Antriebskonfigurationen zur Er-

höhung des Wirkungsgrades. Weiterhin können für die Haubenstretchanlage auch

andere Verfahren wie Wickeln oder Schrumpfen eingesetzt werden [o. V.-2015b].

Weil jedes Lagergut individuelle Handhabungseigenschaften hat, muss das Verpak-

kungs- und Ladesicherungsverfahren den Anforderungen an die Ladesicherung für

den Transport und der geforderten Logistikleistung entsprechen. Aus energetischer

Sicht empfehlenswert ist das Haubenstretchverfahren im Vergleich zum Schrumpf-

verfahren, denn der Strombedarf pro verpackter Palette ist annähernd gleich, das

Schrumpfverfahren bedarf aber zusätzlich Gas als Energieträger [o. V.-2015b]. Zum

anderen bestehen für komplexe Verpackungsanlagensysteme auch organisatorische

Maßnahmen, um die Betriebsweise energieeffizient zu gestalten. Damit bestehen für

Verpackungsanlagen gleiche organisatorische Planungsalternativen, wie für Sortier-

systeme der Klasse Kommissionieren / Sortieren in Kapitel 7.1.3 dargestellt.

7.1.6 Materialflusslayout

Die Klasse Materialflusslayout bildet Materialflusstechnik der modellierten Logistik-

zentren ab und betrachtet ganzheitlich logistische Anlagen in einem Logistikzentrum.

Für die Standardausführung der Referenzgebäudemodelle wird der Energiebedarf

der Intralogistik im Grundmodell summiert und als das Grundelement Materialfluss-

technik betrachtet, um die am besten geeignete Planungsalternativen für die model-

Verpackung

Planungsalternativen VxLade-sichereung

Ver-packung


180

lierten Grundelemente in Kombination auf ihre Auswirkungen auf den Gesamtener-

giebedarf zu untersuchen und die Wechselwirkung zum Gebäude zu bestimmen.

Ausgewählt werden dafür aus den untersuchten Planungsalternativen die Varianten

der Grundelemente, die das höchste Energie- und CO2-Einsparpotenzial unter wirt-

schaftlichen Gesichtspunkten bieten. In Tabelle 7-8 ist der Einfluss auf den Energie-

bedarf des Gebäudes und auf den Gesamtenergiebedarf der Referenzmodelle durch

eine optimierte Intralogistik mit Einsatz aller sinnvollen Planungsalternativen für die

Grundelemente der Intralogistik im Vergleich zum Grundmodell für den Heizfall sowie

für den Kühlfall zu sehen.

Tabelle 7-8: Vergleich des Energiebedarfs zwischen Grundmodell und Grundmodell mit opti-mierter Intralogistik für Intralogistik und Gebäude der Referenzgebäudemodelle G1, G2 und G3 für den Heizfall 17 °C und Kühlfall 6 °C

17 °C Heizfall 6 °C Kühlfall

[kWh/a] Grundmodell optimierte Intralogistik

Grundmodell optimierte Intralogistik

G1: manuelles Logistikzentrum

Energiebedarf Intralogistik 203.379 126.961 203.379 126.961

Abwärme Intralogistik 85.826 26.342 85.826 26.342 Endergiebedarf Gebäude mit Nutzung Abwärme 1.811.075 1.884.200 633.401 611.187

Endergiebedarf Gebäude mit Nutzung Abwärme und Endergiebedarf Intralogistik 2.014.455 2.011.162 836.780 738.148

G2: halbautomatisches Logistikzentrum

Energiebedarf Intralogistik 993.959 634.802 993.959 634.802

Abwärme Intralogistik 399.589 72.520 399.589 72.520 Endergiebedarf Gebäude mit Nutzung Abwärme 1.001.097 1.123.062 599.224 457.038

Endergiebedarf Gebäude mit Nutzung Abwärme und Endergiebedarf Intralogistik 1.995.056 1.757.864 1.593.183 1.091.840

G3: vollautomatisches Logistikzentrum

Energiebedarf Intralogistik 1.299.393 844.010 1.299.393 844.010

Abwärme Intralogistik 476.812 66.051 476.812 66.051 Endergiebedarf Gebäude mit Nutzung Abwärme 654.242 755.142 581.162 409.148

Endergiebedarf Gebäude mit Nutzung Abwärme und Endergiebedarf Intralogistik 1.953.635 1.599.152 1.880.555 1.253.159

Je Referenzgebäude ist in den Zeilen zunächst der Energiebedarf der Intralogistik

dargestellt, gefolgt von dessen Abwärmepotenzial. Darauf folgt der Energiebedarf

des Gebäudes, d. h. der Gebäudetechnik unter Einfluss der Gebäudehülle mit bilan-

zierter Abwärme der Intralogistik als interne Last und der Energiebedarf des Gebäu-

des inklusive der Intralogistik als Gesamtenergiebedarf des betrachteten Referenz-

gebäudemodells. Zu erkennen ist, dass im Heizfall 17 °C der Referenzgebäude mit

Materialflusslayout

Mat.-fluss-technik

eneff. Planungsalternativen Vx


181

der optimierten Variante der Intralogistik im Vergleich zur Standardausführung im

Grundmodell der Energiebedarf des Gebäudes wegen der gesunkenen Abwärme der

Intralogistik steigt. Der Gesamtenergiebedarf der untersuchten Referenzmodelle für

Logistikzentren sinkt jedoch in Summe bei Verwendung der optimierten Variante der

gesamten Materialflusstechnik mit energieeffizienten Planungsalternativen im Ver-

gleich zum Grundmodell. Die Energieeinsparungen durch die Optimierungen der

Grundelemente der Intralogistik sind im Ganzen höher als der Mehrbedarf an Ener-

gie des Gebäudes zur Wärmeerzeugung und -bereitstellung. Gleiche, aber umge-

kehrte Wechselwirkungen treten im Kühlfall der Referenzgebäudemodelle von maxi-

mal 6 °C auf. Die optimierte Intralogistik, mit geringeren internen Lasten, führt zu ei-

nem reduzierten Energiebedarf des Gebäudes. Denn hier muss in allen Modellen

weniger Kühlleistung erbracht werden, um die entstehende und in der optimierten

Variante geringere Abwärme wieder auszugleichen.

Abbildung 7-37 stellt die Auswirkungen einer durch Planungsalternativen optimierten

Variante des gesamten Materialflusslayouts für die Referenzgebäudemodelle auf die

CO2-Emissionen in kg/m3a für einen besseren Vergleich dar. Aufgezeigt ist der Ver-

gleich der CO2-Emissionen zwischen Grundmodell und Grundmodell mit optimierter

Intralogistik für die Referenzgebäudemodelle G1, G2 und G3 für den Heizfall 17 °C

(links) und Kühlfall 6 °C (rechts).

Abbildung 7-37: Vergleich der CO2-Emissionen zwischen Grundmodell und Grundmodell mit opti-

mierter Intralogistik für die Referenzgebäudemodelle G1, G2 und G3 für den Heiz-fall 17 °C (links) und Kühlfall 6 °C (rechts), aufgeteilt in CO2-Emissionenfür Intralo-gistik und Gebäudetechnik in kg/m3a

-37,7%

-3,5%

-36,1%

-35,0%

-23,7% -29,6%

-37,7%

-3,5%

-36,1%

-35,0%

-23,7% -29,6%

+3,5%

-37,7%

+10,9%

-36,1%

-35,0%

+14,4%

+3,5%

-37,7%

+10,9%

-36,1%

-35,0%

+14,4%

17°C 6°C


182

Die Darstellung der CO2-Emissionen wird jeweils aufgeteilt in CO2-Emissionen verur-

sacht durch die Intralogistik und durch die Gebäudetechnik. Werden die Grundele-

mente der Intralogistik in G1 durch energieeffiziente Planungsalternativen ersetzt,

können im Heizfall mit 17 °C 37,7 % der CO2-Emissionnen pro m3 im Jahr, verur-

sacht durch die Intralogistik, eingespart werden. Dafür steigen aber die CO2-

Emissionen des Gebäudes pro m3 im Jahr um 3,5 %, denn das Heizsystem benötigt

mehr Energie, um die fehlende Abwärme im Vergleich zum Grundmodell zusätzlich

bereitzustellen. Umgekehrt führt die Optimierung der Intralogistik im Kühlfall zur Re-

duzierung der durch die Gebäudetechnik verursachten CO2-Emissionen um 3,5 % im

Jahr pro m3. In Summe können im Heizfall mit einer optimierten Intralogistik 5,2 %

der gesamten CO2-Emissiones eingespart werden, im Kühlfall 11,8 %. Das entspricht

im Referenzgebäude G1 im Jahr 34.020 kg CO2-Einsparungen beim Heizen und

67.366 kg CO2-Einsparungen beim Kühlen.

Mit einer optimierten Intralogistik können im Grundmodell des Referenzgebäudes G2

die CO2-Emissionen der Intralogistik pro m3 um 36,1 % im Jahr reduziert werden. Mit

der Optimierung und damit einer Reduzierung der Abwärme der Intralogistik steigt

der Energiebedarf des Gebäudes und damit die CO2-Emissionen der Gebäudetech-

nik um 10,9 % pro m3a. Im Kühlfall führt die energieeffiziente Intralogistik zu einer

Reduzierung der von der Gebäudetechnik verursachten CO2-Emissionen um 23,7 %

pro m3a.

Insgesamt führt eine optimierte Intralogistik durch den Einsatz von geeigneten Pla-

nungsalternativen für die Grundelemente von G2 zu einer Senkung der jährlichen

CO2-Emissionen im Heizfall um 22,5 %, was 214.987 CO2 kg/a entspricht, und im

Kühlfall um 31,5 %, was 342.417 CO2 kg/a entspricht. Im Vergleich zu G1 ist der

deutliche Anstieg der CO2-Emissionen der Intralogistik bei G2 zu erkennen, während

die CO2-Emissionen des Gebäudes pro m3a im Heizfall sinken und im Kühlfall kon-

stant bleiben. Dies ist auf den erhöhten Automatisierungsgrad der Intralogistik und

auf die neue automatisierte Gebäudezone des HRL in G2 zurückzuführen, welche im

Heizfall nicht und im Kühlfall mit konditioniert werden muss.

Gleiche Auswirkungen auf die CO2-Emissionen der Intralogistik und Gebäudetechnik

bestehen auch bei G3 im Vergleich zu G1 und G2. Hier sinken bei G3 die CO2-

Emissionen der Intralogistik um 35 %, während die des Gebäudes um 14,4 % im

Heizfall steigen und um 29,6 % im Kühlfall sinken. In Summe bedeutet das für G3 im

Heizfall eine Einsparung von 285.939 kg CO2 im Jahr und einer Reduzierung der ge-

samten CO2-Emissionen um 26,9 % und im Kühlfall eine Einsparung von 428.512 kg

CO2 im Jahr und einer Reduzierung der gesamten CO2-Emissionen um 33,4 %.

7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle

183


Über die Gebäudehülle verliert oder gewinnt der gekühlte / beheizte Raum Wärme

[DIN 18599-01]. In der Außenwirkung bestimmt die Gebäudehülle die Abmessungen

und die Kubatur als auch das Erscheinungsbild. Im Innenraum hat die Gebäudehülle

einen hohen Einfluss auf den Energiebedarf des Gebäudes wie auch auf die Behag-

lichkeitsempfindungen des Nutzers. Bestimmt wird die Gebäudehülle durch ihre Ma-

terialien mit wärmeübertragenden Eigenschaften sowie durch implementierte Öff-

nungen wie Fenster, Türen und Tore. Im Folgenden werden Parameterstudien zur

Untersuchung der Auswirkungen von Planungsalternativen für die im Grundmodell

der Referenzgebäude modellierte Standardausführung der Gebäudehülle für die

Klassen Dämmung, Fassadenfenster, Dachfenster, Verladeschleuse und Kubatur

durchgeführt. Abbildung 7-38 zeigt die modellierten und in Kapitel 5.2.2 identifizierten

Grundelemente, die je Referenzgebäudemodell in Kombination mit den definierten

Temperaturniveaus untersucht werden sowie die zu untersuchenden Planungsalter-

nativen.

Abbildung 7-38: Grundelemente und Planungsalternativen je Klasse des Bereichs Gebäudehülle

zur Durchführung der Parameterstudien je Referenzgebäudemodell

7.2.1 Dämmung

Der U-Wert bestimmt den Wärmedurchlass eines Bauteils; je geringer der Wert ist,

desto weniger Wärmeenergie geht durch das Bauteil verloren. Die modellierten Bau-

teile in den Grundmodellen der Referenzgebäude besitzen U-Werte, die den Anfor-

derungen für niedrig beheizte Gebäude (12 °C bis < 19 °C) nach der EnEv 2009

[Bun-2009] Anlage 2, Tabelle 2 entsprechen. Diese Standard-Dämmeigenschaft der

Bauteile als Grundelemente wird durch verbesserte Planungsalternativen ersetzt. Die

erste Variante als Planungsalternative Dä_V1 ist eine zusätzliche Randdämmung am

Gebäude, die zweite Variante Dä_V2 bildet eine Verbesserung der ersten Variante

mit einem zusätzlich hohen Dämmstandard der Bauteile ab und die dritte Variante

Dä_V3 eine Verbesserung mit sehr hohem Dämmstandard. Tabelle 7-9 zeigt die

technischen Parameter der festgelegten Varianten als Planungsalternativen zur

Standardausführung Dä_GM in allen Grundmodellen.

Gebäudehülle

Dämmung

Standardhoher Standard

+ Rand-dämmung

sehr hoher Standard

Fassadenfenster

ohne

Ost/Süd/ West/Nord

SüdOst/Süd/ West

Dachfenster

2% DF 8% DF4% DF

16% DF

Verladeschleuse

StandardVerlade-schleuse

Kubatur

quadra-tisch

länglich


184

Aufgrund der oft sehr großen Grundfläche von Hallen und Lagergebäude ist es bei

Logistikzentren unüblich, die gesamte Bodenplatte wegen der daraus entstehenden

hohen Investitionen zu dämmen [ITG-2011]. Deshalb wird in der Untersuchungsvari-

ante Dä_V1, wie dies in der Praxis meist realisiert wird, lediglich eine waagrechte

Randdämmung mit 5 m Breite an der Bodenplatte angebracht. Bei der Untersu-

chungsvariante Dä_V2 erfüllen die untersuchten Bauteile den Dämmstandard des

Referenzgebäudes der EnEv 2009 [Bun-2009] für Nichtwohngebäude > 19 °C. In

Variante Dä_V3 werden die Bauteile Außenwand und Randdämmung mit sehr guten

U-Werten ausgeführt.

Tabelle 7-9: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichen Dämmstandards zur Energieermittlung für die Klasse Dämmung

Bauteile U-Werte [W/m²K] (G1-G3)

Dä_GM Dä_V1 Dä_V2 Dä_V3

Außenwand 0,35 035 0,24 0,19

Dach 0,35 0,35 0,2 0,2

Bodenplatte 3,5 3,5 3,5 3,5

Randdämmung - 0,35 0,3 0,17

Tore 2,9 2,9 1,8 1,8


Abbildung 7-39 zeigt die Auswirkungen der untersuchten Dämmstandards auf den

Gesamtenergiebedarf und Abbildung 7-40 auf die gesamten CO2-Emissionen für das

Referenzgebäude G1 mit 17 °C Innenraumtemperatur. Die Variante Dä_V1 mit

Randdämmung zeigt im Heizfall eine sehr geringe Senkung des Energiebedarfs und

der CO2-Emissionen. Wird G1 auf maximal 6 °C gekühlt, ergibt sich eine Einsparung

von weniger als 0,5 %. Wird die Dämmung der Gebäudehülle von G1 zusätzlich auf

den EnEV-Standard > 19 °C mit der Variante Dä_V2 verbessert, sinken die Trans-

missionswärmeverluste durch die Hülle erheblich. Damit kann eine deutliche Reduk-

tion des Energiebedarfs um 15,4 % und der CO2-Emissionen um 11,7 % erreicht

werden. Beim Kühllager können mit dieser Variante Reduzierungen von 7,2 % der

CO2-Emissionen von G1 erreicht werden. Eine weitere Verbesserung der Dämmung

mit geringeren U-Werten der Bauteile mit der Variante Dä_V3 bewirkt eine weitere

Senkung des Energiebedarfs von Dä_V2 um 4 %, ist jedoch hinsichtlich der Mehrin-

vestitionen, dargestellt in Abbildung 7-41, nur für sehr ambitionierte Planungsprojekte

empfehlenswert. Im Kühlfall sind die Energie- und CO2-Einsparungen mit höheren

Dämmstandards für G1 geringer als im Heizfall, damit fallen auch die Amortisations-

zeiten für die Varianten höher aus.

Gebäudehülle

Dämmung

Planungsalternativen VxStandard hoher Standard+ Randdämmung sehr hoher Standard


185


durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung

Abbildung 7-40: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C, durch

Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung


(rechts) der Planungsalternativen für das Grundelement Dämmstandard der Klasse Dämmung von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C

Grundsätzlich ist aus ökologischer Sicht, mit Einsparungen von 76.896 kg CO2 im

Jahr, ein höherer Dämmstandard wie bei Dä_V2 für manuelle Logistikzentren zu

empfehlen. Bei Beachtung der Lebensdauer von Logistikgebäuden sind auch aus

ökonomischer Sicht die höheren Investitionen für die Dämmung der Varianten mit

Amortisationszeiten von ca. 22 Jahren im Heizfall vertretbar.


Für das Referenzgebäude G2 sind die Auswirkungen der untersuchten Dämmstan-

dards bei 17 °C auf den Gesamtenergiebedarf in Abbildung 7-42 dargestellt. Im Ver-

gleich zu G1 ist für G2 zusätzlich die Planungsalternative HRL_GM erstellt worden, in

der nicht das komplette Logistikzentrum von G2 mit einem höheren Dämmstandard

errichtet wird, sondern nur die Haupthalle. Damit bleibt in dieser Planungsalternative

die Dämmung des HRL in der Ausführung des Grundmodells, weil im HRL lediglich

die Solltemperatur von 4 °C zur Sicherung des Frostschutzes für die Sprinkleranlage

vorgesehen ist. Diese Variante HRL_GM wird somit neben den bestehenden Varian-

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudehülle Dämmung

-347.337 (-17,2%)

-309.446 (-15,4%)

-51.860 (-2,6%)

-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Dä_V1

Dä_V2

Dä_V3


CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudehülle Dämmung

-86.313 (-13,7%)

-76.896 (-11,7%)

-12.887 (-2,0%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Dä_V1

Dä_V2

Dä_V3

Grundmodell659.885

289.260 (+23,3%)

238.879 (+19,2%)

40.000 (+3,2%)

-100.000 100.000 300.000 500.000

[€]

Dä_V1

Dä_V2

Dä_V3


Investition und Energiekosten – G1 17°C Gebäudehülle Dämmung

-12.617 (-12,1%)

-11.240 (-10,8%)

-1.884 (-1,8%)

-500.000 -300.000 -100.000 100.000

[€/a]

Grundmodell103.851


186

ten mit unterschiedlichen Dämmstandards für das gesamte Gebäude zusätzlich un-

tersucht. Die Auswirkungen in Abbildung 7-42 zeigen, dass mehr Energie eingespart

werden kann, wenn das gesamte Logistikzentrum mit einem höheren Dämmstan-

dards ausgeführt wird. So betragen die Einsparungen für Dä_V2 mit gesamter Ge-

bäudedämmung 8,5 % während Dä_V2_HRL_GM mit Standardausführung des HRL

aus dem Grundmodell nur 7,3 % Energieeinsparungen am Gesamtbedarf erzielt.

Gleiche, jedoch geringere Auswirkungen durch die Planungsalternativen für die

Dämmung der Gebäudehülle bestehen auch auf die gesamten CO2-Emissionen von

G2, dargestellt in Abbildung 7-43. Die Randdämmung der Variante Dä_V1 bringt ein

Potenzial von 0,8 % zur Reduzierung der CO2-Emissionen. Die Verbesserung der

Dämmung von Dä_V2 auf Dä_V3 birgt ein noch geringeres Potenzial.

Betreffend den Kühlfall von G2, müssen alle Bereiche des Logistikzentrums die ma-

ximale Temperaturgrenze von 6 °C nicht überschreiten. Somit ist das Hochregallager

immer dem Dämmstandard der Halle angepasst, folglich bestehen hierfür nur die in

Abbildung 7-44 dargestellten drei Varianten mit ihren Auswirkungen auf die gesam-

ten CO2-Emissionen.


17 °C durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung


17 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung


-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Dä_V1

Dä_V1_HRL_GM

Dä_V2

Dä_V2_HRL_GM

Dä_V3

Dä_V3_HRL_GM


-32.001 (-1,6%)

-30.171 (-1,5%)

-169.061 (-8,5%)

-146.180 (-7,3%)

-194.449 (-9,7%)

-164.354 (-8,2%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Dä_V1

Dä_V1_HRL_GM

Dä_V2

Dä_V2_HRL_GM

Dä_V3

Dä_V3_HRL_GM

Grundmodell956.583

-7.956 (-0,8%)

-7.501 (-0,8%)

-42.031 (-4,4%)

-36.344 (-3,8%)

-48.343 (-5,1%)

-40.863 (-4,3%)



187



Grundsätzlich kann festgestellt werden, dass die Einsparungen beim Kühllager ge-

ringer sind als im Heizfall. Dies liegt in der Durchschnittstemperatur der Außenluft

von 8,6 °C im Testreferenzjahr [DWD-2011] begründet, sodass eine die Temperatur-

senkung auf 6 °C weniger energetischen Aufwand nach sich zieht als eine Anhebung

auf 17 °C.

Die ökonomische Bewertung in Abbildung 7-45 zeigt deutlich, dass die zusätzlichen

Investitionen zur Ertüchtigung des HRL von G2 in besserer Dämmausführung weder

im Verhältnis zu den erwartenden energetischen noch finanziellen Einsparungen

stehen. Dies gilt für die Anbringung der Randdämmung, bei der die CO2-

Einsparungen um 1 % liegen, als auch für die Optimierung der kompletten Gebäude-

hülle. Die prozentualen Einsparungen an Energie und CO2-Emissionen sind im Ver-

gleich zum Referenzgebäude G1 zwar deutlich geringer, mit Einbezug der gelichzei-

tig geringeren Investitionen für die kleinere Hüllfläche von G2 ergibt sich jedoch eine

ähnliche Amortisationszeit für die Planungsalternativen wie bei G1.


(rechts) der Planungsalternativen für das Grundelement Dämmstandard der Klasse Dämmung von G2: halbautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C


Für G3: vollautomatisches Logistikzentrum werden wie bei G2 die energetischen

Auswirkungen für die Planungsalternativen mit unterschiedlichen Dämmstandards

untersucht und variiert, indem die komplette Gebäudehülle verbessert wird und das

HRL und AKL in der Standardausführung des Grundmodells bleiben. In Abbildung

-42.596 (-3,9%)

-35.215 (-3,2%)

-1.469 (-0,1%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Dä_V1

Dä_V2

Dä_V3



Investition und Energiekosten – G2 17°C Gebäudehülle Dämmung

140.870 (+13,2%)

284.402 (+26,7%)

112.667 (+10,6%)

210.975 (+19,8%)

25.357 (+2,4%)

56.177 (+5,3%)

-100.000 100.000 300.000 500.000

[€]

Dä_V1

Dä_V1_HRL_GM

Dä_V2

Dä_V2_HRL_GM

Dä_V3

Dä_V3_HRL_GM


-500.000 -300.000 -100.000 100.000

[€/a]

Grundmodell161.212

-1.097 (-0,7%)

-1.163 (-0,7%)

-6.145 (-3,8%)

-5.314 (-3,3%)

-7.068 (-4,4%)

-5.974 (-3,7%)


188

7-46 sind die Energieeinsparungen am Gesamtenergiebedarf und in Abbildung 7-47

die CO2-Einsparungen an den gesamten verursachten CO2-Emissionenvon G3 für

die unterschiedlichen Dämmstandards abgebildet. Der Einfluss einer optimierten Ge-

bäudehülle nimmt beim Referenzgebäude G3 für vollautomatische Logistikzentren

ab. Selbst mit einem sehr hohen Dämmstandard der Variante Dä_V3 für alle Gebäu-

deteile kann lediglich eine Einsparung im Heizfall mit 17 °C von 5,6 % am Gesam-

tenergiebedarf und von 2,5 % an den gesamten CO2-Emissionen erreicht werden.

Dennoch ist, wegen der deutlich kleineren Hüllfläche der Halle von G3 und den damit

verbundenen, verhältnismäßig geringen Mehrkosten, mindestens der Dämmstandard

Dä_V2 für die Halle von G3 ökologisch und ökonomisch sinnvoll. Energetisch und

finanziell kann somit auf eine verbesserte Hülldämmung beim HRL und ALK verzich-

tet werden. Denn bei einer Einzelfallbetrachtung der CO2-Emissionen nur des Ge-

bäudes ohne die Intralogistik verringern sich die CO2-Emissionen mit der Variante

Dä_V2_HRL_AKL_GM nur um über 10 %. Die Amortisationszeit liegt für diese Vari-

ante bei ca. 18 Jahren.


17 °C durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung

Abbildung 7-47: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,


Für die Planungsalternativen mit besserem Dämmstandard der Klasse Dämmung

lässt sich auf Grundlage der Parameterstudie festhalten, dass die Ausführung der

Dämmung einen hohen Einfluss auf den Heiz- und Kühlenergiebedarf des Logistik-

gebäudes hat. Mit einem zunehmenden Automatisierungsgrad der Intralogistik im

-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Dä_V1

Dä_V1_HRL_AKL_GM

Dä_V2

Dä_V2_HRL_AKL_GM

Dä_V3

Dä_V3_HRL_AKL_GM


-25.514 (-1,3%)

-21.408 (-1,1%)

-96.146 (-4,9%)

-72.789 (-3,7%)

-108.743 (-5,6%)

-79.408 (-4,1%)


-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Dä_V1

Dä_V1_HRL_AKL_GM

Dä_V2

Dä_V2_HRL_AKL_GM

Dä_V3

Dä_V3_HRL_AKL_GM


-6.345 (-0,6%)

-5.325 (-0,5%)

-23.911 (-2,3%)

-18.107 (-1,7%)

-27.044 (-2,5%)

-19.749 (-1,9%)



189

Logistikzentrum verliert die Dämmung jedoch an Einfluss auf den Gesamtenergiebe-

darf. Die Auswirkungen auf den Heizenergiebedarf bleiben dennoch vorhanden. Ent-

sprechend der aufgeführten Untersuchungen ist für alle drei Referenzgebäudemodel-

le der Standard Dä_V2 zu empfehlen. HRL und AKL können im Standard Dä_GM

des Grundmodells ausgeführt werden, wenn lediglich der Frostschutz im Heizfall ein-

gehalten werden muss.

7.2.2 Fassadenfenster

Fenster in der Fassade stellen, im Gegensatz zum Wohnungsbau, im Industriebau

und insbesondere bei Logistikzentren eine Ausnahme dar. Dabei verbessern Fassa-

denfenster die Behaglichkeit der Nutzer durch einen Sichtbezug zur Außenwelt und

durch das Einbringen von Tageslicht erheblich. So kann kein Kunstlicht ansatzweise

die unterschiedlichen Lichtintensitäten durch den Tages- und Jahresverlauf sowie die

wechselnden Farbtemperaturen, die das Wohlbefinden der Nutzer verbessern, erset-

zen, schreiben Hausladen und Tichelmann [Hau-2009]. Darüber hinaus wirkt sich

Tageslicht positiv auf die Leistungsfähigkeit des Menschen aus.

In den modellierten Referenzgebäuden sind auf Grundlage der untersuchten Bau-

praxis von Logistikzentren keine Fassadenfenster in den Grundmodellen vorhanden.

Im Folgenden werden daher Fassadenfenster als Planungsalternativen untersucht,

um zu analysieren, wie sich die energetischen Eigenschaften von Fassadenfenstern

auf den Gesamtenergiebedarf der Referenzgebäude auswirken. Gegen Blendungen

im Innenraum sowie Überhitzung im Sommer werden alle Fenster mit einem außen

liegenden Sonnenschutz ausgestattet. Dieser stellt sich automatisch in Abhängigkeit

der Einstrahlung ein. Weil die drei Referenzgebäudemodelle unterschiedliche Vor-

aussetzungen für Fassadenfenster auf Grund ihrer Kubatur mitbringen, verändern

sich die technischen Parameter der zu untersuchenden Planungsalternativen je

Grundmodell der Referenzgebäude. Die verwendeten Dämmstandards für die Fen-

ster, die für alle drei Grundmodelle für die Parameterstudien gelten, sind in Tabelle

7-10 mit ihren spezifischen Parametern der Verglasung abgebildet.

Tabelle 7-10: Untersuchte Dämmstandards der Verglasung für Fenster mit spezifischen Parame-tern zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster

Bauteilkennwerte Dämmstandard Fassadenfenster (G1-G3)

FF_Dä_V1 FF_Dä_V2 FF_Dä_V3

U-Wert 1,9 1,3 0,7

g-Wert 0,6 0,6 0,5

T-D65 0,78 0,78 0,71

Fassadenfenster

Planungsalternativen Vxohne Ost/Süd/ West/NordSüdOst/Süd/ West


190

Diese Dämmstandards der Verglasung der Fassadenfenster werden im Folgenden

mit Varianten für Fassadenfenster je Grundmodell kombiniert. Dabei ist die Fenster-

größe je Gebäudemodell immer so gewählt, dass sich bei allen drei Grundmodellen

der Fensterflächenanteil bezogen auf die jeweilige Wandfläche von Variante zu Vari-

ante verdoppelt.


Die technischen Parameter der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenan-

teil, die als Planungsalternativen für G1 untersucht werden, sind in Tabelle 7-11 dar-

gestellt. Die Standardausführung der Fassadenfenster FF_GM im Grundmodell be-

sitzt keine Fassadenfenster. Mit Variante FF_V1 werden an der Südseite über den

Verladetoren des WE / WA-Bereichs über die gesamte Breite der Bereitstellfläche

des WE / WA-Bereichs 15 Fenster mit den Maßen 4,5x3 m integriert. Dies entspricht

einem Fensterflächenanteil von 2 %, bezogen auf die Wandfläche. Die Variante

FF_V2 besitzt zusätzliche jeweils an der Ost- sowie an der Westfassade weitere 15

Fenster mit gleichen Maßen. Darüber hinaus wird die Variante FF_V3 zusätzlich mit

15 weiteren gleichgroßen Fenstern an der Nordfassade ausgestattet.

Tabelle 7-11: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G1: manuelles Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster

Fassadenfensteranteil (G1)

FF_GM FF_V1 FF_V2 FF_V3

Breite x Höhe Fenster [m] - 4,5 x 3 4,5 x 3 4,5 x 3

Anzahl Südfassade 0 15 15 15

Anzahl Ost- / Westfassade 0 0 15/15 15/15

Anzahl Nordfassade 0 0 0 15

Fensterfläche gesamt [m2] 0 203 608 810

Abbildung 7-48 und Abbildung 7-49 zeigen die Ergebnisse zu den Auswirkungen auf

den Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen der untersuchten Planungsalter-

nativen als Kombination der Varianten für die verschiedenen Dämmstandards der

Verglasung und der modellbezogenen Anzahl und Lage der Fassadenfenster für G1

mit 17 °C Innenraumtemperatur. Es ist ersichtlich, dass die Auswirkungen auf den

Gesamtenergiebedarf durch alle Planungsalternativen verhältnismäßig gering ausfal-

len. Auffällig ist, dass der Gesamtenergiebedarf sich am meisten mit der Variante

FF_V1 für G1 mit Fenstern nur an der Südfassade senken lässt. In Kombination mit

einem besseren Dämmstandard FF_Dä_V2 und FF_Dä_V3 für die Verglasung lässt

sich mit der Fenstervariante FF_V1 noch mehr Energie als mit der Planungsalternati-

ve FF_V1_FF_Dä_V1 einsparen. Ab der Fenstervariante FF_V2 sinken die Energie-

einsparungen gegenüber dem Grundmodell wieder. Denn über die größere Fenster-

fläche an den zusätzlichen Fassadenseiten entstehen mehr Transmissionswärme-


191

verluste als Gewinne durch die solare Einstrahlung. Wenn das Logistikgebäude mit

der Art G1, wie in den Varianten FF_V2 und FF_V3, aus Behaglichkeitsgründen wei-

ter aufgeglast werden soll, empfiehlt sich die Ausführung der Fassadenfenster min-

destens im Dämmstandard FF_Dä_V2. Denn mit dem Dämmstandard FF_Dä_V1 für

die Verglasung der Varianten mit Fenstern zusätzlich zu der Südfassade entsteht

sogar ein Mehrbedarf an Energie, wie es aus Abbildung 7-48 für die Varianten

FF_V2_FF_Dä_V1 und FF_V3_FF_Dä_V1 hervorgeht.

Im Vergleich zu anderen Planungsalternativen für die Gebäudehülle fallen die Aus-

wirkungen auf die gesamten CO2-Emissionen durch die Varianten der Fassadenfen-

ster, wie in Abbildung 7-49 dargestellt, relativ gering aus. Anders als im Wohnungs-

bau ist die große Gebäudetiefe des Referenzgebäudes G1, stellvertretend für die Art

von manuellen Logistikzentren, dafür verantwortlich, dass nicht mehr Tageslicht in

die Halle gelangt und sich daher der Stromverbrauch für Kunstlicht und die damit

verbundenen CO2-Emissionen nicht signifikant senken lassen.


durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster


Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster

-62.303 (-3,1%)

-5.930 (-0,3%)

50.655 (-2,5%)

-50.524 (-2,5%)

-8.168 (-0,4%)

34.365 (+1,7%)

-80.498 (-4,0%)

-92.165 (-4,6%)

-48.335 (-2,4%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

FF_V1_FF_Dä_V1

FF_V1_FF_Dä_V2

FF_V1_FF_Dä_V3

FF_V2_FF_Dä_V1

FF_V2_FF_Dä_V2

FF_V2_FF_Dä_V3

FF_V3_FF_Dä_V1

FF_V3_FF_Dä_V2

FF_V3_FF_Dä_V3


Energiebedarf – G1 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster

-28.803 (-4,4%)

-14.794 (-2,2%)

-733 (-0,1%)

-22.743 (-3,4%)

-12.218 (-1,9%)

-1.649 (-0,2%)

-23.543 (-3,6%)

-27.122 (-4,1%)

-15.550 (-2,4%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

FF_V1_FF_Dä_V1

FF_V1_FF_Dä_V2

FF_V1_FF_Dä_V3

FF_V2_FF_Dä_V1

FF_V2_FF_Dä_V2

FF_V2_FF_Dä_V3

FF_V3_FF_Dä_V1

FF_V3_FF_Dä_V2

FF_V3_FF_Dä_V3

Grundmodell659.885

CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster


192

Werden die zusätzlichen Investitionen, zu sehen in Abbildung 7-50 links, in Relation

zu den erwartenden Energiekosteneinsparungen in Abbildung 7-50 rechts gesetzt,

kann aus ökologischer und ökonomischer Sicht am ehesten die Variante

FF_V1_FF_Dä_V2 mit einer Amortisationszeit von weniger als 18 Jahren für manuel-

le Logistikzentren empfohlen werden. Aufgrund der geringeren CO2-Einsparungen

und hohen Investitionen ist die Verbauung von Fenstern an der Ost- und Westfassa-

de bzw. der Nordseite von Logistikgebäuden aus nachhaltigen Gründen nicht zu

empfehlen.

Abbildung 7-50: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen

(rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Fassadenfenster von G1: manu-elles Logistikzentrum mit 17 °C

Im Heizfall mit dem Temperaturniveau von 12 °C fallen die Auswirkungen auf den

Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen ähnlich aber geringer aus. Die zu-

sätzlichen Investitionen bleiben entsprechend gleich. Wird die Halle des Referenzge-

bäudes G1 jedoch auf 6 °C gekühlt, entsteht ein energetischer Mehrbedarf für alle

Kombinationen der Varianten für Fensteranzahl und Dämmstandard. Die CO2-

Emissionen steigen im Kühlfall, je mehr Fenster in der Fassade integriert sind. Somit

sollte auf eine Verglasung der Gebäudehülle bei gekühlten manuell bedienten Logi-

stikzentren verzichtet werden.


Im Referenzmodell von G2 besitzt die Halle, in der die Kommissionierung stattfindet,

einen Ost / West orientierten, länglichen Grundriss. An der schmalen Seite der Halle

im Norden grenzt das HRL an. Die Verladetore für die Anlieferung befinden sich an

der Westfassade. Aus diesem Grund werden in der Variante FF_V1 für G2 die Fas-

sadenfenster wieder über den Verladetoren integriert und damit auch nahe dem Ar-

beitsbereich des WE und WA. Die Variante FF_V2 von G2 besitzt zusätzlich im

Osten sowie im Süden Fassadenfenster. Die Variante FF_GM ohne Fassadenfenster

stellt das Grundmodell in der Standardausführung dar. In Tabelle 7-12 sind die tech-

Investition und Energiekosten – G1 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster

-100.000 100.000 300.000 500.000

[€]

FF_V1_FF_Dä_V1

FF_V1_FF_Dä_V2

FF_V1_FF_Dä_V3

FF_V2_FF_Dä_V1

FF_V2_FF_Dä_V2

FF_V2_FF_Dä_V3

FF_V3_FF_Dä_V1

FF_V3_FF_Dä_V2

FF_V3_FF_Dä_V3

Grundmodell402.404

42.041 (+10,4%)

74.794 (+18,6%)

81.277 (+20,2%)

125.917 (+31,3%)

224.015 (+55,7%)

243.430 (+60,5%)

167.752 (+41,7%)

298.441 (+74,2%)

324.306 (+80,6%) -4.828 (-4,6%)

-2.781 (-2,7%)

-725 (-0,7%)

-3.797 (-3,7%)

-2.259 (-2,2%)

-714 (-0,7%)

-3.606 (-3,5%)

-4.161 (-4,0%)

-2.437 (-2,3%)

-100.000 50.000

[€/a]

Grundmodell103.851


193

nischen Parameter der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil der

Fassaden von G2 dargestellt.

Tabelle 7-12: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G2: halbautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster


FF_GM FF_V1 FF_V2

Breite x Höhe Fenster [m] - 4,5 x 3 4,5 x 3

Anzahl Südfassade 0 0 8

Anzahl Ostfassade 0 0 12

Anzahl Westfassade 0 12 12

Anzahl Nordfassade 0 0 0

Fensterfläche gesamt [m2] 0 162 432

Abbildung 7-51 und Abbildung 7-52 stellen dar, dass auch bei G2 die Auswirkungen

von Fassadenfenstern auf den Gesamtenergiebedarf und die gesamten CO2-

Emissionen gering sind. Mit der Fenstervariante FF_V1 können in Kombination mit

jedem Dämmstandard kaum Einsparungen erzielt werden. Werden zur Erhöhung der

Behaglichkeit für die Nutzer Fenster an der Westfassade wie bei der Variante FF_V1

implementiert, ist dafür FF_Dä_V3 aus energetischer Sicht zu empfehlen.


17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster




-600.000 -500.000 -400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kWh/a]

FF_V1_Dä_V1

FF_V1_Dä_V2

FF_V1_Dä_V3

FF_V2_Dä_V1

FF_V2_Dä_V2

FF_V2_Dä_V3


-32.332 (-1,6%)

-4.753 (-0,2%)

22.813 (+1,1%)

7.055 (+0,4%)

-3.323 (-0,2%)

-13.698 (-0,7%)


-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

FF_V1_Dä_V1

FF_V1_Dä_V2

FF_V1_Dä_V3

FF_V2_Dä_V1

FF_V2_Dä_V2

FF_V2_Dä_V3

Grundmodell956.583

-14.198 (-1,5%)

-7.341 (-0,8%)

-488 (-0,1%)

-6.064 (-0,6%)

-3.484 (-0,4%)

-904 (-0,1%)


194

Die meisten Einsparungen an den gesamten CO2-Emissionen lassen sich in der

dreiseitig-orientierten Ausführung der Fassadenfenster von FF_V2 mit dem höchsten

Dämmstandard FF_Dä_V3 in Höhe von 1,5 % erzielen. In Anbetracht der ökologi-

schen und ökonomischen Vorteile in Abbildung 7-53 ist die Kombination, als auch

alle weiteren Kombinationen für G2, wirtschaftlich ohne Beachtung von Anforderun-

gen an die Behaglichkeit nicht zu realisieren, denn hohen Investitionen stehen sehr

geringen Energieeinsparungen gegenüber. Gleiche ökonomische und ökologische

Aspekte sprechen gegen Fassadenfenster für das Temperaturniveau von 12 C für

G2. Da hier die Energieeinsparungen noch geringer ausfallen, die Investitionskosten

jedoch gleich wie bei 17 °C ausfallen, sind im Heizfall mit geringeren Temperaturan-

forderungen Fassadenfenster aus energetischer Sicht noch weniger empfehlenswert.


(rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Fassadenfenster von G2: halbau-tomatisches Logistikzentrum mit 17 °C

Das Kühllager von G2 mit 6 °C zeigt ähnliches Verhalten hinsichtlich Energiebedarf

und CO2-Emissionen wie G1 mit 6 °C, indem ein Energiemehrbedarf für jede Kombi-

nation der Varianten zwischen 1 % und 4 % entsteht. Mit diesen zusätzlichen jährli-

chen Energiekosten in Verbindung mit den hohen Investitionen sind Fassadenfenster

für G2 mit 6 °C nicht sinnvoll.


Im Referenzgebäude G3 sind das HRL sowie das AKL im Norden der Halle, in der

sich die Kommissionierung und die Bereitstellung des WE und WA befinden, ange-

ordnet. Die Verladetore sind bei G3 auf der Südseite. In der Variante FF_V1, zur

Kombination mit verschiedenen Dämmstandards als Planungsalternativen für die

Parameterstudien zur Untersuchung der Auswirkungen auf den Gesamtenergiebe-

darf von vollautomatischen Logistikzentren, befinden sich 10 Fenster über den Ver-

ladetoren. Die Variante FF_V2 hat an der Ost- sowie Westseite vier zusätzliche Fen-

ster. Die technischen Parameter der Varianten für G3 sind in Tabelle 7-13 zusam-

mengefasst.


172.963 (+82,2%)

159.168 (+75,7%)

89.468 (+42,5%)

57.654 (+27,4%)

53.056 (+25,2%)

29.823 (+14,2%)

-100.000 100.000 300.000 500.000

[€]

FF_V1_Dä_V1

FF_V1_Dä_V2

FF_V1_Dä_V3

FF_V2_Dä_V1

FF_V2_Dä_V2

FF_V2_Dä_V3

Grundmodell210.350

-50.000 -30.000 -10.000 10.000

[€/a]

Grundmodell41.937

-255 (-0,2%)

-2.361 (-1,5%)

-633 (-0,4%)

-1.010 (-0,6%)

-357 (-0,2%)

-1.359 (-0,8%)


195

Tabelle 7-13: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster


FF_GM FF_V1 FF_V2

Breite x Höhe Fenster [m] - 4,5 x 3 4,5 x 3

Anzahl Südfassade 0 10 10

Anzahl Ostfassade 0 0 4

Anzahl Westfassade 0 0 4

Anzahl Nordfassade 0 0 0

Fensterfläche gesamt [m2] 0 68 122

Die Ergebnisse in Abbildung 7-54 und Abbildung 7-55 der Untersuchungen für 17 °C

zeigen, dass sich mit keiner der Kombinationen aus Fensteranteil und Dämmstan-

dard nennenswerte Energieeinsparungen und CO2-Reduzierungen für G3 ergeben.

Für 12 °C fallen die Auswirkungen noch geringer aus. Obwohl der Fensterflächenan-

teil bezogen auf die Fassadenfläche wie bei den anderen Referenzgebäudemodellen

G1 und G2 steigt, reichen die Fassadenfenster nicht aus, das Potenziale der solaren

Einstrahlungen zu nutzen sowie nennenswerte Einsparungen bei der künstlichen Be-

leuchtung zu erzielen. Das Verhalten der unterschiedlichen Kombinationen der Vari-

anten als Planungsalternativen weist für die Auswirkungen auf den Gesamtenergie-

bedarf und die CO2-Emissionen das gleiche Verhalten wie bei G2 auf.




durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

FF_V1_Dä_V1

FF_V1_Dä_V2

FF_V1_Dä_V3

FF_V2_Dä_V1

FF_V2_Dä_V2

FF_V2_Dä_V3


-9.180 (-0,5%)

-1.972 (-0,1%)

5.237 (+0,3%)

3.284 (+0,2%)-728 (0,0%)

-4.740 (-0,2%)


-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

FF_V1_Dä_V1

FF_V1_Dä_V2

FF_V1_Dä_V3

FF_V2_Dä_V1

FF_V2_Dä_V2

FF_V2_Dä_V3

-4.330 (-0,4%)

-2.537 (-0,2%)

-744 (-0,1%)

-2.347 (-0,2%)

-1.349(-0,1%)

-351 (-0,0%)




196

Auch hier ist in Anbetracht der geringen Energie- und CO2-Einsparungen jeweils un-

ter 1 % und daraus resultierenden geringen Energiekosteneinsparungen in Verbin-

dung mit den zusätzlich hohen Investitionen in Abbildung 7-56 aus ökologischer und

ökonomischer Sicht von Fassadenfenstern in vollautomatischen Logistikzentren im

Heizfall und insbesondere im Kühlfall, wegen sogar steigender Energiebedarfe,

durch Fassadenfenster abzuraten.


(rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Fassadenfenster von G3: vollau-tomatisches Logistikzentrum mit 17 °C

Zusammenfassend bestehen geringe Auswirkungen von Fassadenfenstern auf den

Gesamtenergiebedarf von allen Arten der untersuchten Referenzgebäudemodelle.

Es besteht jedoch eine große Bedeutung von Fassadenfenstern für das Behaglich-

keitsempfinden der Nutzer. Grundsätzlich haben unter energetischen Aspekten Fas-

sadenfenster an der Südfassade am meisten Einfluss auf den Energiebedarf und

können in der Dämmung FF_Dä_V1 ausgeführt werden. Ost- / West- / und / oder

Nord-orientierte Fenster sind für keines der Referenzgebäudemodell mit unterschied-

lichem Automatisierungsgrad der Intralogistik zu empfehlen. Sollen trotzdem Fenster

geplant und verbaut werden, dann nur in der Dämmung FF_Dä_V3.

7.2.3 Dachfenster

Natürliches Tageslicht kann neben Fenstern in der Fassade auch über die horizonta-

le Hüllfläche in Form von Lichtkuppeln in den Raum von Logistikzentren gebracht

werden. Um darüber hinaus eine gute Luftqualität für den Nutzer sicherzustellen,

kann als Orientierungswert ein Dachfensteranteil bezogen auf die Grundfläche von

2 % angenommen werden [FVLR-2013]. Daher sind die definierten Grundmodelle

der Referenzgebäude für unterschiedliche Arten von Logistikzentren mit diesem pro-

zentualen Dachfensteranteil ausgestattet. Für die Parameterstudien in der Klasse

Dachfenster bleibt die Anzahl der integrierten Lichthauben stets gleich, lediglich die

Abmaße der Lichthauben werden je Referenzgebäude als Varianten vergrößert. Da-

mit steigt der verglaste Anteil der Gebäudehülle bezogen auf die Grundfläche der

Grundmodelle. Wie bei den Fassadenfenstern werden auch die Varianten der Dach-

fenster jeweils mit zwei unterschiedlichen Dämmeigenschaften der Verglasung aus


-100.000 100.000 300.000 500.000

[€]

FF_V1_Dä_V1

FF_V1_Dä_V2

FF_V1_Dä_V3

FF_V2_Dä_V1

FF_V2_Dä_V2

FF_V2_Dä_V3

Grundmodell79.065

14.074 (+17,8%)

25.046 (+31,7%)

27.217 (+34,4%)

25.258 (+31,9%)

44.942(+56,8%)

48.838 (+61,8%)

-50.000 -30.000 -10.000 10.000

[€/a]

-105 (-0,1%)

-728 (-0,4%)

-251 (-0,1%)

Grundmodell181.943

-465 (-0,3%)

-203 (-0,1%)

-397 (-0,2%)


197

Tabelle 7-14 kombiniert. Die Variante DF_Dä_GM stellt die Standardverglasung des

Grundmodells als Ausgangspunkt zur Untersuchung der Auswirkungen von Pla-

nungsalternativen für Dachfenster dar, wie sie in der EnEv 2009 [Bun-2009] für

Nichtwohngebäude gefordert ist. Die Variante DF_Dä_V3 bildet einen sehr guten

Dämmstandard für Dachfenster ab. Untersucht werden Kombinationen der Dachfen-

stervarianten für die Halle der drei Referenzgebäude. In den Grundmodellen von G2

und G3 besitzen das HRL und das AKL zusätzlich jeweils fünf weitere Lichthauben

auf Grundlage der Brandschutzvorgaben nach der [VDI 3564]. Diese Lichthauben

sind nicht in die Untersuchung einbezogen.

Tabelle 7-14: Untersuchte Dämmstandards der Verglasung für Fenster mit spezifischen Parame-tern zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster

Bauteilkennwerte Dämmstandard Dachfenster (G1-G3)

DF_Dä_GM DF_Dä_V3

U-Wert 2,7 1,3

g-Wert 0,64 0,4

T-D65 0,59 0,4


Die Varianten für den Dachfensteranteil für die Halle von G1 sind in Tabelle 7-15

dargestellt. DF_GM beschreibt das Grundmodell mit einem Dachfensteranteil von

2 %. Mit der Variante DF_V1 wird der Anteil der Dachfenster an der Grundfläche auf

4 % erhöht. Sukzessive wird mit der Variante DF_V2 der Anteil auf 8 % und mit

DF_V3 auf 16 % gesteigert. Bei einer gleichbleibenden Anzahl von 132 Lichtkuppeln

bei G1 vergrößert sich die Fensterfläche der Lichtkuppeln auf dem Dach.

Tabelle 7-15: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G1: manuelles Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster

Dachfensteranteil (G1)

DF_GM DF_V1 DF_V2 DF_V3

Länge x Breite Fenster [m] 1,5 x 1 1,5 x 2 2 x 3 2 x 6

Dachfensteranteil 2 % 4 % 8 % 16 %

Anzahl 132 132 132 132

Fensterfläche Lichtkuppeln [m2] 198 396 792 1584

Abbildung 7-57 zeigt die Auswirkungen der Planungsalternativen für unterschiedliche

Varianten von Dachfenstern auf den Gesamtenergiebedarf von G1 mit 17 °C. Es ist

ersichtlich, dass mit einem höheren Dachfensteranteil der Energiebedarf mit der

Standardverglasung DF_Dä_GM jeweils ansteigt. Werden die Varianten mit erhöh-

Gebäudehülle

Dachfenster

Planungsalternativen Vx2% DF 8% DF4% DF 16% DF


198

tem Dachfensteranteil mit dem höheren Dämmstandard DF_Dä_V3 kombiniert, er-

geben sich Energieeinsparungen. Diese Einsparungen steigen mit der Erhöhung des

Dachfensteranteils der Halle von G1 mit sehr hohem Dämmstandard. Auch bei Be-

trachtung der CO2-Emissionen von G1 mit 17 °C in Abbildung 7-58 zeigt es sich,

dass die jährlichen CO2-Emissionen mit der Standardverglasung DF_Dä_GM bei je-

der Vergrößerung der transparenten Dachfläche ansteigen. Wieder zum Gegenteil

wendet sich das Ergebnis, wenn die Verglasung mit besseren Dämmeigenschaften

DF_Dä_V3 gewählt wird. Dies ist auf den guten U-Wert zurückzuführen, sodass we-

niger Wärme durch das Glas verloren geht. So verringern sich auch die CO2-

Emissionen bei den Varianten mit der Verglasung DF_Dä_V3, je größer die Licht-

kuppeln sind auf bis zu 2,5 % Einsparungen an den gesamten CO2-Emissionen von

G1 bei 17 °C.


durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster


Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster

In Anbetracht der sehr hohen Investitionen, dargestellt in Abbildung 7-59 für die

Lichtkuppeln, ist die Variante DF_V3_DF_Dä_V3 aus ökonomischer Sicht nicht zu

empfehlen, weil auch die ökologischen Auswirkungen im Vergleich zu anderen Pla-

nungsalternativen relativ gering sind. Auch die Investitionen für die weiteren Kombi-

nationen für Dachfenster übersteigen bei weitem die Energiekosteneinsparungen,

sodass diese Planungsalternativen nicht sinnvoll sind. Denn es können keine Ener-

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudehülle Dachfenster

-67.250 (-3,3%)

67.356 (+3,3%)

-43.016 (-2,1%)

15.658 (+0,8%)

-23.818 (-1,2%)

1.941 (+0,1%)

-32.407 (-1,6%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3


CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudehülle Dachfenster

-16.721 (-2,5%)

16.723 (+2,5%)

-10.694 (-1,6%)

3.882 (+0,6%)

-5.919 (-0,9%)

481 (+0,1%)

-2.881 (-0,4%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

Grundmodell659.885


199

giekosten eingespart werden, weil durch die Höhe der Halle von 14 m zu wenig Ta-

geslicht in die Arbeitsbereiche gelangt und der Strombedarf für die Beleuchtung nicht

sinkt.


(rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Dachfenster von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C

Wird die Halle von G1 auf 6 °C gekühlt, stellt die Kombination DF_GM_DF_Dä_V3

aus dem Dachfensteranteil des Grundmodells und dem besseren Dämmstandard die

einzige Variante dar, bei der eine Verringerung der CO2-Emissionen im Vergleich

zum Grundmodell von 2,5 % erreicht werden kann. Wie in Abbildung 7-60 zu sehen,

steigen die CO2-Emissionen von G1 im Kühlfall mit allen anderen Kombinationen, in

Verbindung mit der Variante DF_Dä_V3 jedoch wesentlich geringer. Dieser Sachver-

halt kann mit dem niedrigeren g-Wert der Verglasung erklärt werden, sodass weniger

Solarstrahlung in den Halleninnenraum gerät und der Raum weniger erhitzt wird.


Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster

Aus energetischer, ökologischer und ökonomischer Sicht kann die Empfehlung ge-

geben werden, in jeder Ausführung von manuellen Logistikzentren nach der Art des

Referenzgebäudes G1 auf die besseren Eigenschaften der Verglasung DF_Dä_V3

auszuweichen und den Dachfensteranteil gering zu halten. Bei der gekühlten Halle

Investition und Energiekosten – G1 17°C Gebäudehülle Dachfenster

895.297 (+95,3%)

568.673 (+60,5%)

407.029 (+43,3%)

243.717 (+25,9%)

162.895 (+17,3%)

81.239 (+8,6%)

40.828 (+4,3%)

-100.000 200.000 500.000 800.000 1.100.000

[€]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

Grundmodell939.662

-2.445 (-2,4%)

2.444 (+2,4%)

-1.563 (-1,5%)

567 (+0,5%)

-865 (-0,8%)

70 (+0,1%)

-1.177 (-1,1%)

-30.000 -10.000 10.000 30.000

[€/a]

Grundmodell103.851


129.080 (+22,6%)

247.178 (+43,2%)

46.799 (+8,2%)

105.315 (+18,4%)

5.824 (+1,0%)

34.982 (+6,1%)

-14.476 (-2,5%)

-200.000 -100.000 0 100.000 200.000 300.000 400.000

[kg/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

Grundmodell571.521


200

ist darauf zu achten, den Dachfensteranteil möglichst gering zu gestalten und eben-

falls die bessere Verglasung DF_Dä_V3 zu verwenden.


Für den Dachfensteranteil für die Halle von G2 sind die untersuchten Varianten in

Tabelle 7-16 abgebildet. Wie bei G1 steigt auch hier je Variante der Fensterflächen-

anteil ausgehend von 2 % im Grundmodell.

Tabelle 7-16: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G2: halbautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster





Anzahl 55 55 55 55

Fensterfläche Lichtkuppeln [m2] 82,5 165 330 660

Die Auswirkungen der Untersuchungen mit unterschiedlichem Dachfensteranteil ver-

halten sich im Grundmodell des Referenzgebäudes G2 ähnlich zu denen von G1, da

die Hallenbereiche ähnlich aufgebaut sind. Nur das Volumen der Halle von G2 ist

kleiner und nicht mehr quadratisch wie bei G1. Die Auswirkungen der Planungsalter-

nativen für Dachfenster auf den Gesamtenergiebedarf in Abbildung 7-61 und die

CO2-Emissionen in Abbildung 7-62 zeigen für G2 daher ebenfalls, dass je mehr

Lichthauben verbaut sind und je höher damit der Fensterflächenanteil ist, desto mehr

entsteht ein höherer Energiebedarf mit steigenden CO2-Emissionen bei einer Ausfüh-

rung der Fenster mit der Standardverglasung DF_Dä_GM. Werden Dachfenster in

der Ausführung DF_Dä_V3 verwendet, werden bei höher verglastem Dachanteil we-

niger CO2-Emissionen aufgrund eines geringeren Energiebedarfs verursacht. Die

ökologische und ökonomische Bewertung in Abbildung 7-63 zeigt für G2, dass die

Implementierung eines höheren Dachfensteranteils sowie eines besseren Dämm-

standards nicht rentabel ist. Die Investitionen übersteigen die mit den Varianten er-

zielbaren Energiekosteneinsparungen.

Für das Temperaturniveau für G2 von 12 °C ergeben sich gleiche Ergebnisse für die

unterschiedlichen Kombinationen aus Dachfensteranteil und Dämmeigenschaft der

Verglasung, nur mit noch geringeren Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf

und die CO2-Emissionen. Im Falle einer Kühlung der Halle reduziert sich, wie bereits

bei G1, der Gesamtenergiebedarf von G2 lediglich in der Variante

DF_GM_DF_Dä_V3. Mit den anderen Kombinationen als Planungsalternativen steigt

der Energiebedarf um weniger als 1 % und die CO2-Emissionen erhöhen sich ent-

sprechend. Da die Investitionen gleich denen mit dem Temperaturniveau von 17 °C


201

in Abbildung 7-63 entsprechen, kann auch für das Referenzgebäude G2 empfohlen

werden, den Dachfensteranteil so gering wie möglich zu gestalten.


17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster




(rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Dachfenster von G2: halbauto-matisches Logistikzentrum mit 17 °C


Für G3 sind die untersuchten Varianten zum Dachfensteranteil in Tabelle 7-17 dar-

gestellt. Auch hier steigt ausgehend von dem Grundmodell DF_GM mit einem Dach-

fensteranteil von 2 % der Anteil auf 4 %, 8 %, 16 % mit DF_V1 bis DF-V3.


-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3


-24.389 (-1,2%)

27.270 (+1,4%)

-15.559 (-0,8%)

7.371 (+0,4%)

-8.856 (-0,4%)

1.452 (+0,1%)

-4.753 (-0,2%)


-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

Grundmodell956.583

-6.063 (-0,6%)

6.777 (+0,7%)

-3.867 (-0,4%)

1.833 (+0,2%)

-2.201 (-0,2%)

362 (+0,0%)

1.182 (-0,1%)


373.040 (+97,3%)

236.947 (+61,8%)

169.595 (+44,2%)

101.549 (+26,5%)

67.873 (+17,7%)

33.850 (+8,8%)

17.012 (+4,4%)

-100.000 200.000 500.000 800.000

[€]

G2_17 _Dachfenster_Invest

Grundmodell383.520

-20.000 0 20.000

[€/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

Grundmodell161.212

-886 (-0,5%)

-9 (0,0%)

-565 (-0,4%)

268 (+0,2%)-322 (-0,2%)

53 (0,0%)

-173 (-0,1%)


202

Tabelle 7-17: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster





Anzahl 22 22 22 22

Fensterfläche Lichtkuppeln [m2] 33 66 132 264

Abbildung 7-64 zeigt die Auswirkungen der Varianten Dachfensteranteil in Kombina-

tion mit den unterschiedlichen Dämmstandards auf den Gesamtenergiebedarf von

G3. Abbildung 7-65 visualisiert die ökologischen Auswirkungen hinsichtlich des CO2-

Reduzierungspotenzials. Es ist ersichtlich, dass die verschiedenen Dachfensterantei-

le sowie Dämmeigenschaften der Verglasung keinen Einfluss auf den Gesamtener-

giebedarf von G3 haben. Damit ergeben sich keine Energiekosteneinsparungen, die

den zusätzlichen Investitionen für einen erhöhten Dachfensteranteil in Abbildung

7-66 entgegenstehen.




durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster


-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

-12.546 (-0,6%)

6.562 (+0,3%)

-7.291 (-0,4%)

980 (+0,1%)-2.195 (-0,1%)

-93 (-0,0%)

-1.668 (-0,1%)



-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

-3.123 (-0,3%)

1.630 (+0,2%)

-1.813 (-0,2%)

243 (+0,0%)

-546 (-0,1%)

-22 (-0,0%)

-415 (-0,0%)



203


(rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Dachfenster von G3: vollautoma-tisches Logistikzentrum mit 17 °C

Grundsätzlich macht ein höherer Dachfensteranteil bei vollautomatischen Logistik-

zentren mit kleinen Hallenbereichen wie im Referenzgebäude von G3 untersucht,

aufgrund des geringen Einflusses auf den Heizenergiebedarf keinen Sinn. Denn

Auswirkungen von einem erhöhten Dachfensteranteil auf den Gesamtenergiebedarf

und die CO2-Emissionen sind in diesem Fall fast nicht vorhanden. Die Steigerung

des Dachfensteranteils im Verhältnis zur Grundfläche bringt jedoch wesentlich höhe-

re Bauteilkosten mit sich. Damit ist von Dachfenstern über ein gefordertes Maß hin-

aus aus ökologischer und ökonomischer Sicht im Heiz- und insbesondere im Kühlfall

abzuraten. Sollen dennoch mehr Dachfenster verbaut werden, ist DF_Dä_V3 zu

wählen. Im Kühlfall sollte die Mindestanforderung von 2 % Dachfensteranteil nicht

überschritten und DF_Dä_V3 gewählt werden.

7.2.4 Verladetore

Die definierten Grundmodelle der Referenzgebäude besitzen an den Verladetoren

Planen-Torabdichtungen, die die übliche Standardausführung von Logistikzentren

darstellen. Eine Planen-Torabdichtung passt sich den unterschiedlichen Lkw-Größen

an, schützt vor Witterungseinflüssen und verhindert Zugluft, wenn das Tor beim

Be- und Entladen geöffnet ist. Dennoch wird mit einer Planen-Torabdichtungen keine

komplette Abschottung zur Außenluft erreicht, weil montagebedingt Durchlässigkei-

ten und Lücken zwischen Plane und Lkw auftreten. Weiterhin entsteht durch die Ver-

ladebrücke eine Wärmebrücke, weil in diesem Bereich die Wärmedämmung der Ge-

bäudehülle unterbrochen ist und die Ladebrücke in Kontakt mit der Außenluft steht

und in das Gebäude hinein führt.

Als Planungsalternative können Vorsatzschleusen für die Verladetore implementiert

werden. Lüftungswärmeverluste und der resultierende Wärmebedarf können durch

den Einsatz einer Vorsatzschleuse oder einem Schleusenbereich deutlich reduziert

werden. Durch die Konstruktion der Vorsatzschleuse, die vor dem Tor installiert oder


-100.000 100.000 300.000

[€]

Grundmodell154.273

149.216 (96,7%)

94.779 (+61,4%)

67.838 (+44,0%)

40.620 (+26,3%)

27.149 (+17,6%)

13.405 (+8,8%)

6.805 (+4,4%)

-25.000 0 25.000

[€/a]

DF_GM_DF_Dä_V3

DF_V1_DF_Dä_GM

DF_V1_DF_Dä_V3

DF_V2_DF_Dä_GM

DF_V2_DF_Dä_V3

DF_V3_DF_Dä_GM

DF_V3_DF_Dä_V3

-456 (-0,3%)

239 (+0,1%)

-265 (-0,1%)

36 (+0,0%)

-79 (-0,0%)

3 (+0,0%)

-60 (-0,0%)

Grundmodell181.943


204

im Gebäude integriert wird, kann einerseits eine durchgehende Dämmung der Fas-

sade erreicht werden und andererseits können die Wärmeverluste durch einen redu-

zierten Luftaustausch minimiert werden. Alternativ zur Vorsatzschleuse können ge-

gen Zugluft durch Spalten aufblasbare Torabdichtungen oder die Kissentorabdich-

tung zur Energieeinsparung eingesetzt werden. Aufblasbare Torabdichtungen ver-

hindern Zugluft, wenn der Lkw angedockt ist und das Tor offen ist. Nach dem Anfah-

ren des Lkw werden die Luftschläuche der aufblasbare Torabdichtung mit Luft über

eine Lüftung befüllt. Um den Druck aufrecht zu erhalten, läuft die Lüftung permanent

während des Be- oder Entladevorgangs. Nach dem Entladevorgang wird der Blase-

balken automatisch oder manuell entlüftet und der Lkw kann abdocken. Gegen Be-

schädigung der Luftkissen setzen Hersteller an Stellen, wo scharfe Kanten auftreten

können, zusätzliches Material auf.

Die Kissentorabdichtung erfüllt den gleichen Zweck wie die aufblasbare Torabdich-

tungen, ist jedoch nur für gleiche Höhen der Auflieger geeignet. Um darüber hinaus

Wärmebrücken zu vermeiden, können Ladebrücke von unten isoliert werden oder

Tore ausgewählt werden, welche über der Ladebrücke schließen [Ste-2017]. Weiter-

hin können nach Klimke et al. [Kli-2013, S. 73ff] für außen liegende Tore, die für ei-

nen Staplerverkehr vorgesehen sind, Luftschleier- bzw. Luftwandanlagen eingesetzt

werden, die insbesondere die Behaglichkeit für die Nutzer des Logistikgebäudes

steigern. Denn eine einheitliche Aussage über Energieeinsparpotenziale von Luft-

schleiern kann nicht getroffen werden, weil nach Klimke et al. die Effizienz in hohem

Maße von der Qualität der Luftabschirmung zwischen Innen und Außen abhängig ist.

Als Planungsalternative werden Vorsatzschleusen für die Verladetore auf ihre ener-

getischen Auswirkungen untersucht, weil diese zum einen die Lüftungswärmeverlu-

ste reduzieren und zum anderen mit dieser Variante keine Wärmebrücken entstehen.

Für die Bestimmung der Lüftungswärmeverluste bei Be- oder Entladevorgängen wird

für die Energieermittlung angenommen, dass nur noch der direkte Luftaustausch mit

dem Lkw bestimmend ist. Tabelle 7-18 zeigt die für die Berechnung ermittelten Luft-

wechselraten im Grundmodell mit einer Standard-Planen-Torabdichtung der Variante

Tor_GM und der Alternative Tor_Schleuse mit Vorsatzschleusen.

Tabelle 7-18: Untersuchte Varianten mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Verladetore

Luftwechsel [m³/m² h] Tor_GM Tor_Schleuse

G1: manuelles Logistikzentrum 1 1

G2: halbautomatisches Logistikzentrum 4,21 3,79

G3: vollautomatisches Logistikzentrum 10,4 9,36

Gebäudehülle

Verladetore

Planungsalternativen VxStandard Vorsatzschleuse


205

Die Luftwechselraten der manuellen Lagerhalle liegen unter den Anforderungen der

[DIN 18599-10], sodass hier für das Grundmodell als auch für die Planungsalternati-

ve der Luftwechsel von 1 m3/m2h zur Untersuchung herangezogen wird.


In Abbildung 7-67 sind die Auswirkungen der Planungsalternative Vorsatzschleuse

für Verladetore auf den Gesamtenergiebedarf des Referenzgebäudes G1 dargestellt.

Mit dieser Planungsalternative lassen sich bei einem Temperaturniveau von 17 °C

17,1 % des Energiebedarfs von G1 einsparen. Das entspricht einer Reduzierung der

gesamten CO2-Emissionen in Höhe von 85.424 kg jährlich und einer Senkung um ca.

13 %, zu sehen in Abbildung 7-68.


durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore


Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore

Mit Vorsatzschleusen als Planungsalternative für die 13 Verladetore des Referenz-

gebäudes G1 mit 16 Be- und Entladungen in einer Stunde können jährlich etwa

12.500 € Energiekosten durch reduzierte Wärmeverluste eingespart werden. Die

Mehrkosten für diese Planungsalternativen, in Abbildung 7-69 dargestellt, liegen bei

ca. 90.000 €.


(rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G1: manuelles Lo-gistikzentrum mit 17 °C

Damit amortisieren sich die Vorsatzschleusen für das Grundmodell von G1 mit 17 °C

nach etwas mehr als sieben Jahren und können für die Planung von energieeffizien-

ten manuellen Logistikzentren empfohlen werden. Die Einsparungen durch Vorsatz-

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudehülle Verladetore

-343.754 (-17,1%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Tor_Schleuse Grundmodell2.014.455

CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudehülle Verladetore

-85.424 (-12,9%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Tor_SchleuseGrundmodell

659.885

91.000 (+116,7%)

-100.000 0 100.000 200.000 300.000

[€]


78.000

Investition und Energiekosten – G1 17°C Gebäudehülle Verladetore

-12.487 (-12,0%)

-100.000 -50.000 0 50.000

[€/a]

Grundmodell103.851


206

schleusen beim Temperaturniveau von 12 °C sowie im Kühlfall bei G1 sind jeweils

geringer, sodass sich für diese Planungsalternative längere, aber akzeptable Amorti-

sationszeiten ergeben.


Die Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von Vorsatzschleusen für die 16

Verladetore von G2 sind in Abbildung 7-70 dargestellt, Abbildung 7-71 zeigt den Ein-

fluss auf die verursachten CO2-Emissionen. Durch die Verwendung von Vorsatz-

schleusen werden 10,8 % Energie eingespart und 5,6 % weniger CO2-Emissionen

verursacht. Im Vergleich zum Referenzgebäude G1 bedeutet dies, dass etwa

30.000 kg/a weniger CO2 eingespart werden können, was dem kleineren zu behei-

zenden Raumvolumen von G2 geschuldet ist. Obwohl das Grundmodell von G2 mit

gleichem Durchsatz von 16 Be- und Entladungen in der Stunde drei Tore mehr be-

sitzt als G1 und die jährlichen Energiekosten in Abbildung 7-72 geringer ausfallen,

amortisieren sich die Investitionen für diese Planungsalternative in Abbildung 7-72

nach ca. 14 Jahren bei 17 °C Innenraumtemperatur. Dies ist bei einem Temperatur-

niveau von 12 °C mit über 40 Jahren nicht mehr Fall. Im Kühlfall mit maximal 6 °C

Innenraumtemperatur steigen die Energieeinsparungen wieder, sodass sich für die

Planungsalternative Vorsatzschleusen bei G2 eine Amortisationszeit von 24 Jahren

im Kühlfall ergibt.


17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore




(rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G2: halbautomati-sches Logistikzentrum mit 17 °C


-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]


1.995.056

-214.762 (-10,8%)


-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]Tor_Schleuse

Grundmodell956.583

-53.396 (-5,6%)


-100.000 0 100.000 200.000 300.000

[€]


96.000

112.000 (+116,7%)

-100.000 -50.000 0 50.000

[€/a]

Grundmodell161.212

-7.807 (-4,8%)


207


Abbildung 7-73 und Abbildung 7-74 zeigen, dass im Referenzgebäude G3 der Ge-

samtenergiebedarf lediglich um 6,2 % und die CO2-Emissionen um 2,8 % mit Vor-

satzschleusen als Planungsalternative für das Temperaturniveau 17 °C reduziert

werden können. Obwohl dies sehr gering erscheint, ist diese Maßnahmen im Ver-

gleich zu den weiteren Planungsalternativen aus dem Bereich der Gebäudehülle,

insbesondere in Anbetracht der zusätzlichen Investitionen in Abbildung 7-75, für die

16 Verladetore von G3 mit akzeptablen Amortisationszeiten für Gebäude mit 17 °C

von 25 Jahren verbunden.

Bei isolierter Betrachtung des Energiebedarfs nur für das Gebäude, können Vorsatz-

schleusen 18 % einsparen. Mit sinkenden Innenraumtemperaturanforderungen sin-

ken auch die Energieeinsparungen, sodass G3 mit 12 °C nur noch 4,1 % des Ge-

samtenergiebedarfs einsparen kann. Dementsprechend verdoppelt sich hier die

Amortisationszeit für die Vorsatzschleusen. Bei 6 °C von G3 können zwar nur noch

1,4 % des Gesamtenergiebedarfs eingespart werden, jedoch bedeutet das im Kühl-

fall auch höhere Reduzierungen der Energiekosten als im Heizfall, weil die Prozess-

kälte für G3 mit Strom erzeugt wird und dieser teurer ist als Gas zur Wärmeerzeu-

gung. Damit betragen die Amortisationszeiten von Vorsatzschleusen für G3 im Kühl-

fall 35 Jahre.




durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore


(rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G3: vollautomati-sches Logistikzentrum mit 17 °C


-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a] -121.037 (-6,2%)



-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Tor_Schleuse

-30.109 (-2,8%)



-100.000 0 100.000 200.000 300.000

[€]


96.000

112.000 (+116,7%)

-100.000 -50.000 0 50.000

[€/a]-4.402 (-2,4%)

Grundmodell181.943


208

Grundsätzlich hängt eine ökonomische und ökologische Bewertung der Vorsatz-

schleusen als Planungsalternative für Verladetore von den Nutzungszeiten und der

Größe des Logistikgebäudes, den Toröffnungszyklen und -zeiten sowie der geforder-

ten Innenraum-Solltemperatur ab. Mit einem höheren Aufkommen von Be- und Ent-

ladevorgängen können größere Energieverluste durch Vorsatzschleusen verhindert

werden, sodass die Wirtschaftlichkeit immer nutzungsabhängig bewertet werden

muss. Anhand der Untersuchung kann aber festgehalten werden, dass insbesondere

für manuell betriebene Logistikzentren mit einem großen, zu konditionierenden

Raumvolumen, Vorsatzschleusen als Planungsalternative sinnvoll sind.

7.2.5 Kubatur

Die Parameterstudien zur Untersuchung der Kubatur betreffen die Geometrie der

Halle des Referenzgebäudes G1. Hierzu wird bei gleichbleibendem Hallenvolumen

von 140.000 m3 untersucht, welche Auswirkungen ein schlechteres Oberfläche-zu-

Volumen-Verhältnis (A/V-Verhältnis) auf den Gesamtenergiebedarf und die CO2-

Emissionen hat. Dafür wird bei einer gleichbleibenden Breite die Länge des Grund-

modells von G1 verdoppelt, indem die Höhe des Referenzgebäudes von 14 auf 7 m

halbiert wird. Tabelle 7-19 zeigt die technischen Parameter dieser Variante längs_V1

der Kubatur als Planungsalternative, mit der die Versuche in der Klasse Kubatur

durchgeführt werden.

Die Vergrößerung der Hüllfläche auf 44.320 m3 bewirkt einen deutlich höheren

Transmissionswärmeverlust, den im Heizfall die solaren Gewinne über die opake

Hüllfläche nicht ausgleichen können. Dies hat zur Folge, dass der Gesamtenergie-

bedarf von G1 bei 17 °C um 11,8 % steigt, wie in Abbildung 7-76 zu sehen, und die

CO2-Emissionen um 19,7 % zunehmen, wie Abbildung 7-78 zeigt.

Tabelle 7-19: Untersuchte Planungsalternative mit technischen Parametern der Variante zur Geometrie zur Energieermittlung für die Klasse Kubatur

Geometrie Gebäude (G1)

quadratisch_GM längs_V1

Länge [m] 100 200

Breite [m] 100 100

Höhe [m] 14 7

Fläche netto [m²] 10.000 20.000

Volumen [m³] 140.000 140.000

Hüllfläche [m²] 25.680 44.320

Gebäudehülle

Kubatur

Planungsalternativen Vxquadra-tisch

länglich


209

Im Kühlfall von G1 bewirkt das schlechtere A/V-Verhältnis sogar eine Steigerung des

Gesamtenergiebedarfs um 46 % und eine CO2-Emissionssteigerung von ebenfalls

46 %, wie in Abbildung 7-77 und Abbildung 7-79 dargestellt. Dies hat entsprechend

den ökologischen Auswirkungen mit gestiegenen CO2-Emissionen auch Auswirkun-

gen auf die laufenden Energiekosten. Weiterhin weist das Referenzgebäudemodell

von G1 im Fall der länglichen Ausführung der Planungsalternative längs_V1 ca. 80 %

mehr Hüllfläche auf, sodass auch die Bauteilekosten in gleichem Ausmaß ansteigen.

Aufgrund dieser eindeutigen Ergebnisse werden Parameterstudien zur Kubatur nicht

zusätzlich an G2 und G3 durchgeführt.


durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur


durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur


Variation Geometrie der Klasse Kubatur


Variation Geometrie der Klasse Kubatur

Grundsätzlich kann die Kubatur betreffend für alle Arten von Logistikzentren anhand

der Untersuchung am Referenzgebäude für manuelle Logistikzentren ausdrücklich

empfohlen werden, bereits in der Planung auf eine kompakte Bauweise zu achten,

um die Hüllfläche weitestgehend zu minimieren. Diese Erkenntnis sollte schon bei

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudehülle Kubatur

237.122 (+11,8%)

-200.000 0 200.000 400.000 600.000 800.000

[kWh/a]

längs_V1


CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudehülle Kubatur

Energiebedarf – G1 6°C Gebäudehülle Kubatur

385.186 (+46,0%)

-200.000 0 200.000 400.000 600.000 800.000

[kWh/a]

längs_V1Grundmodell

836.781


130.242 (+19,7%)

-200.000 -100.000 0 100.000 200.000 300.000 400.000

[kg/a]

längs_V1

Grundmodell659.885


263.082 (+46,0%)

-200.000 -100.000 0 100.000 200.000 300.000 400.000

[kg/a]

längs_V1

Grundmodell571.521


210

der Suche nach einem geeigneten Grundstück und später insbesondere bei der Ge-

staltung des Materialflusslayouts berücksichtigt werden.

7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik

Der Energiebedarf der Gebäudetechnik von Logistikzentren wird direkt durch die Ei-

genschaften der Gebäudehülle beeinflusst. Nach der Untersuchung von Planungsal-

ternativen für die Gebäudehülle werden im Folgenden Parameterstudien zur Unter-

suchung der Auswirkungen von Planungsalternativen für die im Grundmodell der Re-

ferenzgebäude modellierten Grundelemente je Klasse für den Bereich Gebäude-

technik vorgestellt. Abbildung 7-80 zeigt die modellierten und in Kapitel 5.2.2 identifi-

zierten Grundelemente und deren Planungsalternativen, die anhand der Referenz-

gebäude auf ihre Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf untersucht werden.

Abbildung 7-80: Grundelemente und Planungsalternativen je Klasse des Bereichs Gebäudetechnik

zur Durchführung der Parameterstudien je Referenzgebäudemodell

7.3.1 Beleuchtung

Die Grundmodelle der definierten Referenzgebäude besitzen für alle Temperatur-

niveaus als Beleuchtungsmittel einheitliche Leuchtstofflampen mit elektronischen

Vorschaltgeräten. Das System wird automatisch tageslichtabhängig geregelt. Die

Beleuchtungsstärke auf Nutzebene wurde in Kapitel 6.1.2 mit 150 lx und weiteren

spezifischen Parametern zur Energieermittlung definiert. Als Planungsalternativen in

der Klasse der künstlichen Beleuchtung bestehen zum einen der Einsatz von licht-

emittierenden Dioden (LED) als technologische Maßnahme auf der Komponenten-

ebene und zum anderen die Implementierung einer Bewegungssteuerung als pro-

zessübergreifende Maßnahme.

LED-Leuchten zeichnen sich insbesondere durch eine sehr lange Lebensdauer mit

einem geringen Wartungsaufwand aus, weiterhin erzeugen sie mit einer geringeren

Leistungsaufnahme als herkömmliche Leuchten die gleiche oder eine höhere Licht-

menge ohne Wärme abzustrahlen [Zum-2017]. Damit verbrauchen LED-Leuchten

Gebäudetechnik

Heizsystem

Dunkel-strahler

GWWäPu - FBH

HackschnFBH

Gas-Umluft

Hell-strahler

HackschnUmluft

Kühlsystem

Kompres-sions KM

VRF-System

Split-Gerät

Lüftung

keine

+ Wärmerückgewinnung

Lüftungsanlage

Beleuchtung

mit Bewegungssteuerung

Regenerative Energie

Solare Biomassekeine


211

über 60 % weniger Energie. Die Kosten für LED-Leuchten sind jedoch weiterhin trotz

gesunkener Preise immer noch deutlich höher als für herkömmliche Leuchtstoffröh-

ren und Metalldampflampen. Auf Grund der gesunkenen Strom- und Instandhal-

tungskosten können LED-Leuchten jedoch nach ein bis drei Jahren wirtschaftlich

sein [o. V.-2014]. Bei der prozessübergreifenden Maßnahme mit einer Bewegungs-

steuerung als Planungsalternative wird mittels Bewegungs- oder Präsenzsensoren

das Licht bedarfsgerecht gesteuert und damit ausgeschaltet, wenn es nicht benötigt

wird.

Als Planungsalternative wird eine Bewegungssteuerung auf ihre Auswirkungen auf

den Gesamtenergiebedarf von Referenzgebäude G1 analysiert. LED-Leuchten wer-

den nicht untersucht, weil im Grundmodell bereits als Standardausführung effiziente

Leuchtmittel mit Vorschaltgeräten modelliert sind. Mit dem Grundmodell G1 wird un-

tersucht, inwiefern sich der Energiebedarf für die Beleuchtung mittels Präsenzmel-

dern senken lässt. Es wird angenommen, dass sich in der Vorzone als Arbeitsbe-

reich des WE und WA mit Bereitstellflächen zu 100 % der Betriebszeit Menschen

aufhalten. Im manuellen Lager wird eine ABC-Zonierung nach Häufigkeit angenom-

men, sodass Schnellläufer im vorderen Bereich der Regalgasse gelagert werden und

Paletten mit geringem Zugriff im hinteren Bereich am Ende der Regalgasse gelagert

werden. Deshalb werden Präsenzmelder nur im manuellen Lager in jeder der 18 Re-

galgassen eingesetzt, in dem das Lager entsprechend der ABC-Zonierung in drei

Abschnitte unterteilt wird. Entsprechend der Zugriffshäufigkeit wird die Annahme für

die Planungsalternative Beleuchtung_Zonierung getroffen, dass im ersten Drittel der

Regalgassen ausgehend von der Vorzone des WE- / WA-Bereichs eine Anwesenheit

von Mitarbeitern während der Betriebszeit von 50 %, im zweiten Drittel von 35 % und

im hintersten Abschnitt von 5 % herrscht, wie in Tabelle 7-20 dargestellt. Weil das

manuelle Lager in den automatisierten Referenzgebäuden G2 und G3 in ein vollau-

tomatisches Hochlager ohne Personenbelegung überführt ist und für Hallenbereiche

angenommen wird, dass Menschen mit 100 % anwesend sind, wird eine Bewe-

gungssteuerung der Beleuchtung nur für G1 untersucht.

Tabelle 7-20: Untersuchte Varianten mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Beleuchtung

Anwesenheit im manuellen Lager in der Betriebszeit (G1)

Beleuchtung_GM Beleuchtung_Zonierung

Vorzone Arbeitsbereich WE / WA 100 % 100 %

Zone 1: Erstes Drittel Regalgassen von Vorzone 100 % 50 %

Zone 2: Zweites Drittel Regalgassen von Vorzone 100 % 35 %

Zone 3: Drittes Drittel Regalgassen von Vorzone 100 % 5 %

Gebäudetechnik

Beleuchtung

Planungsalternativen Vxmit Bewegungssteuerung


212

Abbildung 7-81 und Abbildung 7-82 zeigen die Auswirkungen von einer festgelegten

Zonierung mit Präsenzsensoren zur Beleuchtungssteuerung auf den Gesamtener-

giebedarf von G1 für den Heizfall bei 17 °C sowie 12 °C und Abbildung 7-83 für den

Kühlfall bei maximal 6 °C auf. Durch den Einsatz der Präsenzsensoren, die die Be-

leuchtung jeweils nur bei Anwesenheit von Mitarbeitern in der entsprechenden Zone

der Regalgasse einschalten, steigt der Heizenergiebedarf bei 17 °C und 12 °C mini-

mal an, weil die Leuchten weniger Abwärme an die Halle abgeben. In der Gesam-

tenergiebilanz sinkt der Energiebedarf jedoch um 0,2 % bei 17 °C und um 1,7 % bei

12 °C. Diese Energieeinsparungen führen auch zu den entsprechenden Reduzierun-

gen der gesamten CO2-Emissionen, wie in Abbildung 7-84 für 17 °C und Abbildung

7-85 für 12 °C dargestellt. Wird das Grundmodell G1 auf 6 °C gekühlt, wirkt sich eine

Beleuchtungssteuerung durch verminderte Abwärmeverluste noch positiver aus, weil

mit dem Strombedarf der Beleuchtung auch der Strombedarf für die Prozesskälteer-

zeugung reduziert wird. Die Energie- und CO2-Einsparungen erhöhen sich auf jeweils

13,1 % im Kühlfall von G1, dargestellt in Abbildung 7-83 und Abbildung 7-86.


durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung






eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung

-3.536 (-0,2%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]

Beleuchtung_ZonierungGrundmodell

2.014.456


-22.294 (-1,7%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]


1.314.654


-109.210 (-13,1%)

-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kWh/a]


836.781

-35.737 (-5,4%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]


659.885

O2-Emissionen – G1 17°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung


213






(rechts) einer Bewegungssteuerung aus der Klasse Beleuchtung von G1: manuel-les Logistikzentrum mit 17 °C

Zur ökonomischen Bewertung sind in Abbildung 7-87 die zusätzlichen Investitionen

für die Bewegungssteuerung der Beleuchtung im Vergleich zu den jährlich einge-

sparten Kosten für G1 mit 17 °C dargestellt. Es ist ersichtlich, dass aus ökonomi-

scher und ökologischer Sicht die Planungsalternative Beleuchtung_Zonierung für den

untersuchten Fall wirtschaftlich ist und in der Planung von manuellen Logistikzentren

als sinnvolle Alternative beachtet werden muss. Denn die zusätzlichen Investitionen

für diese Planungsalternative bleiben in einem überschaubaren Rahmen, sodass die

jährlichen Energiekosteneinsparungen eine Beleuchtungssteuerung mit Präsenzsen-

soren für G1 mit 17 °C die Investition dafür bereits übersteigen. Da die Energieein-

sparungen und damit die laufenden Energiekosten bei 12 °C und insbesondere bei

6 °C höher sind als bei 17 °C, ist eine Beleuchtungssteuerung für manuelle Lager mit

ähnlichen Anwesenheits- und Betriebszeiten in jedem Fall empfehlenswert.

7.3.2 Lüftung

In der Regel sind Logistikzentren, solange sie auf Grund der gelagerten Güter keine

besonderen Anforderungen zu erfüllen haben, mit keiner mechanischen Lüftungsan-

lage ausgestattet. Daher besitzen auch die Grundmodelle der modellierten Refe-

renzgebäude keine Lüftungsanlage. Die Grundmodelle werden natürlich über vor-

handene Fassadenöffnungen belüftet. Daher werden zunächst anhand des Refe-

renzgebäudes G1 die Auswirkungen einer mechanischen Lüftungsanlage dahin ge-

CO2-Emissionen – G1 12°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung

-40.401 (-8,3%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Beleuchtung_Zonierung

Grundmodell486.003

CO2-Emissionen – G1 6°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung

-74.590 (-13,1%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]


571.521

Investition und Energiekosten – G1 17°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung

-6.841 (-6,6%)

-100.000 -50.000 0 50.000

[€/a]

Grundmodell103.851

-50.000 0 50.000 100.000

[€]

Beleuchtung_Zonierung

Grundmodell0

+3.500


214

hend untersucht, ob mit dieser Planungsalternative Lüftung_V1 der Gesamtenergie-

bedarf gesenkt werden kann. Als weitere Planungsalternative Lüftung_V1_WRG wird

die mechanische Lüftungsanlage mit einer Wärmerückgewinnung ausgestattet. Die

spezifischen Parameter zur Energieermittlung und Bestimmung der Auswirkungen

der Planungsalternativen aus der Klasse Lüftung auf den Gesamtenergiebedarf von

G1 sind in Tabelle 7-21 dargestellt. Als Volumenstrom wird 1 m³/m²h angesetzt. Die-

ser Wert ist als flächenbezogener Mindestvolumenstrom bei der natürlichen Lüftung

in den Nutzungsbedingungen der [DIN 18599-10] definiert und wird entsprechend auf

die Lüftungsanlage übertragen.

Tabelle 7-21: Untersuchte Varianten mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Lüftung

Lüftung (G1)

Lüftung_GM Lüftung_V1 Lüftung_V1_WRG

Lüftungsart natürliche Lüftung durch Tore und Fenster

mechanische Lüftungsan-lage

Lüftung V1 mit Wärme-rückgewinnung

Volumenstrom [m³/m²h] 1 1 1

Abbildung 7-88 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung zu den Auswirkungen der

Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf von G1 mit 17 °C. Erwartungs-

gemäß steigt der Gesamtenergiebedarf mit der Variante Lüftung_V1 mit einer me-

chanischen Lüftungsanlage durch den zusätzlichen Strombedarf um 9,8 %. Mit der

zweiten Variante Lüftung_V1_WRG, bei der die Lüftungsanlage mit einer Wärme-

rückgewinnung mit einer Effizienz von 70 % ausgerüstet ist, kann der eingesparte

Heizenergiebedarf den immer noch bestehenden Strombedarf nicht ausgleichen.

Damit steigt der Gesamtenergiebedarf der Variante Lüftung_V1_WRG um 1,3 %, im

Vergleich zur Lüftung_GM.


durch Variation einer mechanischen Lüftungsanlage für die Klasse Lüftung

Die Ergebnisse der ökologischen Bewertung zeigt Abbildung 7-89. Entsprechend

dem gestiegenen Energiebedarf steigen die CO2-Emissionen mit der Variante Lüf-

tung_V1 um 9,6 %. Mit der Variante Lüftung_V1_WRG steigen die CO2-Emissionen,

lediglich um 3,2 %, weil hier CO2-Emissionen mit der Wärmerückgewinnung vermie-

den werden können. Prozentual ist die Zunahme der CO2-Emissionen höher als die

Gebäudetechnik

Beleuchtung

Planungsalternativen Vxkeine + WärmerückgewinnungLüftungsanlage

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudetechnik Lüftung

26.210 (+1,3%)

196.662 (+9,8%)

-200.000 0 200.000 400.000 600.000

[kWh/a]

Lüftung_V1

Lüftung_V1_WRG



215

des Energiebedarfs der Variante Lüftung_V1_WRG, weil trotz eingesparter Wärme-

energie der Strombedarf der Lüftungsanlage gleich bleibt und Strom einen höheren

CO2-Koeffizieinten für die Umrechnung besitzt.


Variation einer mechanischen Lüftungsanlage für die Klasse Lüftung

In Anbetracht der zusätzlichen Investitionen und zusätzlichen laufenden Energieko-

sten, dargestellt in Abbildung 7-90, kann der Einsatz von Lüftungsanlagen auch mit

Wärmerückgewinnung bei Logistikzentren ohne besondere Anforderungen an die

Luftqualität nicht empfohlen werden, weil auch die CO2-Emissionen steigen. Wenn

jedoch Anforderungen an die Luftqualität oder Behaglichkeit im Logistikzentrum ge-

stellt werden, sodass Lüftungsanlagen oder RLT-Anlagen vorgesehen werden, sollte

eine Wärmerückgewinnung eingeplant werden.


(rechts) der Varianten mechanische Lüftungsanlage aus der Klasse Lüftung von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C

Weil durch den Einsatz einer mechanischen Lüftungsanlage der Gesamtenergiebe-

darf sowie die CO2-Emissionen mit jeder Planungsalternativen für die Klasse Lüftung

steigen, werden diese Varianten als Planungsalternativen in Kombination mit den

anderen Temperaturniveaus als auch in den Referenzgebäudemodellen G2 und G3

nicht weiter untersucht.

7.3.3 Heizsystem

In der Klasse Heizsystem werden Systeme zur Deckung des Heizenergiebedarfs auf

ihre Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf der Referenzgebäude untersucht.

Hierfür besteht eine Vielzahl an unterschiedlichen Systemen als Planungsalternati-

ven. Die Grundmodelle der Referenzgebäude besitzen als Wärmeübergabesystem

dezentrale, erdgasbetriebene Umlufterhitzer, wie sie häufig in Logistikzentren zum

Einsatz kommen. Durch die Direktbefeuerung besitzen die Umlufterhitzer Vorteile wie

eine hohe Effizienz, weil keine Verteilverluste entstehen und ein schnelles Ansprech-

CO2-Emissionen – G1 12°C Gebäudetechnik Lüftung

21.245 (+3,2%)

63.605 (+9,6%)

-200.000 -100.000 0 100.000 200.000 300.000 400.000

[kg/a]

Lüftung_V1

Lüftung_V1_WRG

Grundmodell659.885

Investition und Energiekosten – G1 6°C Gebäudetechnik Lüftung

-100.000 100.000 300.000 500.000

[€]

Grundmodell0

+100.00

+115.00 3.789 (+3,6%)

9.981 (+9,6%)

-100.000 100.000 300.000 500.000

[€/a]

Lüftung_V1

Lüftung_V1_WRG

Grundmodell103.851


216

verhalten vorliegt. Als Planungsalternativen für das in den Grundmodellen definierte

Heizsystem werden weitere Systeme untersucht, wie sie typischerweise in Logistik-

zentren vorkommen. Dazu werden immer ein direktes und ein indirektes Heizsystem,

einerseits in Ausführung mit Warmluftheizung und andererseits mit Strahlungshei-

zung untersucht. Tabelle 7-22 zeigt die untersuchten Wärmeübergabesysteme als

Planungsalternativen mit den technischen Parametern Alternative zur Energieermitt-

lung und Bestimmung der Höhe des Einflusses auf den Gesamtenergiebedarf der

Referenzgebäudemodelle.

Neben dem gasbetriebenen direkten Umluftheizer der Grundmodelle wird als erste

Planungsalternative ein indirekter mit Hackschnitzel betriebener Umluftheizer unter-

sucht. Damit ist auch der Einsatz regenerativer Energien möglich. Weil Umluftheizer

in der Regel ein hohes Temperaturniveau benötigen, beschränkt sich die Nutzung

erneuerbarer Energie dafür aber grundsätzlich auf die Verbrennung von Biomasse.

Somit wird mit der Planungsalternative indirekter Umluftheizer die Wärme exempla-

risch für die Untersuchung von einem hackschnitzelbetriebenen Biomassekessel er-

zeugt. Als Strahlungsheizung werden Dunkel- und Hellstrahler als direkte Systeme

untersucht. Beim Einsatz dieser Systeme ist darauf zu achten, dass keine Regale

oder sonstige Verbauungen die Wärmeübertragung behindern.

Tabelle 7-22: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement Wärmeerzeugungs- und Übergabesystemen der Klasse Heizsystem

Deckung des Heizenergiebedarfs (G1-G3)

Dezentrale Umlufthei-zung_GM

GM_Hack-schnitzel

Dunkel-strahler_Gas

Hell- strahler_Gas

FBH_Gas_ BWK

FBH_WP+ Speicher

Art direkter Um-lufterhitzer

indirekter Umlufterhit-zer

Dunkel-strahler

Hell- strahler

Gas-Brennwert-kessel FBH*

Grundwas-serwärme-pumpe FBH*

Erzeugung direkt indirekt direkt direkt indirekt indirekt

Energieträger Erdgas Hackschnitzel Erdgas Erdgas Erdgas Umwelt

Übergabe Luft Luft Strahlung Strahlung Strahlung Strahlung

Pufferspeicher notwendig nein ja nein nein ja nein

Vorlauf- / Rücklauf-temperatur [°C]

- 90 / 70 - - 35 / 28 35 / 28

*FBH = Fußbodenheizung **GWWäPu = Grundwasser Wärmepumpe

In den Untersuchungen der Strahlungsheizungen wird angestrebt, in der kompletten

Halle der Referenzgebäudemodelle gleichmäßige Temperaturen zu erreichen und

nicht zoniert zu heizen, weil angenommen wird, dass sich für die Erbringung der Lo-

Gebäudetechnik

Heizsystem

Planungsalternativen VxDunkel-strahler

GWWäPu - FBH

HackschnFBH

Gas-Umluft

Hell-strahler

HackschnUmluft


217

gistikleistung im gesamten Hallenbereich Menschen aufhalten. Dennoch können

Strahlungsheizungen bei Bedarf gezielt nur in bestimmten Bereichen eingesetzt wer-

den, womit zusätzlich Energie eingespart werden kann. Weiterhin bieten diese Heiz-

systeme den Vorteil, dass sie nicht nur die Luft erhitzen, sondern ihre Wärme an die

verschiedenen Flächen im Raum abgeben. Damit werden bei geöffneten Toren Lüf-

tungswärmeverluste vermieden. Als weitere Planungsalternativen für das Heizsystem

werden indirekte Systeme in Form einer im Boden verbauten Flächenheizung als

Fußbodenheizung (FBH) untersucht, zum einen mit einem Gas-Brennwertkessel mit

Erdgas als Energieträger und zum anderen mit einer Grundwasserwärmepumpe mit

Umweltwärme als Energieträger. Bei dieser Ausführung des indirekten Systems mit

einer FBH muss in der Planung darauf geachtet werden, dass der Boden den hohen

Belastungen der Logistik standhält. Flächenheizungen bieten den Vorteil, dass die

Vorlauftemperaturen wesentlich geringer ausgelegt werden können als bei anderen

Heizsystemen. Damit eignen sich diese hervorragend für die Nutzung weiterer rege-

nerativer Energien wie für die Nutzung der Umweltwärme in Kombination mit einer

Wärmepumpe, für die Untersuchung in Form einer Grundwasserwärmepumpe. Zu

beachten gilt es hier, dass nutzbares Grundwasser nicht an jedem Standort verfüg-

bar und darüber hinaus genehmigungspflichtig ist. Damit muss vor der Planung des

Heizsystems eine mögliche Nutzung überprüft werden. Alternativ zur Grundwasser-

wärmepumpe können Erd-, Umgebungs- und Luftwärmepumpen eingesetzt werden.

Steht in der Umgebung am Standort oder durch Verarbeitungsprozesse z. B. an ei-

nem Produktionsstandort niedertemperaturige Abwärme zur Verfügung, besteht da-

mit eine weitere Möglichkeit, effizient Wärmepumpen einzusetzen.


Die Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf des Referenzgebäudes G1 mit

17 °C Innenraumtemperatur der in Tabelle 7-22 dargestellten und untersuchten

Wärmeübergabesysteme als Planungsalternativen der Klasse Heizsystem im Ver-

gleich zur Standardausführung im Grundmodell mit einem erdgasbetriebenen direk-

ten Umlufterhitzer sind in Abbildung 7-91 zu sehen. Ersichtlich ist, dass mit der Vari-

ante GM_Hackschnitzel, also einem indirekten Umlufterhitzer betrieben mit der Bio-

masse Hackschnitzel, der jährliche Gesamtenergiebedarf in kWh steigt. Diese Vari-

ante führt jedoch zur Halbierung der gesamten CO2-Emissionen, und damit, in Abbil-

dung 7-92 dargestellt, zu den höchsten CO2-Einsparungen aller untersuchten Pla-

nungsalternativen für das Heizsystem von G1 mit 17 °C. Mit der Variante

FBH_WP+Speicher können demnach zwar 71,6 % des Gesamtenergiebedarfs ein-

gespart werden, dies führt jedoch nur zu einer Reduzierung der CO2-Emissionen um

40,6%.


218


durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsy-stem


Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsystem

Die großen Unterschiede zwischen Energiebedarf und CO2-Emissionen liegen in der

Betrachtung des Gesamtenergiebedarfs als Endenergiebedarf begründet. Abbildung

7-93 zeigt deshalb zusätzlich eine Gegenüberstellung für G1 mit 17 °C Innenraum-

temperatur von Nutz-, End- und Primärenergiebedarf ohne die Intralogistik für die

untersuchten Planungsalternativen für das Heizsystem. Als erstes ist die Gegen-

überstellung GM_Gas-Umluft für die Standardausführung des Grundmodells mit ei-

nem Gas-Umlufterhitzer abgebildet. Es ist ersichtlich, dass der Nutzenergiebedarf auf

Grund von Verlusten geringer ist als der Endenergiebedarf und der Primärenergie-

bedarf, mit Umrechnung der Endenergie mit spezifischen Primärenergiefaktoren für

Gas und Strom, leicht höher ist. Der Nutzenergiebedarf bleibt entsprechend dem

Grundmodell für alle Planungsalternativen zur Erhaltung der Innenraumtemperatur

von 17 C konstant, wobei sich der Endenergie- und Primärenergiebedarf je unter-

suchten Wärmeübergabesystem und dem verwendeten Energieträger ändern.

Bei der Planungsalternative GM_Hackschnitzel mit einem Hackschnitzel-

Umluftheizer ist ein Mehrbedarf an Endenergie von ca. 20 % im Vergleich zum

Grundmodell, wie schon in Abbildung 7-91 dargestellt, ersichtlich. Dieser Anstieg

wird durch zusätzliche Erzeuger- und Verteilverluste verursacht. Allerdings wird die-

ser gestiegene Endenergiebedarf durch die Umrechnung auf den Primärenergiebe-

darf mit Umrechnungsfaktoren, die bei regenerativen Energien deutlich niedriger an-

gesetzt sind, wieder ausgeglichen, sodass mit dieser Planungsalternative am wenig-

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudetechnik Heizsystem

-1.442.792 (-71,6%)

-427.973 (-21,2%)

-487.776 (-24,2%)

-444.229 (-22,1%)

407.322 (+20,2%)

-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher


-269.531 (-40,8%)

-105.635 (-16,0%)

-120.845 (-18,3%)

-105.064 (-15,9%)

-334.462 (-50,7%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher

Grundmodell659.885

CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudetechnik Heizsystem


219

sten Primärenergie benötigt wird. Diesen Aspekt geben auch die wesentlich geringe-

ren CO2-Emissionen auf Grund von niedrigen CO2-Koeffizienten für den verwendeten

Energieträger Hackschnitzel in Abbildung 7-92 wieder.

Das zweite untersuchte regenerative Wärmeübergabesystem als Planungsalternative

FBH_WP+Speicher, die Fußbodenheizung mit einer Grundwasserwärmepumpe, re-

duziert trotz des zusätzlich benötigten Stroms für die Wärmepumpe den Endenergie-

bedarf um ca. 70 % durch die Nutzung des Grundwassers als Energieträger, wie in

Abbildung 7-93 zu sehen. Allerdings steigt durch den Stromantrieb der Wärmepumpe

der Primärenergiebedarf wieder an. Dieser ist zwar geringer als mit der Standardaus-

führung im Grundmodell, jedoch aber auch höher als mit der Variante

GM_Hackschnitzel. Somit können mit dieser Planungsalternative nur 40,8 % der ge-

samten CO2-Emissionen von G1, dargestellt in Abbildung 7-92, eingespart werden.

Die gasbetriebenen Wärmeübergabesystem Hell- und Dunkelstrahler sowie der Gas-

Brennwertkessel in Verbindung mit einem flächigen Heizsystem der Variante

FBH_Gas_BWK weisen hingegen nur geringe CO2-Einsparungen zwischen 16 % und

18 % im Vergleich zum Grundmodell auf, mit ähnlich hohen Auswirkungen auf den

End- und Primärenergiebedarf.

Abbildung 7-93: Vergleich von Nutz-, End- und Primärenergiebedarf von G1: manuelles Logistik-

zentrum ohne Intralogistik, 17 °C mit unterschiedlichen Wärmeerzeugungs- und Übergabesystemen als Planungsalternativen für die Klasse Heizsystem

Aus ökologischer Sicht sollten für manuelle Logistikzentren Heizsysteme mit regene-

rativen Energieträgern verwendet werden. Insbesondere mit der Planungsalternative

GM_Hackschnitzel können die CO2-Emissionen von G1 um 50 % reduziert werden.

Jedoch können mit dieser Variante bei Betrachtung der laufenden jährlichen Ener-

giekosten in Abbildung 7-94 rechts die geringsten Energiekosteneinsparungen erzielt

werden. In Anbetracht der zusätzlichen in Abbildung 7-94 links dargestellten Investi-

0,00

500.000,00

1.000.000,00

1.500.000,00

2.000.000,00

2.500.000,00

GMGas-Umluft

Hackschnitzel-Umluft

Dunkelstrahler Hellstrahler Gas-BrennwerkesselFBH

GW-WärmepumpeFBH

[kW

h/a

]

Nutzenergiebedarf EndenergiebedarfPrimärenergiebedarf


220

tionen würde sich die Planungsalternative GM_Hackschnitzel jedoch in weniger als

25 Jahren amortisieren. Die Alternative FBH_WP+Speicher mit einer Grundwasser-

wärmepumpe und einer Fußbodenheizung führt zu Einsparungen von 34 % an den

jährlichen gesamten Energiekosten des Grundmodells im Vergleich Standardausfüh-

rung. Mit diesen Einsparungen rechnen sich die zusätzlichen Investitionen, die mit

über 850 % höher als im Grundmodell ausfallen, nach weniger als 15 Jahren.


(rechts) der unterschiedlichen Wärmeerzeugungs- und Übergabesysteme aus der Klasse Heizsystem von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C

Ähnliche, nur geringere, Auswirkungen zeigen die Planungsalternativen für das Heiz-

system bei G1 für das Temperaturniveau von 12 °C, weil in Summe weniger Wärme-

energiebedarf besteht. Damit fällt das Energiekosteneinsparpotenzial bei fast gleich

hohen Investitionen für die unterschiedlichen Wärmeübergabesysteme geringer aus,

wie für das Temperaturniveau von 17 °C bei G1. Damit ergibt sich für G1 mit 12 °C

für die Planungsalternative GM_Hackschnitzel, dass diese mit sehr geringen Ener-

giekosteneinsparungen die zusätzlichen Investitionen über den Lebenszyklus nicht

deckt. Der Dunkelstrahler mit CO2-Einsparungen von 12,2 % und einer Amortisati-

onszeit von 2 Jahren sowie der Hellstrahler mit CO2-Einsparungen von 13,6 % und

einer Amortisationszeit unter einem Jahr stellen hier akzeptable Planungsalternativen

für das Temperaturniveau 12 °C im Heizfall von G1 dar. Die Alternative

FBH_Gas_BWK mit einer Fußbodenheizung und gasbetriebenem Brennwertkessel

zeigt ähnlich hohe Auswirkungen auf die CO2-Emissionen wie der gasbetriebene

Dunkelstrahler, bringt aber wesentlich höhere Anschaffungskosten mit sich, sodass

diese mit über 840 % höher sind als in der Standardausführung des Grundmodells

von G1 mit 12 °C. Damit rentiert sich diese Alternative erst nach über 50 Jahren über

die Energiekosteneinsparungen. Weiterhin ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist

die Planungsalternative FBH_WP+Speicher mit einer Fußbodenheizung und einer

Grundwasserwärmepumpe. Auch hier sind die Investitionen wesentlich höher als im

Grundmodell, führen aber zu höheren Energiekosten- und CO2-Einsparungen und

damit zu einer akzeptablen Amortisationszeit von 24 Jahren.

-100.000 300.000 700.000 1.100.000

[€]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher

Grundmodell61.380

54.320 (+88,5%)

19.642 (+32,0%)

2.455 (+4,0%)

461.002 (+751,1%)

523.494 (+852,9%) -35.268 (-34,0%)

-15.408 (-14,8%)

-17.648 (-17,0%)

-15.111 (-14,6%)

-2.329 (-2,2%)

-50.000 -20.000 10.000

[€/a]

Grundmodell103.851

Investition und Energiekosten – G1 17°C Gebäudetechnik Heizsystem


221


Im Referenzgebäude G2 ist im Grundmodell in der Halle sowie im angrenzenden

HRL wieder der direkt betriebene Erdgas-Umluftheizer als Standardausführung defi-

niert. Für die Untersuchungen der Auswirkungen der Planungsalternativen für das

Heizsystem auf den Gesamtenergiebedarf von G2 besitzt das HRL stets dieses

Heizsystem, lediglich in der Untersuchungsvariante mit indirektem Umlufterhitzer der

Planungsalternative GM_Hackschnitzel wird die Wärme auch für das HRL zentral

über den Hackschnitzelkessel erzeugt. Die Ergebnisse zu den Auswirkungen auf den

Gesamtenergiebedarf von G2 mit 17 °C zeigt Abbildung 7-95. Bis auf einen ähnli-

chen Anstieg des zusätzlichen Energiebedarfs der Planungsalternative

GM_Hackschnitzel im Vergleich zu G1 mit 17 °C, fallen die Einsparungen am Ge-

samtenergiebedarf von G2 durch die weiteren Planungsalternativen für die unter-

schiedlichen Wärmeerzeugungs- und Übergabesysteme wesentlich geringer aus.

Dies liegt darin begründet, dass zum einen die Intralogistik einen wesentlich höheren

Anteil am Gesamtenergiebedarf bei G2 als bei G1 besitzt und zum anderen, dass

das zu beheizende Volumen von G2 geringer ist als bei G1. Gleiches gilt für die ge-

samten CO2-Emissionen von G2 bei 17 °C Innenraumtemperatur, dargestellt in Ab-

bildung 7-96, sodass die CO2-Einsparungen sich prozentual mehr als halbieren. Mit

den Planungsalternativen Dunkel- und Hellstrahler sowie Fußbodenheizung mit

Brennwertkessel können nicht mehr als 5 % der gesamten CO2-Emissionen von G2

eingespart werden. Immerhin können noch mit der Alternative GM_Hackschnitzel mit

einem indirekten Umluftheizer knapp 20 % CO2-Emissionen vermieden werden. Da-

mit hat dieses Heizsystem wie bei G1 den höchsten Einfluss auf die CO2-

Emissionen, auch weil hier das HRL mit regenerativer Energie mit versorgt wird. Die

Alternative FBH_Gas_BWK als Flächenheizung mit gasbetriebenem Brennwertkes-

sel erreicht auf Grund der hohen Erzeugungsverluste und einem schlechten CO2-

Koeffizienten von Erdgas mit knapp 4 % die geringsten CO2-Einsparungen.


17 °C durch Variation des Wärmeübergabesystems der Klasse Heizsystem


-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher


383.885 (+19,2%)

-176.064 (-8,8%)

-197.553 (-9,9%)

-155.266 (-7,8%)

-728.063 (-36,5%)


222


17 °C durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsystem

Die Planungsalternative GM_Hackschnitzel bietet aus ökologischer Sicht mit fast

20 % CO2-Emissionseinsparungen das beste Potenzial, gefolgt von der Alternative

FBH_WP+Speicher. Zwar bedarf die Variante GM_Hackschnitzel mehr Endenergie,

sodass der Gesamtenergiebedarf von G2 bei 17 °C steigt, jedoch wird dieser zusätz-

liche Bedarf durch regenerative Energien gedeckt. Entsprechend der ökomischen

Betrachtung in Abbildung 7-97 sind die Anschaffungskosten im Vergleich zur Flä-

chenheizung mit einer Grundwasserwärmepumpe der Alternative FBH_WP+Speicher

für die Alternative GM_Hackschnitzel mit einem indirekten Umluftheizer wesentlich

geringer. Damit ist vor FBH_WP+Speicher die Variante GM_Hackschnitzel die öko-

logisch sinnvollste Variante und stellt ökonomisch eine vertretbare Lösung aufgrund

der niedrigen Investitionen im Vergleich zu FBH_WP+Speicher dar.


(rechts) der unterschiedlichen Wärmeübergabesysteme aus der Klasse Heizsy-stem von G2: halbautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C

Auch bei G2 mit 12 °C können wie bei G1 mit 12 °C anteilig weniger Energieeinspa-

rungen am Gesamtenergiebedarf aufgrund eines reduzierten Wärmeenergiebedarfs

erzielt werden. Der Einfluss der Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf

gestalten sich für G2 mit 12 °C ähnlich wie bei G2 mit 17 °C, mit entsprechend gerin-

gen Energiekosteneinsparungen bei leicht gesunkenen Anschaffungskosten. Trotz-

dem sind die Energiekosteneinsparungen wesentlich geringer als für das Tempera-

turniveau 17 °C, sodass für G2 mit 12 °C die Amortisationszeiten der alternativen

Wärmeerzeugungs- und Übergabesysteme höher sind. Eine Ausnahme stellt die


-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher

Grundmodell956.583

-184.013 (-19,2%)

-41.271 (-4,3%)

-49.135 (-4,8%)

-37.569 (-3,9%)

115.335 (-12,1%)

-100.000 300.000 700.000 1.100.000

[€]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher

Grundmodell47.740

98.240 (+205,8%)

208.883 (+437,5%)

273.003 (+571,9%)

15.277 (+32,0%)

1.910 (+4,0%)

-50.000 0 50.000

[€/a]

Grundmodell161.212

2.971 (+1,8%)

-5.917 (-3,7%)

-7.184 (-4,5%)

-5.445 (-3,4%)

-13.816 (-8,6%)



223

Planungsalternative GM_Hackschnitzel dar, aufgrund dieser der Gesamtenergiebe-

darf bei 12 °C sogar wie bei 17 °C um 1,8 % steigt und sich in zusätzlichen jährlichen

Energiekosten wiedergibt. Jedoch bietet diese Planungsalternative auch bei 12 C für

G2 mit fast 12 % CO2-Einsparungen das höchste Potenzial, gefolgt von der Alternati-

ve FBH_WP+Speicher mit nur 7 % und den anderen Planungsalternativen mit jeweils

weniger als 3 % Einsparungen. Bei der Variante FBH_WP+Speicher verbessert sich

prozentual das Energieeinsparpotenzial auf Grund der Wärmepumpe, denn bei

Wärmepumpen erhöht sich der Wirkungsgrad je geringer die Temperaturdifferenz

zwischen Quell- und Vorlauftemperatur ist. Infolgedessen wird eine geringere elektri-

sche Leistung benötigt. Trotzdem stellt die Planungsalternative GM_Hackschnitzel

mit wesentlich geringeren Investitionen als die Variante FBH_WP+Speicher auch bei

12 °C Innenraumtemperaturanforderung die beste Planungsalternative für das Refe-

renzgebäude G2 dar, um am meisten CO2-Emissionen einzusparen.


Für die Untersuchungen der unterschiedlichen Wärmeerzeugungs- und Übergabesy-

steme am Referenzgebäude G3 wird wie bei G2 das HRL und zusätzlich das AKL,

mit Ausnahme der Alternative GM_Hackschnitzel, stets mit einem direkten Umluft-

heizer auf die dort vorgeschriebenen 4 °C zum Frostschutz erwärmt. In Abbildung

7-98 zu den Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von G3 mit 17 C ist er-

kennbar, dass sich die zu erzielenden Einsparpotenziale der Planungsalternativen für

das Heizsystem im Vergleich zum Referenzgebäude von G2 nochmals verringert

haben. Wieder liegt das darin begründet, dass der Anteil der Intralogistik am Gesam-

tenergiebedarf gestiegen ist und sich gleichzeitig das zu beheizende Raumvolumen

reduziert hat. Auch bei G3 steigt der Gesamtenergiebedarf mit der Variante

GM_Hackschnitzel mit indirektem Umluftheizer in Verbindung mit einem Biomas-

sekessel zwar an, dieser zusätzliche Energiebedarf für das Heizsystem wird aber

durch regenerative Energien gedeckt, sodass mit der Variante GM_Hackschnitzel

wieder die meisten CO2-Emissionen im Vergleich zu den anderen Varianten für das

Heizsystem eingespart werden können. Wie in Abbildung 7-99 zu sehen, beträgt das

CO2-Einsparpotenzial der Variante FBH_WP+Speicher nur noch 6,2 % und der wei-

teren Varianten weniger als 3 %. Die zusätzlichen Investitionen und jährliche Ener-

giekosteneinsparungen der Planungsalternativen für das Heizsystem von G3 im Ver-

gleich zum Grundmodell in der Standardausführung sind in Abbildung 7-100 darge-

stellt. Aus ökologischer Sicht ist die Planungsalternative GM_Hackschnitzel mit den

höchsten CO2-Einsparungen für G3 mit 17 °C zu empfehlen. In Anbetracht von jährli-

chen zusätzlichen Energiekosten, ist diese Planungsalternative für sehr nachhaltig-

keitsorientierte Neubauvorhaben geeignet. Aus ökonomischer Sicht erscheinen die

gasbetriebenen Hellstrahler als sinnvolle Planungsalternative, die auch zur Reduzie-

rung der CO2-Emissionen in Höhe von 2,3 % beiträgt.


224


17 °C durch Variation des Wärmeübergabesystems der Klasse Heizsystem


durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsy-stem


(rechts) der unterschiedlichen Wärmeübergabesysteme aus der Klasse Heizsy-stem von G3: vollautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C

Für das Temperaturniveau von 12 °C für G3 zeigt sich, dass die Planungsalternati-

ven einen geringeren Einfluss auf den reduzierten Gesamtenergiebedarf von G3 mit

12 °C haben als mit der Innenraumtemperaturanforderung von 17 °C. Das CO2-

Einsparpotenzial der Planungsalternativen für die Klasse Heizsystem fällt damit bei

G3 mit 12 °C ebenfalls niedriger aber im Verhältnis gleich aus wie bei 17 °C. Die

Amortisationszeiten der untersuchten unterschiedlichen Wärmeerzeugungs- und

Übergabesysteme verdoppeln sich fast für G3 mit 12 °C im Vergleich zu 17 °C, weil

trotz leicht reduzierter Investitionen für die Planungsalternativen für 12°C im Ver-

gleich zu 17 °C die Energieeinsparungen niedriger ausfallen.


-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher

342.392 (+17,5%)

-86.689 (-4,4%)

-70.051 (-3,6%)

-70.051 (-3,6%)

-424.613 (-21,7%)



-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher

-120.408 (-11,3%)

-20.744 (-2,0%)

-24.655 (-2,3%)

-17.062 (-1,6%)

-65.879 (-6,2%)



-100.000 300.000 700.000 1.100.000

[€]

GM_Hackschnitzel

Dunkelstrahler_Gas

Hellstrahler_Gas

FBH_Gas-BWK

FBH_WP+Speicher

Grundmodell47.740

90.320 (+189,2%)

15.277 (+32,0%)

1.910 (+4,0%)

68.141 (+142,7%)

138.097 (+289,3%)

-50.000 0 50.000

[€/a]

4.371 (+2,4%)

-3.014 (-1,7%)

-3.617 (-2,0%)

-2.478 (-1,4%)

-7.790 (-4,3%)

Grundmodell181.943


225

7.3.4 Kühlsystem

Für den Kühlfall mit dem Temperaturniveau von maximal 6 °C werden für alle drei

Referenzgebäudemodelle unterschiedliche Kühlsysteme untersucht. Dabei werden

alle Gebäudebereiche der Referenzmodelle inklusive HRL und AKL, soweit vorhan-

den, auf dieses Temperaturniveau gebracht. Tabelle 7-23 gibt eine Übersicht über

die untersuchten Kälteerzeugungs- und Übergabesysteme als Planungsalternativen

für die Grundmodelle der Referenzgebäude. Die Grundmodelle besitzen umluftbe-

triebene Gebläsekonvektoren (engl. fan coils). Diese sind mit einem von kaltem

Wasser durchflossenen Wärmetauscher ausgestattet. Das Wasser wird mittels einer

zentralen Kompressionskältemaschine gekühlt. Ein Ventilator führt die Raumluft am

Wärmetauscher vorbei und kühlt diese dadurch ab. Als Planungsalternativen werden

zwei luftgekühlte Systeme untersucht, die Variante Split-Gerät und die Variante VRF-

System (engl. variable refrigerant flow system). Die technischen Parameter und Ei-

genschaften dieser Varianten im Vergleich zur Standardausstattung des Grundmo-

dells mit der Variante Kompressionskältemaschine mit fan coils_GM sind in Tabelle

7-23 dargestellt. Beide System-Varianten der Planungsalternativen bestehen aus

einem Innen- und einem Außengerät. Hierbei lässt die warme Raumluft das Kältemit-

tel verdampfen. Über Rohrleitungen wird dieses dann an das Außengerät geführt, wo

es schließlich die aufgenommene Wärme an die Außenluft abgibt. Das VRF-System

arbeitet zusätzlich mit einem variabel geregelten Kältemittelfluss, sodass die Lei-

stung stets an den aktuellen Bedarf angepasst wird.

Tabelle 7-23: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermitt-lung für das Grundelement Kälteerzeugungs- und Übergabesystemen der Klasse Kühlsystem

Deckung des Prozesskältebedarfs (G1-G3)

Kompressionskältema-schine mit fan coils*_GM Split-Gerät VRF**-System

Kälteerzeugung zentral dezentral dezentral

Art des Kältemittels Kaltwasser Direktverdampfung Direktverdampfung

Art der Rückkühlung Trockenrückkühler - -

Übergabe Deckengeräte Deckengeräte Deckengeräte

*fan coils (DE: Gebläsekonvektoren) **VRF = variable refrigerant flow (DE: variabler Kältemittelfluss)


Die Auswirkungen der Planungsalternativen für das Kühlsystem von G1 sind in Ab-

bildung 7-101 auf den Gesamtenergiebedarf und in Abbildung 7-102 auf die jährli-

chen CO2-Emissionen dargestellt. Prozentual fallen die Auswirkungen gleich aus,

Gebäudetechnik

Kühlsystem

Planungsalternativen VxKompres-sions KM

VRF-System

Split-Gerät


226

weil im Kühlfall der Referenzgebäude die Grundmodelle jeweils nur Strom als Ener-

gieträger benötigen.


durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem


Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem

Mit der Variante Split-Gerät können entsprechend knapp 9 % des Gesamtenergiebe-

darfs und der CO2-Emissionen von G1 eingespart werden. Mit der Variante VRF-

System steigen die Einsparungen auf fast 19 %. Die Energieeinsparungen der Pla-

nungsalternativen im Vergleich zum Grundmodell mit fan coils sind darauf zurückzu-

führen, dass bei den Planungsalternativen keine zentrale Kälteerzeugung existiert

und damit weniger Hilfsenergie für die Pumpenleistung benötigt wird und daher auch

keine Verluste bei der Verteilung entstehen. Auf Grund fehlender Kostenangaben zu

den Kühlsystemen Split-Gerät als auch VRF-System kann keine ökonomische Be-

trachtung der Planungsalternativen durchgeführt werden.


Für das Referenzgebäude G2 fallen die Auswirkungen durch die Planungsalternati-

ven für das Kühlsystem auf den Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen auf-

grund des höheren Anteils der Intralogistik am Energiebedarf im Vergleich zu G1 ge-

ringer aus. Auch sinkt der Anteil des Energiebedarfs des Kühlsystems im Grundmo-

dell von G2, im Vergleich zu G1, wegen des kleineren zu kühlenden Raumvolumens.

Abbildung 7-103 und Abbildung 7-104 zeigen die Auswirkungen der Variation des

Kühlsystems für G2. Absolut gesehen können im Vergleich zu G1 leicht höhere

Energieeinsparungen in kWh/a sowie CO2-Emissionen in kg/a erzielt werden. Im

Verhältnis zum Gesamtenergiebedarf und den gesamten CO2-Emissionen können

auch für G2 die meisten Einsparungen mit über 10 % mit der Variante VRF-System,

aus gleichen Gründen wie bei G1, erzielt werden. Mit dem Kühlsystem sind im Kühl-

fall der automatisierten Referenzgebäude insbesondere die Wechselwirkungen zur

Energiebedarf – G1 6°C Gebäudetechnik Kühlsystem

-158.033 (-18,9%)

-77.191 (-9,2%)

-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

Split-Gerät

VRF-System

Grundmodell836.781

CO2-Emissionen – G1 6°C Gebäudetechnik Kühlsystem

-107.936 (-18,9%)

-52.721 (-9,2%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Split-Gerät

VRF-System

Grundmodell571.521


227

Intralogistik zu berücksichtigen. So zeigt die Untersuchung zum Kühlsystem im Ein-

zelfall, bei ausschließlicher Betrachtung des Energiebedarfs des Gebäudes von G2

für das VRF-System, ein Einsparpotenzial von fast 29 % auf. Dabei hat die Intralogi-

stik im Kühlfall einen fast gleich hohen Einfluss auf den Energiebedarf des Gebäudes

(vgl. Kapitel 7.1.6).


6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem

Abbildung 7-104: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °C



Wie in Abbildung 7-69 in Kapitel 7.1.6 zu sehen, kann mit dem Grundelement Mate-

rialfluss schon durch Optimierung der gesamten Intralogistikanlagen mit Hilfe der

Planungsalternativen der Energiebedarf des Gebäudes von G2 im Kühlfall bereits um

fast 24 % reduziert werden. Diese Auswirkung der Intralogistik in den automatisierten

Referenzgebäuden auf den Energiebedarf des Logistikgebäudes steigt mit dem Au-

tomatisierungsgrad der Intralogistik an. So liegt dieser Einfluss für G3 bei fast 30 %,

d. h. durch die energieeffiziente Gestaltung der Intralogistik und dadurch bedingter

reduzierter Abwärme sinkt der Kühlenergiebedarf des Gebäudes G3. Damit ist das

Potenzial, den Energiebedarf des Gebäudes von G3 im Grundmodell durch die Op-

timierung der Intralogistik zu reduzieren, höher als durch die Optimierung des Kühl-

systems.

So birgt das VRF-System für G3 lediglich ein Energieeinsparpotenzial des Gebäudes

von knapp 28 % im Vergleich zum Grundmodell. Abbildung 7-105 zeigt die Auswir-

kungen der unterschiedlichen Kühlsysteme auf den Gesamtenergiebedarf und Abbil-

dung 7-106 auf die gesamten CO2-Emissionen von G3. Der Einfluss des Kühlsy-

stems auf den Energiebedarf und die CO2-Emissionen ist bei G3 noch einmal gesun-

ken. Die ökonomischen Auswirkungen können für G3, wie auch schon bei G1 und

G2 aufgrund fehlender Daten, nicht ermittelt werden.


171.688 (-10,8%)

-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

Split-Gerät

VRF-System


-78.071 (-4,9%)


-117.263 (-10,8%)

-53.323 (-4,9%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Split-Gerät

VRF-System



228


6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem



Obwohl der Einfluss der Gebäudetechnik wegen des hohen Strombedarfs der In-

tralogistik am Gesamtenergiebedarf auch im Kühlfall der automatisierten Referenz-

gebäude G2 und G3 relativ gering ist, nehmen die prozentualen Energie- und CO2-

Einsparungen nicht im gleichen Maße mit steigendem Automatisierungsgrad von G2

bis G3 ab wie im Heizfall der Referenzgebäude. Dies ist darauf zurückzuführen, dass

im Kühlfall auch die automatisierten Bereiche des HRL und AKL maximal 6 °C Innen-

raumtemperatur erreichen dürfen und das zu konditionierende Volumen damit größer

ist als im Falle der lediglich beheizten Haupthallen bei G2 und G3. Damit hat die Ge-

bäudetechnik im Kühlfall einen höheren Einfluss auf die Gesamtenergiebilanz als im

Heizfall der automatisierten Referenzgebäudemodelle.

7.3.5 Nutzung regenerativer Energie

Die Nutzung regenerativer Energie zur Wärmeerzeugung wurde mit dem Grundele-

ment Wärmeerzeugungs- und Übergabesystem der Klasse Heizsystem bereits in

Kapitel 7.3.3 untersucht. Hier eignet sich besonders gut die Nutzung der Um-

weltenergie für Flächenheizsysteme aber auch für Kühlsysteme, denn diese können

bereits mit sehr kleinen Temperaturdifferenzen auf Grund ihrer großen Flächen effi-

zient heizen oder kühlen [Kal-2013, S. 326]. So können zur untersuchten Grundwas-

serwärmepumpe auch Erd-, Umgebungs- und Luftwärmepumpen in Verbindung mit

einem Flächenheizsystem zur Nutzung von Umweltenergie eingesetzt werden. Hier-

zu bestehen auch innovative Systeme wie das Eisspeicher-Energiesystem [Vie-2015,

Leh-2016]. Hierbei wird die aus Sonne, Luft und Erdreich gewonnene Energie auf

niedrigem Temperaturniveau in einen unterirdischen Betonbehälter eingespeist.

Wasser dient dabei als Speichermedium und eine Wärmepumpe versorgt das Ge-

bäude mit der Energie. Das Eisspeicher-Energiesystem kann dabei sowohl zur Er-

wärmung als auch zur Kühlung von Bauteilen verwendet werden. Darüber hinaus


-163.996 (-8,7%)

-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

Split-Gerät

VRF-System


-62.641 (-3,3%)


-112.009 (-8,7%)

-42.784 (-3,3%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

Split-Gerät

VRF-System



229

können auch Solarkollektoren als thermische Solaranlage zum Heizen oder zur

Warmwasserbereitstellung in einem Logistikzentrum eingesetzt werden. Dabei er-

wärmt die eingestrahlte Sonnenenergie ein Medium (meistens Wasser oder ein Was-

ser-Frostschutz-Gemisch) und stellt die Wärme für das Heizsystem oder für die

Warmwassererzeugung zur Verfügung [Kad-2010, S. 345].

Die Nutzung von regenerativer Energie zur Deckung des Strombedarfs kann auf zwei

Arten der Eigenstromerzeugung erfolgen, wie in Kapitel 5.1.1 erarbeitet. Zum einen

kann durch KWK und zum anderen durch PV selbst Strom zur Eigennutzung erzeugt

werden [Kne-2013, S. 330]. Das Prinzip einer KWK-Anlage, die auch als Blockheiz-

kraftwerk (BHKW) bezeichnet wird, besteht in der dezentralen Nutzung des gleichzei-

tig bereitgestellten Stroms und der Wärme. Damit handelt es sich bei einer KWK-

Anlage um eine kombinierte gleichzeitige Erzeugung und Nutzung von Strom und

Wärme. Im Folgenden diesen Abschnittes werden die Leistungen einer KWK-Anlage

nach Kadel [Kad-2010, S. 338ff] beschrieben. Anlagen mit geringerer Leistung

(𝑃𝑒𝑙 =5-100kW, �̇�𝑡ℎ=10-200kW) sind in der Regel Verbrennungsmotoren auf Basis

von Dieselaggregaten mit einem auf einer Welle gekoppelten Generator. Dampf- und

Gasturbinen kommen bei größeren Leistungen zum Einsatz. Mit Biogas können auch

regenerative Energien eingesetzt werden. Das Verhältnis von elektrischer zur ther-

mischer Leistung beträgt bei Anlagen kleiner Leistungen etwa 𝑃𝑒𝑙 /�̇�𝑡ℎ = 0,5. Bedingt

durch den physikalischen Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung einer KWK-Anlage

ergibt sich dafür ein Wirkungsgrad zwischen 30 % und 40 %. Grundsätzliche Vor-

aussetzung zur sinnvollen Nutzung einer KWK-Anlage ist die notwendige Gleichzei-

tigkeit von Wärmeverbrauch und elektrischer Energieerzeugung.

Damit eine hohe Effizienz bei KWK-Anlagen erreicht werden kann, müssen diese

einen hohen Auslastungsgrad aufweisen. Dies bedeutet, dass die Anlage konstant

laufen und damit konstant gleichbleibend viel Wärme produzieren muss. Weil in den

automatisierten Referenzgebäuden für Logistikzentren G2 und G3 sehr viel Strom

benötigt wird, kann die erzeugte Wärme insbesondere in den Sommermonaten nicht

genutzt werden. Als Gesamtsystem ist diese Planungsalternative zur Nutzung rege-

nerativer Energien, vor allem zur Eigenstromerzeugung, als nicht effizient zu bewer-

ten. Sind hingegen in der näheren Umgebung geeignete Abnehmerstrukturen vor-

handen, in denen ein ganzjähriger Bedarf an Wärme besteht, kann bei ausreichender

Wärmebereitstellung der Aufbau eines Nahwärmenetzes durchaus als sinnvoll erach-

tet werden. Damit eignen sich in erster Linie PV-Anlagen zur regenerativen Eigen-

stromnutzung in Logistikzentren. Diese werden im Folgenden für die Referenzge-

bäudemodelle untersucht.

Mit den Parameterstudien wird untersucht, wie viel Strom durch auf dem Gebäude

integrierte PV-Anlagen erzeugt werden kann und wie damit die CO2-Bilanz der Refe-

renzgebäude beeinflusst werden kann. Die untersuchten Photovoltaik-Module beste-


230

hen aus monokristallinem Silicium mit einer Peakleistung von 0,12 kW/m2. In Anhän-

gigkeit vom Referenzgebäudemodell werden verschiedene Flächen des Daches und

der Fassade mit PV-Modulen belegt. Dabei werden die Dachmodule nach Süden

ausgerichtet und mit einem Winkel von 30 ° aufgestellt. Bei der Planung der Dach-

module muss auf eine ausreichende Traglast des Daches geachtet werden. Die auf

dem Dach aufgeständerten Module benötigen weiterhin einen gewissen Abstand zu-

einander, um Eigenverschattung zu vermeiden und damit einen optimalen Ertrag zu

erzielen. Außerdem sind auf dem Dach Oberlichter verbaut, die ebenfalls Berück-

sichtigung finden müssen. Im Allgemeinen kann damit gerechnet werden, dass etwa

ein Drittel der vorhandenen Dachflächen mit PV-Modulen belegt werden kann.

Werden über die Dachflächen hinaus Photovoltaik-Module an die Fassade integriert,

besitzen diese in der Regel einen Winkel von 90 ° zur Horizontalen, eine Eigenver-

schattung der Module untereinander ist damit nicht möglich. Jedoch ist auf Verschat-

tung von Bäumen, umliegender Bebauung und eigenen Gebäudevorsprüngen in der

Planung von PV-Anlagen zu achten. Schließt an die Halle des Logistikzentrums z. B.

ein HRL an, sollte das HRL immer nördliche der Haupthalle angeordnet werden, um

alle Dachflächen optimal zur Solarstromerzeugung ausnutzen zu können. Für die

Ermittlung des Energieertrages und für eine ökologische und ökonomische Bewer-

tung von PV-Anlagen sind die Parameter Standort, Aufstellwinkel und die Ausrich-

tung entscheidend. Mit dem definierten Standort München als Randbedingung, die

für alle Referenzgebäude gilt, werden je Gebäudemodell spezifisch die Parameter

Aufstellwinkel und Ausrichtung festgelegt.


Für das Referenzgebäudemodell G1 sind die spezifischen und technischen Parame-

ter zur untersuchten PV-Anlage als Planungsalternative in Tabelle 7-24 zu sehen.

Tabelle 7-24: Untersuchte Planungsalternative mit spezifischen und technischen Parametern zur Energieermittlung PV-Anlage für G1: manuelles Logistikzentrum

PV-Anlage (G1)

Dach

Ausrichtung Süd

Aufstellwinkel 30 °

Fläche [m2] 3.500

Leistung [kWp] 420

Stromertrag [kWh/a] 383.375

Einspeisevergütung [€/a] 46.911

Stromertrag gesamt [kWh/a] 383.375

Die Höhe des Stromertrages der PV-Anlage schwankt monatlich. Der anstehende

Strombedarf von G1 kann nur in den Monaten April bis September komplett selbst


231

von der PV-Anlage auf dem Dach erzeugt werden bzw. übersteigt diesen in den

Sommermonaten. Bezogen auf den jährlichen Gesamtenergiebedarf von G1 im Heiz-

fall mit 17 °C können mit der PV-Anlage 14,8 % selber erzeugt werden, dargestellt in

Abbildung 7-107. Mit 12 °C bedeutet der jährliche Stromertrag der PV-Anlage, dass

30 % des Gesamtenergiebedarfs regenerativ erzeugt werden können und im Kühlfall

mit 6 °C 45 %. Abbildung 7-108 zeigt die Auswirkungen auf die CO2-Emissionen bei

G1 mit 17 °C für die ökologische Bewertung. Demnach kann durch die Planungsal-

ternative PV-Anlage bei G1 mit 17 °C eine CO2-Einsparung von knapp 41 % erreicht

werden. Mit 12 °C fallen die prozentualen CO2-Einsparungen auf Grund des gesun-

kenen Gesamtenergiebedarfs mit 56 % höher aus. Im Kühlfall können die CO2-

Emissionen mit einer PV-Anlage um fast 48 % reduziert werden.


durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien


Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien

Da für jedes Temperaturniveau des Referenzgebäudes G1 der gleiche Stromertrag

zur gleichen Vergütung durch die festgelegte Einspeisung des erzeugten Stroms ins

Erzeugernetz erzielt wird, bleibt die Amortisationszeit der Planungsalternative PV-

Anlage zur Nutzung regenerativer Energie im Heiz- als auch Kühlfall gleich. So be-

deutet für G1 die große Fläche der PV-Anlage zwar einen zusätzlichen Invest von

707.280 €, jedoch ist mit einer jährlichen Einspeisevergütung von fast 47.000 € zu

rechnen. Damit amortisiert sich die Anschaffung der PV-Anlage nach ca. 15 Jahren

Betriebszeit.


Aufgrund des deutlich höheren Strombedarfs durch die Intralogistik des Referenzge-

bäudes G2 wird schnell ersichtlich, dass eine reine Belegung des Daches mit PV-

Modulen nicht ausreichen wird, um den Strombedarf zu decken. Deswegen werden

zum Dach bei G2 auch die großen Fassadenflächen des HRL und der Halle genutzt,

um an diesen Flächen weitere PV-Module für die Untersuchung zu integrieren. Beim

HRL werden dafür die PV-Module nur bis zur Oberkante der Halle ausgeführt, weil

Energiebedarf – G1 17°C Gebäudetechnik PV-Anlage

-383.375 (-14,8%)

-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

PV_DachGrundmodell

2.014.455

CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudetechnik PV-Anlage

-272.196 (-41,2%)

-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

PV_DachGrundmodell

659.885


232

die Module ansonsten den unteren Teil der Anlage verschatten würden. Tabelle 7-25

zeigt die für die Energieermittlung definierten Parameter der PV-Anlagen von G2.

Tabelle 7-25: Untersuchte Planungsalternativen mit spezifischen und technischen Parametern zur Energieermittlung PV-Anlage für G2: halbautomatisches Logistikzentrum

PV-Anlage (G2)

Dach Fassade

Ausrichtung Süd

Aufstellwinkel 30° 90°

Fläche [m2] 2.000 1.250

Leistung [kWp] 240 150

Stromertrag [kWh/a] 219.071 85.388

Einspeisevergütung [€/a] 27.064 10.689

Ausrichtung Ost

Aufstellwinkel - 90°

Fläche [m2] - 2.250

Leistung [kWp] - 271

Stromertrag [kWh/a] - 135.555

Einspeisevergütung [€/a] - 16.703

Ausrichtung West


Fläche [m2] - 2.750




Stromertrag gesamt [kWh/a] 219.071 385.888

Abbildung 7-109 veranschaulicht die Auswirkungen der Varianten der PV-Anlage auf

dem Dach, an der Fassade und in der Kombination dieser auf den Gesamtenergie-

bedarf von G2 mit 17 °C und Abbildung 7-110 auf die CO2-Emissionen. Wegen der

geringeren Dachfläche von G2 im Vergleich zu G1 wird mit dieser Variante weniger

Energie erzeugt als bei G1. Mit der Kombination der Varianten PV-Anlage auf dem

Dach und an der Fassade können bei G2 jedoch 30 % des Gesamtenergiebedarfs

regenerativ erzeugt werden, was im höheren Stromertrag im Vergleich zu der Aus-

stattung von G1 begründet liegt.

Obwohl mehr als doppelt soviel Fläche mit PV-Module in der Kombination Dach und

Fassade bei G2 im Vergleich zu G1 verbaut ist, werden insgesamt nur knapp

222.000 kg/a CO2-Emissionen mehr vermieden. Mit dem hohen Potenzial CO2-

Emissionen durch die Erzeugung von PV-Strom zu vermeiden, ergibt sich mit der

ökologisch positiven Bewertung auch eine ökonomisch sinnvolle Lösung, denn auch

bei G2 ergibt sich für alle Temperaturniveaus mit der festen Einspeisevergütung eine


233

Amortisationszeit von ca. 15 Jahren für die PV-Anlage auf dem Dach, für die an der

Fassade integrierte PV-Anlage von ca. 27 Jahren.


17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien




Auch bei G3 werden installierte PV-Module auf dem Dach als auch integrierte PV-

Module an der Fassade untersucht. Tabelle 7-26 zeigt die definierten Parameter zur

Energieermittlung der PV-Anlagen von G3. Für G3 zeigt Abbildung 7-111 die Auswir-

kungen auf den Gesamtenergiebedarf und Abbildung 7-112 auf die CO2-Emissionen

der untersuchten Varianten der PV-Anlage. Zu erkennen ist, dass der Stromertrag für

die Variante PV-Dach und PV-Fassade bei G3 geringer ausfällt aus bei G2. Damit

reduzieren sich auch die Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf, sodass davon

weniger regenerativ erzeugt werden kann. Die CO2-Emissionen von G3 lassen sich

mit einer PV-Anlage auf dem Dach bei G3 nur noch um 8 % reduzieren, was einer-

seits mit dem hohem Strombedarf der Intralogistik zu tun hat und andererseits mit der

geringeren Dachfläche von G3, die zur Anbringung der PV-Module zur Verfügung

steht. Werden zusätzlich die großen Fassadenflächen von Halle, HRL und AKL ge-

nutzt, sinkt der CO2-Austoß mit der Variante PV_Dach+Fassade um 34 %.

Tabelle 7-26: Untersuchte Planungsalternativen mit spezifischen und technischen Parametern zur Energieermittlung PV-Anlage für G3: vollautomatisches Logistikzentrum

PV-Anlage (G3)

Dach Fassade

Ausrichtung Süd

Aufstellwinkel 30° 90°

Fläche [m2] 1.100 870

Leistung [kWp] 132 104


-604.959 (-30,3%)

-385.888 (-19,3%)

-219.071 (-11,0%)

-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

PV Dach

PV Fassade

PV Dach+Fassade



-429.521 (-44,9%)

-273.980 (-28,6%)

-155.540 (-16,3%)

-600.000 -500.000 -400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

PV Dach

PV Fassade

PV Dach+Fassade

Grundmodell956.583


234

Stromertrag [kWh/a] 120.489 59.430

Einspeisevergütung [€/a] 15.155 7.553

Ausrichtung Ost


Fläche [m2] - 2.938




Ausrichtung West


Fläche [m2] - 2.545




Stromertrag gesamt [kWh/a] 120.489 388.300

Generell ist es neben der untersuchten Variante PV_Fassade möglich, die Effizienz

von Fassadenmodulen weiter zu steigern, indem diese nicht plan in die Fassade in-

tegriert werden, sondern wie auf dem Dach in einem optimalen Einstrahlwinkel von

30 ° bis 35 ° aufgerichtet sind. Dabei muss allerdings wieder die Eigenverschattung

berücksichtigt werden, sodass die Module den notwendigen Abstand zueinander be-

sitzen. Die Amortisationszeiten der PV-Module auf dem Dach liegen wieder bei 15

Jahren und an der Fassade bei 27 Jahren. Die Kombination der beiden Varianten

wird daher als ökologisch, auf Grund hoher CO2-Einsparungen, und ökonomisch

sinnvoll bewertet.




durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien


-1.500.000 -1.250.000 -1.000.000 -750.000 -500.000 -250.000 0 250.000 500.000

[kWh/a]

PV Dach

PV Fassade

PV Dach+Fassade

-120.489 (-6,2%)

-388.300(-19,9%)

-508.789 (-26,0%)



-600.000 -500.000 -400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000

[kg/a]

PV Dach

PV Fassade

PV Dach+Fassade

-85.547 (-8,1%)

-275.693 (-26,0%)

-361.240 (-34,0%)


235

8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren

Die mit den Parameterstudien gewonnenen Erkenntnisse der Versuche in Kapitel 7

werden in diesem Kapitel zur Anwendungsevaluierung angewendet, indem ganzheit-

lich energieeffiziente und CO2-neutrale Referenzgebäudemodelle für Logistikzentren

konzipiert werden. Dazu werden energetisch optimierte Varianten der Grundmodelle

G1 bis G3 für die unterschiedlichen Temperaturniveaus mit Hilfe der untersuchten

Planungsalternativen erstellt. Auf Grundlage der ökologischen und ökonomischen

Bewertung der Planungsalternativen werden für jedes modellierte Grundelement

sinnvolle Planungsalternativen ausgewählt und gemeinsam durch die enthaltenen

Grundelemente der Grundmodelle ersetzt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf einer

möglichst hohen Reduzierung der CO2-Emissionen unter wirtschaftlichen Bedingun-

gen. Somit werden Planungsalternativen, die hohe Investition in Kombination mit ei-

ner geringen Auswirkung auf den Energiebedarf mit sich bringen, nicht in die Kombi-

nation einer energetisch optimalen Variante der Referenzgebäudemodelle mit aufge-

nommen. Für diese optimierten Varianten der Grundmodelle der Referenzgebäude

werden wieder Energiebilanzen, wie für die Grundmodelle in Kapitel 6, aufgestellt.

Damit können das Zusammenspiel der Planungsalternativen in Summe bewertet so-

wie die Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den Bereichen Intralogistik, Ge-

bäudetechnik und -hülle untersucht werden. Denn die einzelnen Planungsalternati-

ven als Verbesserungsmaßnahmen zur Reduzierung des Energiebedarfs und der

CO2-Emissionen beeinflussen sich im Gesamtsystem Logistikzentrum gegenseitig.

Damit werden Energie- und CO2-Einsparungen der optimierten Varianten erwar-

tungsgemäß abweichend als die Summe der Einsparungen der Einzeluntersuchun-

gen der Grundelemente ausfallen.

Ziel ist es, das gesamte Optimierungspotenzial mit den Wechselwirkungen und Aus-

wirkungen von Planungsalternativen im Verbund zu analysieren sowie die Bedeutung

der identifizierten Stellhebel zur Energie- und CO2-Einsparung in unterschiedlichen

Arten von Logistikzentren zu bestätigen. Dazu wird die Gesamtenergiebilanz der op-

timierten Varianten der Referenzgebäudemodelle je Temperaturniveau berechnet

und mit denen der Grundmodelle in der Standardausführung verglichen. Die Ergeb-

nisse dieses Kapitels basieren auf den Erstveröffentlichungen [Gün-2014, Fre-

2016a].


236

8.1 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G1: manuelles Logistikzentrum

Tabelle 8-1 zeigt im Vergleich zum Grundmodell die auf Grundlage der ökonomi-

schen und ökologischen Bewertung ausgewählten Planungsalternativen für die mo-

dellierten Grundelemente, aus denen eine optimierte Variante des Referenzgebäu-

demodells von G1 erstellt wird. Der quadratische Grundriss des Grundmodells wird

für alle Temperaturniveaus beibehalten. Für die Gebäudehülle wird für den Heizfall

als auch für den Kühlfall die Variante Dä_V3 der Planungsalternativen aus der Klas-

se Dämmung eingesetzt. Diese Variante verhindert über das Jahr die meisten CO2-

Emissionen und amortisiert sich in allen betrachteten Fällen innerhalb der ange-

nommen Gebäudelebensdauer für Logistikzentren von bis zu 40 Jahren [Boe-2013].

Die Verladetore von G1 werden statt der Planen-Torabdichtung mit Vorsatzschleu-

sen für alle Temperaturniveaus ausgestattet. Die Amortisationszeit für Vorsatz-

schleusen steigt zwar, je geringer die Temperaturanforderung in der Halle des Logi-

stikzentrums ist, jedoch ist diese für alle Varianten von G1 bei Betrachtung üblicher

Amortisationszeiten für Gebäudebestandteile zwischen sieben und dreizehn Jahren

akzeptabel. Des weiteren lassen sich mit Vorsatzschleusen die CO2-Emissionen für

alle Varianten um ca. 7 % bis 13 % senken.

Tabelle 8-1: Technische Parameter der optimierten Variante des Referenzgebäudes G1: ma-nuelles Logistikzentrum zur Energiebilanzierung im Vergleich zum Grundmodell

Technische Parameter G1 Grundmodell Optimierte Variante

Gebäudetechnik

Heizsystem Dezentrale Umluftheizung_GM FBH_WP+Speicher

Kühlsystem Kompressionskältemaschine mit fan coils_GM

VRF-System

Lüftung Lüftung_GM Lüftung_GM

Beleuchtung Beleuchtung_GM Beleuchtung_Zonierung

Photovoltaik keine PV-Anlage PV-Anlage Dach

Gebäudehülle

Kubatur quadratisch_GM quadratisch_GM

Dämmung Fassade Dä_GM Dä_V3

Dachfenster (Heizfall) DF_GM_DF_Dä_GM DF_GM_DF_Dä_GM

Dachfenster (Kühlfall) DF_GM_DF_Dä_GM DF_GM_DF_Dä_V3

Fassadenfenster FF_GM FF_GM

Verladetore Tor_GM Tor_Schleuse

Intralogistik

Lagern

Schubmaststapler SMS_GM SMS_V2

Fördern

Niederhubwagen NHW_GM NHW_V2


237

Die Dachfenster aus dem Grundmodell werden im Heizfall bei den optimierten Vari-

anten mit einem Anteil von 2 % an der Grundfläche und einer Standardverglasung

auf Grund zu hoher Investitionen im Verhältnis zu den CO2-Enisparungen beibehal-

ten. Im Kühlfall wird der Anteil der Dachfenster an der Grundfläche des Grundmo-

dells beibehalten, jedoch wird die Dämmeigenschaft der Verglasung verbessert, weil

sich damit zu vertretbaren Kosten CO2-Emissionen einsparen lassen. Auf Fassaden-

fenster wird in den optimierten Varianten von G1 auf Grund des geringen Ener-

gie- und CO2-Einsparpotenzials im Verhältnis zu den Investitionen verzichtet. Die

mechanische Lüftungsanlage kann die CO2-Emissionen nicht reduzieren, sodass es

bei den optimierten Varianten des Referenzgebäudemodells G1 bei einer natürlichen

Lüftung bleibt. Anders ist es bei der Beleuchtung. Hier werden die optimierten Vari-

anten mit einer Beleuchtungssteuerung mit Präsenssensoren in definierten Zonen

des manuellen Lagers ausgestattet, weil sich diese nach weniger als einem Jahr

amortisiert und zu einer Reduzierung des Energiebedarfs als auch der CO2-

Emissionen führt.

Im Heizfall der optimierten Varianten des Referenzgebäudemodells G1 wird die erd-

gasbetriebene dezentrale Umluftheizung des Grundmodells durch die Variante Fuß-

bodenheizung mit einer Grundwasserwärmepumpe mit Umweltwärme als Energie-

träger ersetzt. Für die optimierte Variante im Kühlfall wird als Kühlsystem die Pla-

nungsalternative VRF-System ausgewählt. Das Dach wird mit PV-Modulen ausge-

stattet, die genug Strom erzeugen, damit im Heizfall auch der zusätzliche Energiebe-

darf der Grundwasser-Wärmepumpe der optimierten Varianten von G1 im Heizfall

abgedeckt ist. Im Bereich der Intralogistik werden die Grundelemente der beiden

FFZ-Arten der Klassen Lagern und Fördern durch die Variante mit energieeffizienter

Batterieladetechnologie und optimaler Betriebsweise ausgetauscht, weil auch hier

mit dieser Variante der Energiebedarf und die CO2-Emissionen eingespart werden

können und sich die Investitionen in energieeffiziente Batterieladetechnologie durch

die Senkung der Energiekosten für den Betrieb der FFZ nach knapp über einem Jahr

rentieren.

Die neu ermittelten Energiebilanzen für die optimierten Varianten durch Kombination

der energieeffizienten Planungsalternativen für die Bereiche Gebäudetechnik

und -hülle und Intralogistik des Referenzgebäudemodells G1 sind für den Heizfall in

Abbildung 8-1 für das Temperaturniveau von 17 °C und in Abbildung 8-2 für 12 °C

als Energieflussbild dargestellt. Abbildung 8-3 zeigt die Energiebilanz die für opti-

mierte Variante von G1 im Kühlfall mit maximal 6 °C.


238

Abbildung 8-1: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G1: ma-

nuelles Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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130


239


nuelles Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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131


240


nuelles Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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132


241

Im Heizfall ist für beide Temperaturniveaus von G1 zu erkennen, dass auf den nicht

regenerativen Energieträger Gas verzichtet und stattdessen Grundwasser als rege-

nerativer Energieträger zur Wärmespeicherung mit ca. 600.000 kWh/a für 17 °C und

330.000 kWh/a für 12 °C eingesetzt wird. Weiterhin wird PV-Strom als regenerative

Energie in dem Referenzgebäude G1 genutzt. Dieser kann nur zum Teil vom Logi-

stikzentrum selber genutzt werden, sodass ein Teil eingespeist werden muss. Dies

liegt darin begründet, dass in den Sommermonaten mehr Strom von der PV-Anlage

erzeugt als im Logistikzentrum verbraucht wird und in den Wintermonaten der PV-

Strom zur Deckung des Strombedarfs nicht ausreicht. Um den monatlichen Gesamt-

bedarf an Strom in den optimierten Varianten im Heizfall zu decken, muss somit wei-

terhin ein Teil des Energiebedarfs aus dem Stromnetz eines Energieversorgers be-

zogen werden. Der eingekaufte Stromanteil mit 135.345 kWh/a ist jedoch niedriger

als der eingespeiste Anteil mit 166.336 kWh/a für das Temperaturniveau 17 °C der

optimierten Variante des Grundmodells des Referenzgebäudes G1. Auf Grund des

geringeren Strombedarfs der optimierten Variante für die Wärmeerzeugung bei G1

mit 12 °C sinkt der Gesamtbedarf an Strom, sodass der in das Stromnetz eingespei-

ste Anteil an eigen erzeugtem PV-Strom mit 184.474 kWh/a höher ausfällt als bei

17 °C. Weil sich die PV-Anlage auf dem Dach von G1 bei den unterschiedlichen

Temperaturniveaus nicht verändert, bleibt der Stromertrag immer gleich. Durch die

Beleuchtungssteuerung und die Optimierung der FFZ-Batteriebeladung sinkt der

Energiebedarf gleichmäßig für alle Temperaturniveaus. Grundsätzlich ist anhand der

Energiebilanzen, in Abbildung 8-1 bis Abbildung 8-3 für die optimierten Varianten von

G1 im Vergleich zu den Energiebilanzen der Grundmodelle von G1 in Abbildung 6-3

bis Abbildung 6-5, ersichtlich, dass der Strom- und Raumwärmebedarf für das Refe-

renzgebäude G1 für manuelle Logistikzentren durch die Kombination der Planungsal-

ternativen zu optimierten Varianten für alle Temperaturniveaus erheblich gesenkt

werden kann.

Wie hoch die Auswirkungen durch Kombination der Planungsalternativen zu opti-

mierten Varianten auf den Gesamtenergiebedarf des Grundmodells von G1 in der

Standardausführung ausfallen, zeigt Abbildung 8-4 für 17 °C, Abbildung 8-5 für 12 °C

und Abbildung 8-6 für den Kühlfall mit 6 °C. Die mit dem Energiebedarf verbundenen

Auswirkungen einer optimierten Variante auf die CO2-Emissionen der Grundmodelle

von G1 sind für 17 °C in Abbildung 8-7, für 12 °C in Abbildung 8-8 und für 6 °C in

Abbildung 8-9 dargestellt. Durch Kombination der ökologisch und ökonomisch sinn-

vollen Planungsalternativen für alle Bereiche kann eine Reduzierung des Gesam-

tenergiebedarfs mit Verrechnung des regenerativ erzeugten Stroms im Heizfall für

17 °C und 12 °C um über 100 % erreicht werden. Im Kühlfall können mit der optimier-

ten Variante immerhin über 98 % des Gesamtenergiebedarfs des Grundmodells ein-

gespart werden, wenn wiederum der PV-Strom als Einsparung eingerechnet wird.


242


durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells





Die Auswirkungen auf die CO2-Emissionen von G1 sind den Auswirkungen auf den

Gesamtenergiebedarf ähnlich. Hier können bei 17 °C mit der optimierten Variante

des Referenzgebäudes die CO2-Emissionen um 105 % reduziert werden, bei 12 °C

sogar um fast 112 %, wegen des geringeren Heizenergiebedarfs. Das bedeutet, dass

die CO2-Emissionen des Logistikgebäudes und der Intralogistik mit 17 °C Innenraum-

temperatur durch die Planungsalternativen von 659.885 kg/a im Grundmodell auf ca.

239.300 kg/a in der optimierten Variante gesenkt werden können. Durch die Einspei-

sung des erzeugten PV-Stroms können diese verbliebenen CO2-Emissionen kom-

pensiert werden, denn durch die Umrechnung der erzeugten Strommenge mit dem

CO2-Vermeidungsfaktor aus Tabelle 6-6 ergibt sich eine weitere Einsparung an CO2-

Emissionen in Höhe von 272.200 kg/a. Damit ergibt sich ein Plus an vermiedenen

CO2-Emissionen für das Referenzgebäude G1 für den Heizfall als auch für den Kühl-

fall mit den optimierten Varianten. In der Gesamtbetrachtung ist es demnach für ma-

nuelle Logistikzentren möglich, nicht nur ein CO2-neutrales Logistikzentrum zu reali-

sieren, sondern auch ein Plusenergie-Logistikzentrum.

Energiebedarf – G1 17°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt

-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

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[kWh/a]


1.314.654

-1.383.759 (-105,3%)



-823.484 (-98,4%)

-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

[kWh/a]

optimierte Variante

Grundmodell836.781


243


Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grund-modells





Um die in den Parameterstudien identifizierten Energieeinsparpotenziale der Pla-

nungsalternativen als größte Stellhebel zur Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs

und der CO2-Emissionen für das Referenzgebäude G1 in einem gesamt optimierten

System zu bestätigen, wird zu der Gesamtbetrachtung in Abbildung 8-4 bis Abbil-

dung 8-6 der Einfluss auf die CO2-Emissionen der untersuchten Klassen der Berei-

che einzeln für die optimierten Varianten von G1 analysiert. Abbildung 8-10 zeigt da-

für den Einfluss der durch die Planungsalternativen veränderten Klassen des Ge-

bäudes und aller Grundelemente der Intralogistik in Summe auf die CO2-Emissionen

in kg/m3a für den Heizfall mit 17 °C oben, mit 12 °C unten und Abbildung 8-11 für

den Kühlfall mit 6 °C der Kombination zu optimierten Varianten. Dargestellt sind,

ausgehend vom Grundmodell im linken Balken, die einzelnen Planungsalternativen

mit ihren Auswirkungen auf die CO2-Emissionen in kg pro m3 im Jahr für das gesam-

te Raumvolumen des Referenzgebäudes G1 sowie die Auswirkung der Kombination

der Planungsalternativen im Ganzen, im rechten Balken.

Zunächst wird ersichtlich, dass bei G1 im Heizfall mit 17 °C die höchsten CO2-

Emissionen im Jahr pro m3 Raumvolumen des gesamten Logistikzentrums durch das

Gebäude verursacht werden. Durch Absenken der Temperaturanforderung auf 12 °C

sinken die CO2-Emissionen des Grundmodells deutlich und liegen unter den CO2-

Emisionen pro m3 im Jahr des gekühlten Grundmodells. Im Vergleich zum Gebäude

CO2-Emissionen – G1 17°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt

-692.768 (-105,0%)

-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]


659.885


-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]

optimierte Variante

Grundmodell486.003

-543-555 (111,8%)


-572.790 (-100,2%)

-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]

optimierte Variante

Grundmodell571.521


244

besitzt die Intralogistik, wie die vorhergehenden Untersuchungen bereits gezeigt ha-

ben, einen geringen Einfluss auf die pro m3 im Jahr verursachten CO2-Emissionen im

Referenzgebäude G1. Es ist zu sehen, dass bei allen Temperaturniveaus durch die

Optimierung der Dämmung der Gebäudehülle die CO2-Emissionen, verursacht durch

das Gebäude, im Vergleich zum Grundmodell sinken. Im Verhältnis zu den weiteren

Planungsalternativen besitzt die Optimierung der Gebäudehülle im Heizfall das

zweitgrößte CO2-Einsparpotenzial, im Kühlfall das drittgrößte.

Abbildung 8-10: Vergleich der CO2-Emissionen in kg/m3a der einzelnen Planungsalternativen für

die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G1: manuelles Logi-stikzentrum für den Heizfall 17 °C (oben) und 12 °C (unten)

Die Änderung des Heizsystems von einem direkten Umlufterhitzer mit Erdgas als

Energieträger zu einer Grundwasserwärmepumpe in Verbindung mit einer Fußbo-

denheizung birgt für das Temperaturniveau von 17 °C als auch 12 °C das höchste

CO2-Einsparpotenzial auf Grund der Nutzung von Umweltenergie. Auch im Kühlfall

vermeidet die Änderung des Kühlsystems von einer Kompressionskältemaschine mit

-4,00

-2,00

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12 °C

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17 °C

12 °C

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Gebäude

Intralogistik

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17 °C

12 °C


245

fan coils auf ein VFR-System die meisten CO2-Emissionen. In beiden Fällen müssen

jedoch die Planungsalternativen für das Heiz- bzw. Kühlsystem immer in Verbindung

mit einer entsprechenden Dämmung der Gebäudehülle betrachtet werden. Die Opti-

mierung der Verladetore durch Vorsatzschleusen statt Planen-Torabdichtungen bie-

tet im Heiz- sowie im Kühlfall ein ähnliches CO2-Einsparpotenzial wie die Optimie-

rung der Gebäudedämmung. Die von der Intralogistik verursachten CO2-Emissionen

im Heizfall lassen sich sinnvoll durch den Einsatz von energieeffizienter Batterielade-

technologie sowie einem effizienten Betriebsmodus der FFZ senken. Das Potenzial

ist jedoch geringer als durch das Heizsystem, die Dämmung oder die Verladetore,

weil im Heizfall die CO2-Emissionen des Gebäudes im Vergleich zum Grundmodell

leicht steigen. Im Kühlfall birgt die Optimierung der Intralogistik hingegen das zweit-

größte CO2-Einspapotenzial, denn mit Optimierung der Intralogistik sinken auch die

CO2-Emissionen des Gebäudes. Geringstes aber immer noch hohes Potenzial zur

Reduzierung der CO2-Emissionen des Referenzgebäudes G1 stellt die Beleuchtung

mit der Planungsalternative Beleuchtungssteuerung für den Heizfall dar. Im Kühlfall

weist die Beleuchtung in Summe ein größeres Reduzierungspotenzial der CO2-

Emissionen als die Intralogistik auf.


die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G1: manuelles Logi-stikzentrum für den Kühlfall 6 °C

Der Ertrag der PV-Anlage spart beim Referenzgebäude G1 ca. 2 kg CO2 / m3a ein

und kompensiert damit bei allen Temperaturniveaus die entstehenden CO2-

Emissionen der optimierten Varianten. Die Kombination der Planungsalternativen zu

den optimierten Varianten zeigt im Ganzen auf, dass die meisten CO2-Emissionen

bei 17 °C eingespart werden können, sodass mit der optimierten Variante bei 17 °C

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17 °C

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Gebäude

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Gebäude

Intralogistik

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Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

6 °C


246

die CO2-Emissionen zwar immer noch höher, aber näher an denen der optimierten

Variante mit 12 °C pro m3 liegen. Die Intralogistik besitzt mit der Annahme, dass die

festgelegten Temperaturniveaus keinen Einfluss auf den Energiebedarf der Intralogi-

stik haben, für alle Fälle das gleiche CO2-Einsparpotenzial, nur dass die Auswirkung

der optimierten Intralogistik auf die CO2-Emissionen des Gebäudes im Kühlfall positiv

wirken und zu einer weiteren Reduzierung beitragen und im Heizfall entsprechend

negativ wirken. Schlussendlich verursacht die Kombination im Kühlfall von G1 mit

6 °C im Vergleich zum Heizfall die meisten CO2-Emissionen mit fast 2 kg/m3a nach

der Optimierung. Die CO2-Emisisonen der Kombination aus sinnvollen Planungsal-

ternativen für 17 °C und 12 °C liegen deutlich unter 2 kg/m3a, weil der Wärmebedarf

von G1 regenerativ aus der Umwelt gewonnen und im Kühllager weiterhin Strom zur

Konditionierung des Raumvolumens eingesetzt wird.

8.2 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G2: halbautomatisches Logistikzentrum

Für das Referenzgebäude G2 zeigt Tabelle 8-2 im Vergleich zum Grundmodell die

ausgewählten Planungsalternativen für die modellierten Grundelemente, aus denen

optimierte Varianten des Referenzgebäudemodells von G2 erstellt werden. Generell

deckt sich die Auswahl der Planungsalternativen für die optimierten Varianten von

G2 mit der Auswahl für G1. Jedoch gibt es bei G2 keine Beleuchtungssteuerung und

das HRL wird im Gegensatz zur Halle auch in der optimierten Variante mit der Däm-

mung des Grundmodells ausgeführt. Neben der Installation der PV-Anlage auf der

kleineren Dachfläche der Halle von G2 im Vergleich zu G1 werden bei G2 auf dem

Dach und der Fassade des HRL weitere PV-Module angebracht. Weil der Stromer-

trag der gesamten PV-Anlagen nicht ausreicht, um alleine den Strombedarf der In-

tralogistik zu decken, wird für G2 für das Heizsystem nicht die strombetriebene

Grundwasser-Wärmepumpe eingesetzt, sondern die Planungsalternative Umlufthei-

zer, die von einem Hackschnitzelkessel zentral mit Wärme versorgt wird. Bei der In-

tralogistik wird in der Klasse Lagern der Schubmaststapler für den Nachschub in der

PzW-Kommissionierung wie bei G1 durch die Variante mit energieeffizienter Batterie-

ladetechnologie und optimierter Betriebsweise ersetzt und die RBG des HRL werden

mit Energierückspeiseeinheiten ausgestattet. Auch für die Horizontalkommissionierer

der Klasse Kommissionieren und die Hochhubwagen der Klasse Fördern wird die

Planungsalternative mit energieeffizienter Batterieladetechnologie verwendet. Bei

den GLT-Ketten- und Rollenförderern der Klasse Fördern wird die Alternative mit in-

termittierendem Betrieb gewählt.

Die neu ermittelten Energiebilanzen für die optimierten Varianten, durch Kombination

von ökologisch und ökonomisch sinnvollen Planungsalternativen, von G2 sind für


247

den Heizfall mit 17 °C in Abbildung 8-12 und mit 12 °C in Abbildung 8-13 dargestellt.

Für den Kühlfall von G2 zeigt Abbildung 8-14 die Energiebilanz der optimierten Vari-

ante.

Tabelle 8-2: Technische Parameter der optimierten Variante des Referenzgebäudes G2: halb-automatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung im Vergleich zum Grund-modell


Gebäudetechnik

Heizsystem Dezentrale Umluftheizung_GM GM_Hackschnitzel

Kühlsystem Kompressionskältemaschine mit fan coils_GM

VRF-System


Beleuchtung Beleuchtung_GM Beleuchtung_GM

Photovoltaik keine PV-Anlage PV-Anlage Dach + Fassade

Gebäudehülle

Dämmung Fassade Halle Dä_GM Dä_V3

Dämmung Fassade HRL Dä_GM Dä_GM





Intralogistik

Lagern

Regalbediengeräte HRL RBG_GM RBG_Rü

Schubmaststapler SMS_GM SMS_V2

Fördern

Hochhubwagen HHW_GM HHW_V2

GLT Ketten- und Rollenförderer RF_KF_GM RF_KF_V1

Kommissionieren

Horizontalkommissionier HRK_GM HRK_V1

Für den Heizfall ist für beide Temperaturniveaus von G2 deutlich erkennbar, dass

Gas als nicht-regenerativer Energieträger zur Wärmerzeugung durch den Energie-

träger Hackschnitzel als regenerative Energie ersetzt wurde. Der Wärmeenergiebe-

darf als Nutzenergie der Halle der optimierten Varianten sinkt wesentlich im Ver-

gleich zum Grundmodell. Dies ist der verbesserten Dämmeigenschaften der Hülle

und der Optimierung der Verladetore anzurechnen, die zu geringeren Wärmeverlu-

sten führen. Dieser Einfluss ist bei 17 °C höher, sodass auch weniger Endenergie in

kWh vom Energieträger Hackschnitzel bei der optimierten Variante aus der Umwelt

benötigt wird als im Grundmodell vom Energieträger Gas.


248

Abbildung 8-12: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G2:

halbautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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39


249


halbautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr

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40


250


halbautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Ener-gieträger in kWh für ein Jahr

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°C

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141


251

Für das Temperaturniveau von 12 C bei G2 wird mit der optimierten Variante fast

genauso viel Endenergie in Form von Hackschnitzel benötigt wie im Grundmodell in

Form von Gas. Jedoch sind in den optimierten Varianten für 17 °C und 12 °C die

Energieverluste bei der Wärmeerzeugung wesentlich höher als im Grundmodell.

Trotzdem kann der Energiebedarf zur Wärmeerzeugung für beide Temperatur-

niveaus im Heizfall gesenkt werden. Der Strombedarf für die Beleuchtung der opti-

mierten Varianten von G2 bleibt gleich dem im Grundmodell für 17 °C in Abbildung

6-8 und für 12 °C in Abbildung 6-9, weil keine Planungsalternativen für die Beleuch-

tung in der optimierten Variante eingesetzt worden sind. Größtes Energieeinsparpo-

tenzial bietet die Intralogistik im Referenzgebäudemodell G2. Hier kann mit der opti-

mierten Variante der Strombedarf für das HRL von ca. 700.000 kWh/a im Grundmo-

dell auf ca. 460.000 kWh/a in den optimierten Varianten reduziert werden. Mit über

100.000 kWh/a Stromeinsparungen fällt das Potenzial der Intralogistik in der Halle

kleiner aus als im HRL. Die Reduzierung des Endenergiebedarfs an Strom für die

Intralogistik in der optimierten Variante, trotz eines ähnlich hohen Nutzenergiebedarfs

wie im Grundmodell von G2 im Heiz- als auch Kühlfall, kann auf das große Potenzial

der Energierückspeisung zurückgeführt werden.

Der Stromertrag der PV-Anlage der optimierten Varianten von G2 ist zwar höher als

von G1, reicht jedoch nicht mehr aus, um den aufgrund des erhöhten Automatisie-

rungsgrades der Intralogistik gestiegenen Strombedarf zu decken. Im Heizfall müs-

sen jahreszeitenbedingt über 110.000 kWh/a und im Kühlfall ca. 4.000 kWh/a in das

Stromnetz eingespeist werden, der Rest kann im Logistikzentrum für den Betrieb zur

Erbringung der Logistikleistung selber genutzt werden. Im Kühlfall von G2 kann mit

der Planungsalternative VRF-System der Strombedarf für das Kühlsystem der opti-

mierten Variante deutlich reduziert werden, im Vergleich zum Grundmodell in Abbil-

dung 6-10. Auch die Energieverluste der Kälteerzeugung können in der optimierten

Variante deutlich gesenkt werden. In Summe kann der Gesamtenergiebedarf des

Referenzgebäudes G2 wie bei G1 durch die Planungsalternativen in Kombination zu

einer optimierten Variante stark reduziert und zu einem großen Teil durch erneuerba-

re Energien substituiert werden.

Die Auswirkung der optimierten Varianten durch Austausch der modellierten

Grundelemente im Grundmodell durch energieeffiziente Planungsalternativen auf

den Gesamtenergiebedarf von G2 zeigen Abbildung 8-16 und Abbildung 8-17 für den

Heizfall mit 17 °C und 12 °C und Abbildung 8-18 für den Kühlfall mit 6 °C. Wie in der

Energiebilanz bereits ersichtlich geworden ist, kann im Vergleich zu G1 bei G2 der

Gesamtenergiebedarf des Grundmodells mit der optimierten Variante nicht mehr um

100 %, rechnerisch mit eigen erzeugtem PV-Strom, reduziert werden. Mit den ener-

gieeffizienten Planungsalternativen für die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik

und -hülle in Kombination mit einer PV-Anlage auf dem Dach und an der Fassade


252

von G2 kann der Gesamtenergiebedarf des Grundmodells um ca. 60 % für 17 °C und

für 12 °C reduziert werden. Immerhin beträgt das Energieeinsparpotenzial der opti-

mierten Variante im Kühlfall mit 6 °C ca. 83 % des Gesamtenergiebedarfs der Stan-

dardausführung im Grundmodell. Umgekehrt verhält es sich bei den gesamten CO2-

Emissionen von G2 für die unterschiedlichen Temperaturniveaus.


17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells





Hier fallen die CO2-Einsparungen der optimierten Varianten, wie in Abbildung 8-18

und Abbildung 8-19 für 17 °C und 12 °C dargestellt, im Heizfall höher aus als im

Kühlfall (Abbildung 8-20), weil die Wärmeerzeugung mit Hackschnitzel als regenera-

tive Energie erfolgt und im Kühlfall auch mit dem VRF-System weiterhin Strom mit

einem schlechteren CO2-Faktor zur Kälteerzeugung notwendig und darüber hinaus

im Kühlfall ein größeres Raumvolumen inklusive des HRL zu konditionieren ist. Im

Vergleich zu G1 werden bei G2 mit 17 °C zusätzlich rund 300.000 kg CO2 im Jahr

eingespart, die gesamten CO2-Einsparungen belaufen sich auf 92 %. Dennoch ist es

für G2, wie schon beim Gesamtenergiebedarf, nicht mehr möglich, bilanziell ein CO2-

neutrales halbautomatisches Logistikzentrum zu realisieren. Wird die Innenraumtem-

peratur auf 12 °C in der Halle von G2 ausgelegt, ergibt sich mit der optimierten Vari-

ante eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 92 %. Damit verursacht G2 mit 12 °C

im Jahr noch ca. 69.000 kg CO2-Emissionen, welche nicht durch den Einsatz regene-


-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

[kWh/a]


1.995.056

-1.176.707 (-59,0%)


-957.027 (-60,3%)

-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

[kWh/a]


1.586.006


-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

[kWh/a]


1.593.183

-1.313.563 (-82,4%)


253

rativer Energien kompensiert werden können. Wird das Referenzgebäude G2 auf

6 °C gekühlt, sinken die CO2-Emissionen mit der optimierten Variante im Vergleich

zum Grundmodell lediglich um 84 %.





Abbildung 8-20: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °C


Um die identifizierten Einsparpotenziale der Parameterstudien für das Referenzge-

bäude G2 in einem gesamt optimierten System zu bestätigen, wird in Abbildung 8-21

und Abbildung 8-22 der Einfluss auf die gesamt verursachten CO2-Emissionen der

untersuchten Klassen von G2 analysiert. Dargestellt sind, ausgehend vom Grund-

modell, die Planungsalternativen je Klasse mit ihren Auswirkungen auf die CO2-

Emissionen in kg pro m3a für das gesamte Raumvolumen des Referenzgebäudes G2

sowie die Auswirkung der Kombination der Planungsalternativen zur optimierten Va-

riante.

Zunächst ist zu erkennen, dass der Anteil der Intralogistik an den verursachten CO2-

Emissionen nun deutlich über dem des Gebäudes liegt. Im Heizfall des Grundmo-

dells von G2 haben sich die CO2-Emissionen des Gebäudes pro m3 im Vergleich zu

G1 fast halbiert. Weiterhin größter Stellhebel zur Reduzierung der CO2-Emissionen,

verursacht durch das Gebäude, ist auch für G2 das Heiz- bzw. Kühlsystem, gefolgt

von den Vorsatzschleusen und der besseren Dämmung der Gebäudehülle.


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[kg/a]


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-785.908 (-91,9%)

-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]

optimierte Variante

Grundmodell854.888


-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]


1.088.144

-913.498 (-84,0%)


254


die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G2: halbautomati-sches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C (oben) und 12 °C (unten)

Zusätzlich besteht im Kühlfall, dargestellt in Abbildung 8-22, weiteres Potenzial zur

Reduzierung der CO2-Emissionen mit der Planungsalternative einer höherwertigeren

Verglasung für die Dachfenster. Betreffend die Intralogistik, stellt die Optimierung bei

G2 in Summe den größten Stellhebel zur Reduzierung von CO2-Emissionen dar.

Obwohl im Heizfall aufgrund geringerer Abwärmelasten der Intralogistik der Wärme-

energiebedarf und damit die CO2-Emissionen pro m3 insbesondere bei 17 °C deutlich

steigen, ist wegen des hohen Anteils der Intralogistik an den CO2-Emissionen das

Einsparpotenzial der Intralogistik wesentlich höher. Im Kühlfall von G2 führt die Op-

timierung der Intralogistik ebenfalls wieder zur Vermeidung von vom Gebäude verur-

sachten CO2-Emissionen, weil weniger Energie zur Kompensation der gesunkenen

Abwärme der Intralogistik aufgebracht werden muss und die mit der Stromreduzie-

-4,00

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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung

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17 °C

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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung12 °C

6 °C

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

Gebäude

Intralogistik

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Gebäude

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17 °C

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6 °C

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

17 °C

12 °C

8.3 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G3: vollautomatisches Logistikzentrum

255

rung verbunden CO2-Emissionen eingespart werden können. Jedoch kann die In-

tralogistik für sich betrachtet nur 35 % der CO2-Emissionen mit den Planungsalterna-

tiven für diesen Bereich erzielen. Die durch das Gebäude verursachten CO2-

Emissionen lassen sich in Summe bei der Betrachtung nur des Gebäudes um fast

75 % reduzieren.


die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G2: halbautomati-sches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C


Die ausgewählten Planungsalternativen für die modellierten Grundelemente, aus de-

nen optimierte Varianten des Referenzgebäudemodells von G3 erstellt werden, zeigt

Tabelle 8-3 im Vergleich zum Grundmodell. Die ausgewählten Planungsalternativen

für die Gebäudetechnik und -hülle gleichen denen des Referenzgebäudes G2. Ledig-

lich im Bereich der Intralogistik ergeben sich Änderungen, indem für die Be- und Ent-

ladung der Lkw autonome Deichselhubwagen mit energieeffizienter Batterielade-

technologie eingesetzt und sechs weitere Deichselhubwagen mit Lithium-

Eisenphosphat-Akkumulatoren mit der optimierten Variante untersucht werden. Wei-

terhin sind mit der Steigerung des Automatisierungsgrades mehr Intralogistikanlagen

vorhanden. Auch für diese modellierten Grundelemente werden Planungsalternativen

für die Erstellung der optimierten Variante von G3 eingesetzt.

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6 °C

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

Gebäude

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PV Einspeisung

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

6 °C


256

Tabelle 8-3: Technische Parameter der optimierten Variante des Referenzgebäudes G3: vollau-tomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung im Vergleich zum Grundmo-dell


Gebäudetechnik

Heizsystem Dezentrale Umluftheizung_GM GM_Hackschnitzel

Kühlsystem Kompressionskältema-schine mit fan coils_GM

VRF-System


Beleuchtung Beleuchtung_GM Beleuchtung_GM

Photovoltaik keine PV-Anlage PV-Anlage Dach + Fassade

Gebäudehülle

Dämmung Fassade Halle Dä_GM Dä_V3

Dämmung Fassade HRL / AKL Dä_GM Dä_GM





Intralogistik

Lagern

Regalbediengeräte HRL / AKL RBG_GM RBG_Rü

Fördern

Deichselhubwagen DHW_GM DHW_LiFe

GLT Ketten- und Rollenförderer RF_KF_GM RF_KF_V1

KLT Bandförderer BF_GM BF_GM

Kommissionieren

Hochhubwagen HHW_GM HHW_V1

Handhaben

Depalettierroboter Robi_GM Robi_V1

Verpacken

Haubenstretchanlage Haubi_GM Haubi_GM

Die RBG des HRL als auch des AKL werden mit Energierückspeiseeinheiten ausge-

stattet. Für die GLT-Fördertechnik als auch den Depalettierroboter wird die Variante

mit energieeffizienter Betriebsweise gewählt. Der Haubenstretcher als auch die KLT-

Fördertechnik werden aus dem Grundmodell, aufgrund nicht vorhandener Daten zu

technischen Parameter, übernommen.

Die sich mit den Planungsalternativen ergebenden Energiebilanzen der optimierten

Varianten der Grundmodelle des Referenzgebäudes G3 sind für die verschiedenen

Temperaturniveaus in Abbildung 8-23 bis Abbildung 8-25 dargestellt.


257

Abbildung 8-23: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G3: voll-

automatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energie-träger in kWh für ein Jahr

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automatisches Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energie-träger in kWh für ein Jahr

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48


259


automatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energie-träger in kWh für ein Jahr

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149


260

Für die Innenraumsolltemperatur von 17 °C ist in dem Energieflussbild der optimier-

ten Variante zu sehen, dass im Vergleich zum Grundmodell in Abbildung 6-13, der

nicht regenerative Energieträger Gas zur Wärmeerzeugung, wie schon bei der opti-

mierten Variante von G2, durch Hackschnitzel als regenerativer Energieträger ersetzt

wurde. Weiterhin wird durch die Optimierung der Gebäudehülle in der Halle von G3

weniger Wärmeenergie benötigt. Auch kann durch die Nutzung von Solarenergie mit-

tels der PV-Anlage auf dem Dach und an der Fassade des Referenzgebäudes G3

der optimierten Varianten der größte Anteil des Gesamtenergiebedarfs des Logistik-

zentrums aus regenerativen Energien gedeckt werden. Weil auch hier der eigen er-

zeugte PV-Strom nicht zur Deckung des im Vergleich zu G2 weiter gestiegenen

Energiebedarfs der Intralogistik ausreicht, müssen weiterhin ca. 380.000 kWh Strom

im Jahr vom Energieversorger bezogen werden.

Mit den eingesetzten energieeffizienten Planungsalternativen für die Intralogistik

kann der Energiebedarf gesenkt werden, größtes Potenzial stellt die Energierück-

speisung im HRL als auch AKL dar. Gleiches Verhalten wie die optimierte Variante

mit 17 °C zeigt auch die optimierte Variante mit 12 °C im Vergleich zu ihrem Grund-

modell mit 12 °C in Abbildung 6-14. Für die optimierte Variante des Kühllagers von

G3 ist im Vergleich zum Grundmodell in Abbildung 6-15 die deutliche Reduzierung

des Strombedarfs von fast 1.900.000 kWh/a auf 1.090.000 kWh/a zu erkennen. Die-

ser verbleibende Energiebedarf der optimierten Variante von G3 mit 6 °C kann fast

zur Hälfte als regenerative Energie aus der PV-Anlage bereitgestellt werden. Trotz

des stark gesunkenen Strombedarfs für die Kälteerzeugung, reicht dieser erzeugte

PV-Strom nicht aus, um den reduzierten Strombedarf der Intralogistik zu decken.

Auch ist am HRL der optimierten Variante im Kühlfall deutlich zu erkennen, dass die

reduzierte Abwärme der Intralogistik im Vergleich zum Grundmodell zu einem we-

sentlich geringeren Energiebedarf der Kälteerzeugung führt, weil weniger Abwärme

durch die Kälteanlage kompensiert werden muss.

Abbildung 8-26 zeigt die Auswirkungen der Kombination der untersuchten Planungs-

alternativen zur optimierten Varianten auf den Gesamtenergiebedarf des Grundmo-

dells von G3 für 17 C, Abbildung 8-27 für 12 °C und Abbildung 8-28 für 6 °C. Das mit

der Reduzierung des Gesamtenergiebedarfs verbundene gesamte Potenzial zur Re-

duzierung der CO2-Emissionen der Grundmodelle mit den optimierten Varianten zei-

gen für den Heizfall Abbildung 8-29 für 17 °C und Abbildung 8-30 für 12 °C und für

den Kühlfall Abbildung 8-31 für 6 °C. Während im Referenzgebäude G2 mit den op-

timierten Varianten im Heizfall fast 60 % des Gesamtenergiebedarfs der Grundmo-

delle eingespart werden konnten, ist bei G3 nur noch eine Reduzierung um ca. 43 %

mit 17 °C und um ca. 50 % mit 12°C realisierbar. Dies liegt wieder am gestiegenen

Anteil der Intralogistik am Gesamtenergiebedarf, sodass im Verhältnis die Einspa-

rungen geringer ausfallen. Im Kühlfall können mit der optimierten Variante wieder im


261

Verhältnis zum Gesamtenergiebedarf des Grundmodells fast 70 % eingespart bzw.

mit dem PV-Strom kompensiert werden, das entspricht ca. 1.300.000 kWh jährlich.

Damit besitzt das Kühllager von G3 absolut betrachtet das höchste CO2-

Einsparpotenzial mit der optimierten Variante von über 900.000 kg CO2 im Jahr. Das

entspricht einer Reduzierung der CO2-Emissionen des Grundmodells um 70 %. Weil

die gesamten CO2-Emissionen der Grundmodelle im Heizfall geringer ausfallen als

die des Grundmodells im Kühlfall, können prozentual betrachtet im Heizfall ca. 75 %

mehr CO2-Emissionen für beide Temperaturniveaus eingespart werden.










-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

[kWh/a]

optimierte Variante

-833.424 (-42,7%)



-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

[kWh/a]

optimierte Variante

-843.730 (-49,4%)



-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000

[kWh/a]

optimierte Variante

-1.299.932 (-69,1%)


-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]

optimierte Variante

- 800.481 (-75,4%)




262





Folgend werden die Auswirkungen der Klassen auf die im Jahr pro m3 verursachten

CO2-Emissionen der optimierten Varianten im Vergleich zum Grundmodell unter-

sucht. Abbildung 8-32 zeigt dafür einzeln den Einfluss je Klasse durch das Gebäude

und die Intralogistik in Summe auf die CO2-Emissionen des Grundmodells im Heizfall

für 17 °C und 12 °C und Abbildung 8-33 im Kühlfall.

Es ist ersichtlich, dass insbesondere im Heizfall der Anteil des Gebäudes an den ge-

samt verursachten CO2-Emissionen des Referenzgebäudes G3 wesentlich geringer

ist als der Anteil der Intralogistik. Für 12 °C bestehen gleiche Auswirkungen, nur mit

einem geringeren Einfluss. Denn der Anteil des Gebäudes an den CO2-Emissionen

für dieses Temperaturniveau fällt noch geringer aus als bei 17 °C. Die Kombinatio-

nen der Planungsalternativen zu optimierten Varianten für 17 °C und 12 °C zeigen

deutlich, dass auch bei G3 der erzeugte PV-Strom im Heizfall nicht einmal mehr zur

Verrechnung der von der Intralogistik verursachten CO2-Emissionen ausreicht. Damit

sinkt der Einfluss des Gebäudes auf die CO2-Emissionen mit einem steigenden Au-

tomatisierungsgrad der Logistik durch einen sinkenden Anteil des Gebäudes an den

gesamten CO2-Emissionen von fast 80 % bei G1 auf unter 30 % bei G2 auf ca. 15 %

bei G3. Dabei steigen aber die gesamten CO2-Emissionen der Referenzgebäude von

über 4 kg CO2/m3a bei G1 auf fast 8 kg CO2/m3a bei G3 beim Temperaturniveau

17 °C.

Damit bekommen insbesondere Planungsalternativen für die Intralogistik einen ho-

hen Stellwert, um den Energiebedarf und damit die CO2-Emissionen zu reduzieren.

So können in Summe durch Optimierung der Intralogistik als auch des Gebäudes in

Kombination zu einer optimierten Variante von G3 bei 17 °C immer noch 75 % der

CO2-Emissionen des Grundmodells vermieden werden. Gefolgt von der Intralogistik

ist auch im Heizfall von G3 das Heizsystem der nächst größte Stellhebel zur Redu-

zierung der CO2-Emissionen, gefolgt von der Dämmung der Gebäudehülle und den


-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]

optimierte Variante

-749.071 (-74,8%)



-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000

[kg/a]

optimierte Variante

-901.591 (-70,2%)



263

Vorsatzschleusen. Mit diesen Planungsalternativen können trotz des geringen Anteils

des Gebäudes die gesamten CO2-Emissionen von G3 weiterhin gesenkt werden.


die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C (oben) und 12 °C (unten)

Gleiches gilt für den Kühlfall von G3 mit 6 °C. Weil im gekühlten Referenzgebäude

alle Bereiche des Logistikzentrums konditioniert werden müssen, fallen die CO2-

Emissionen für das Gebäude pro m3 auch wesentlich höher aus als für G3 mit 17 °C.

Bei einem gleich bleibenden Anteil der Intralogistik erhöhen sich die gesamten CO2-

Emissionen für 6 °C auf über 9 kg/m3a. Hier besitzt die Intralogistik in Summe das

höchste Einsparpotenzial, denn wie die Einzeluntersuchungen der Parameterstudien

bereits gezeigt haben, können durch die Optimierung der Intralogistik zur Reduzie-

rung der durch die Intralogistik verursachten CO2-Emissionen die CO2-Emissionen

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12 °C

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12 °C

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Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

Gebäude

Intralogistik

PV Einspeisung

17 °C

12 °C


264

des Gebäudes um einen fast gleichen Anteil reduziert werden. Im Bereich der Ge-

bäudetechnik und -hülle bietet das Kühlsystem das größte Einsparpotenzial durch

den Einsatz eines VRF-Systems, gefolgt von einem höheren Dämmstandard der ge-

samten Gebäudehülle. Weiteres Potenzial zur Reduzierung der CO2-Emissionen im

Vergleich zum Grundmodell von G3 im Kühlfall bietet eine Verbesserung der Vergla-

sung von Dachfenstern sowie der Einsatz von Vorsatzschleusen.


die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C

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12 °C

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6 °C

265

9 Entwicklung einer Wissensbasis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren

Die größten Stellhebel, um Energieeinsparpotenziale im Lebenszyklus von Logistik-

zentren zu heben, liegen in der Planungsphase. Um die steigenden Anforderungen

an Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung neuer Logistikzentren ganz-

heitlich zu erreichen, bedarf es einer integrierten Gebäude- und Logistikplanung.

Dies setzt voraus, dass die Gebäudeplanung mit ihrer Grundlagenermittlung mit den

Vorarbeiten der Logistikplanung startet und insbesondere, dass eine Abstimmung

der Bereiche bereits bei der Konzepterstellung in der Grobplanung der Logistik und

der Vorplanung des Gebäudes erfolgt. Nur so können, wie in Kapitel 2.5 analysiert,

Synergien und energetische Wechselwirkungen zwischen den Bereichen Intralogistik

und Gebäude berücksichtigt und ein optimales Planungsergebnis erzielt werden. Als

entscheidend für den Erfolg einer Planung gelten die Kenntnisse über die Ziele, Lei-

stungsanforderungen, Rahmenbedingungen sowie über die Handlungsmöglichkeiten.

Zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren müssen dafür

die Handlungsmöglichkeiten zur energieeffizienten Gestaltung bekannt und verfügbar

sein. Mit den Untersuchungen dieser Arbeit wurden daher Erkenntnisse über energe-

tische Wechselwirkungen und die Auswirkungen von Planungsalternativen auf die

Gesamtenergiebilanz generiert. Mit der Wissensbasis sollen die generierten For-

schungserkenntnisse den Planern als Hilfsmittel und Informationsquelle zur Verfü-

gung gestellt werden. Das Ziel der Entwicklung der Wissensbasis liegt somit darin,

die mit der Untersuchung gewonnen Forschungserkenntnisse nutzerspezifisch für die

Anwendung zur Entscheidungsfindung in der Planungspraxis zu transformieren.

Die Phasen Grobplanung und Vor- und Entwurfsplanung bilden, wie in Abbildung

9-1, dargestellt den Anwendungsfall für den Einsatz der Wissensbasis. Damit wird

die Nutzung der Wissensbasis für die Struktur- und Systemplanung der Intralogistik

und auf die Vor- und Entwurfsplanung des Gebäudes bestimmt. Bestandteile der

Wissensbasis sind zwei miteinander interagierende Teil-Wissensmodelle: die Leitli-

nien in Kapitel 9.1 und die Entscheidungshilfen in Kapitel 9.2.

Die Leitlinien unterstützen bei grundlegenden Überlegungen zur energieeffizienten

und CO2-neutralen Gestaltung von Logistikzentren. Sie zeigen auf, welche Einfluss-

möglichkeiten auf den Energiebedarf bestehen sowie wo die Stellhebel und das da-

mit verbundene Energieeinsparpotenzial in den einzelnen Bereichen der Intralogistik,

Gebäudetechnik und -hülle liegt. Weiterhin geben die Leitlinien Prinzipien zu den

energetischen Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den Bereichen wieder und


266

zeigen damit auf, welche energetischen Zusammenhänge in der Logistik- und Ge-

bäudeplanung bei der Variantenerstellung beachtet werden müssen.

Mit den grundlegenden Überlegungen zu Stellhebeln und Wechselwirkungen der

Leitlinien interagieren die Entscheidungshilfen, welche aufzeigen, wie die mit den

Stellhebeln verbundenen Energieeffizienzpotenziale gehoben werden können. So

stellen die Entscheidungshilfen die konkret bestehenden Möglichkeiten und Maß-

nahmen als Planungsalternativen für die Bereiche samt ihrer Auswirkungen auf den

Energiebedarf für unterschiedliche Arten von Logistikzentren dar.

Abbildung 9-1: Anwendungsfall für die Wissensbasis in einer integrierten Logistik- und Gebäude-

planung von Logistikzentren

Damit bilden die Leitlinien die prozessübergreifenden technologischen und organisa-

torischen Möglichkeiten zur Gestaltung energieeffizienter Systeme auf den Hand-

lungsebenen ‚Substitution Energieträger‘ und ‚Innerbetriebliche Abläufe und Prozes-

se‘, während die Entscheidungshilfen technologische und organisatorische Möglich-

keiten auf den Handlungsebenen ‚Maschinen und Anlagen‘ und ‚Komponenten und

Antriebe‘ repräsentieren (vgl. Abbildung 2-15).









a) Strukturplanung

1. Vorarbeiten

2. Grobplanung

b) Systemplanung

3. Feinplanung

4. Realisierung

Soll-Zustand integrierte Planung von Logistikzentren

Anwendungsfall Wissensbasis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren

9.1 Leitlinie für eine integrierte Logistik- und Gebäudeplanung

267

9.1 Leitlinie für eine integrierte Logistik- und Gebäudeplanung

Leitlinien für eine integrierte Logistik- und Gebäudeplanung unter Beachtung der Wechselwirkungen

Wirkungen energetischer Zusammenhänge in Logistikzentren und Einflusspotenziale auf CO2-Emissionen

Planungsprinzipien unter Beachtung der energetischen Zusammenhänge

ui Umweltwirkungen durch die Randbedingungen der Umwelt

u1

Randbedingungen zur Nutzung regenerativer Energien am Standort bzw. zur Nutzung von Umweltenergie zum Erwärmen oder Kühlen (Kapitel 7.3.3 und Kapitel 7.3.4) sowie zur Eigenstromerzeugung mittels PV-Anlage sind (Kapitel 7.3.5) als organisatorische Möglichkeit auf der obersten Handlungsebene zur Substi-tution von nicht regenerativen zu regenerativen Energieträgern zu prüfen.

u2

Umwelteinflüsse am Standort und deren Auswirkungen auf das Heiz- / Kühlsystem und den Energiebedarf durch Strahlung und Transmission müssen beachtet werden (Kapitel 8).

Anordnung und Ausrichtung des Logistikgebäudes am Standort ist so zu wählen, dass sie den klimati-schen Verlauf der Jahreszeiten mit Temperaturschwankungen und Niederschlägen sowie die örtlichen Hauptwindrichtungen berücksichtigt [Kra-2009, S. 70].

u3 Randbedingungen und Anforderungen hinsichtlich der Innenraumtemperatur für die Lagerbereiche, Nut-

zungsstunden, Betriebsstunden, Durchsatz etc. haben Einfluss auf den Energiebedarf.

wi Wechselwirkungen zwischen den Grundelementen aufgrund von Parametern

w1

Die technologische Last der Abwärme Intralogistik steigt mit dem Automatisierungsgrad (Kapitel 7.1.6).

Im Heizfall gilt es zu beachten, dass durch Energieeffizienzoptimierungen der Intralogistik der Heizener-giebedarf für das Gebäude steigt. Die Energie- und CO2-Emissionen-Einsparungen durch Optimierung der Intralogistik sind in der Regel jedoch höher als der zusätzliche Heizenergiebedarf.

Im Kühlfall gilt es zu beachten, dass durch Energieeffizienzoptimierungen der Intralogistik der Kühlener-giebedarf für das Gebäude erheblich sinkt, weil weniger Kühlenergie zum Kompensieren der geringeren

wi Wechselwirkungen zwischen den Grundelemente aufgrund von Parametern der Planungsalternativen

vi Verhaltenswirkungen der Grundelemente aufgrund von Parametern der Planungsalternativen

ui Umweltwirkungen durch die Randbedingungen der Umwelt

Intralogistik w2

Gebäudehülle

Gebäudetechnik Gebäudehüllew3

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Einsparpotential für CO2-Emissionen in unterschiedlichen Arten von Logistikzentren durch Planungsalterativen in den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle, schematisch dargestellt im Verhältnis über Symbolfläche (je größer die Fläche des Symbols der Klasse, desto größer das Einsparpotential an CO2–Emissionen als Stellhebel)

Wirkung im Heizfall und Einfluss auf die CO2-Emissionen(Höhe des Einfluss schematisch über Größe des Symbols im Verhältnis zu der Symbolfläche der Klassen dargestellt)

-

+

Wirkung im Kühlfall und Einfluss auf die CO2-Emissionen(Höhe des Einfluss schematisch über Größe des Symbols im Verhältnis zu der Symbolfläche der Klassen dargestellt)

-

+ -

+

Positive Wirkung die zur Reduzierung der CO2-Emissionen auf Grund gesunkenem Energiebedarf führt

Negative Wirkung die zur Erhöhung der CO2-Emissionen auf Grund gestiegenem Energiebedarf führt

+

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+

+

+

+

+

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-

+


268

Abwärme aufgewendet werden muss. Das Potenzial zur Reduzierung des Kühlenergiebedarfs durch energieeffiziente Planungsalternativen für die Intralogistik ist hoch und muss beachtet werden.

w2 Anlagen und Systeme sind auf Potenziale zur Energierückspeisung von generatorischer Energie ins

Stromnetz zu überprüfen (Kapitel 7.1).

w3 Energetische Kreisläufe sind so zu planen, dass lokale Abwärme genutzt werden kann. Sind Lüftungsan-

lagen vorgesehen, sollte eine Wärmerückgewinnung erfolgen (Kapitel 7.3.2).

w4

In Abhängigkeit zu der geforderten Raumtemperatur sollte eine gedämmte Gebäudehülle wärmebrücken-frei an den Verladetoren und Ladebrücken angebracht werden. Automatisierte Bereiche mit oder ohne spezifische Temperaturanforderung müssen gesondert betrachtet werden (Kapitel 7.2.1).

Es gilt zu prüfen, ob Dachflächen für Solarthermie und / oder für eine Photovoltaikanlage genutzt werden können und ob die notwendige Tragfähigkeit des Daches gewährleistet wird (Kapitel 7.3.5).

Es gilt zu prüfen, ob Gebäudeaußenwände für Photovoltaikanlagen genutzt werden können. Die Hülle erhält dadurch eine architektonische Aufwertung und einen isolierenden Thermoschutz [Kra-2009, S. 70].

Bei Dach und ggf. Fassadenfenstern ist auf eine geeignete Verglasung zu achten (Kapitel 7.2.2und 7.2.3).

Die Gebäudehülle muss winddicht ausgeführt werden. Zugluft und Lüftungswärmeverluste an den Verla-detoren sind zu vermeiden (Kapitel 7.2.4).

w5

Das Materialflusslayout sowie die Logistikprozesse und -flächen und damit die Kubatur des Logistikge-bäudes sollten möglichst kompakt ausgeführt werden. Je kleiner die Hüllfläche im Verhältnis zum Gebäu-devolumen wird, desto weniger Heiz- / Kühlenergie muss aufgewendet werden (Kapitel 7.2.5.)

Konkrete Möglichkeiten zur Optimierung bestehen in der Gestaltung eines kompakten und gradlinigen Materialflusses zur Flächenoptimierung.

Zur Raumvolumenoptimierung des Logistikzentrums kann durch Automatisierung der Intralogistik der Kühl- / Heizenergiebedarf im Betrieb durch die Reduzierung des zu konditionierenden Raumvolumens erheblich gesenkt werden (Kapitel 8).

Logistikbereiche mit gleichem Temperaturniveau sollten möglichst eng aneinander liegen und nicht durch Bereiche mit anderen Temperaturniveaus unterbrochen werden.

Zwischen Logistikbereichen mit einem deutlich unterschiedlichen Temperaturniveau sollten temperaturun-kritische Bereiche als Pufferzone eingeplant werden.

vi Verhaltenswirkungen der Grundelemente aufgrund von Parametern

v1

Entsprechend der Förderaufgabe sind effiziente Logistikprozesse zu gestalten und energieeffiziente La-ger(haltungs)- und Belieferungsstrategien zu bestimmen [Fic-2015].

Querschnittstechnologien wie Druckluftanlagen sind verlustarm zu gestalten und wenn möglich ganz zu vermeiden. Für den Brandschutz können alternative Brandschutzanlagen z. B. mit einem Konzept für einen präventiven Brandschutz (Sauerstoffreduzierung) eingesetzt werden.

v2

Entsprechend der geforderten Logistikleistung sind für die resultierenden Betriebszustände (Volllast, Leer-lauf, Dauerbetrieb, Aussetzbetrieb) der gebäudetechnischen und intralogistischen Anlagen energieeffizien-te Betriebs- und Steuerungsstrategien zu wählen

Auf der Handlungsebene der gebäudetechnischen Anlagen und Maschinen können mit optimal ausge-wählten Betriebsparametern z. B. der Energiebedarf der Heizungs- oder Kälteanlage [Pud-2014] oder der Klima- und Lüftungstechnik [Tro-2013] reduziert werden.

Auf der Handlungsebene der intralogistischen Anlagen und Maschinen können intelligente Steuerungs-konzepte für die Förder- und Lagertechnik in Schwachlastphasen die Dynamik reduzieren oder zeitweise nicht benötigte Anlagenteile stilllegen [o. V.-2010], sodass diese keine Energie in nicht produktiven Zeiten verbrauchen. Weitere Konzepte bestehen in einer energieeffizienten Bahnplanung von Regalbediengerä-ten [Gün-2013b, Ert-2013].

v3

Auf der Handlungsebene Komponenten, Antriebe und Baumaterialien führen Maßnahmen zur Dimensio-nierung und Auswahl von richtigen Komponenten und Antrieben zu erheblichen Reduzierungen des zu-künftigen Energieverbrauchs sämtlicher Anlagen und Maschinen im Logistikzentrum.

Bei Anwendungen der Intralogistik mit häufigen Beschleunigungen besteht z. B. die Möglichkeit, einen Frequenzumrichter für einen geregelten Betrieb einzusetzen und damit die Energieeffizienz zu steigern [Gün-2009].

Durch Auswahl von optimalen Baumaterialien und -stoffen für die Gebäudehülle oder für die Fenster, sowie eine richtige Dimensionierung dieser, kann zusätzlich Wärmeenergie eingespart werden.

Bei der Auswahl der Komponenten und Antriebe ist auf einen hohen Wirkungsgrad zu achten. Um elektri-sche Energie möglichst effizient umzuwandeln, muss somit bei der Auswahl von Antriebssystemen in allen Bereichen darauf geachtet werden, dass die eingesetzten Komponenten wie Frequenzumrichter, Elektro-motor oder Getriebe einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweisen.

9.2 Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen

269

9.2 Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen

Wie die Leitlinien konkret durch Auswahl geeigneter Planungsalternativen unter Be-

achtung derer Verhaltenswirkungen umgesetzt werden können, zeigen die Entschei-

dungshilfen zur einfachen Auswahl und Gestaltung von energieeffizienten und CO2-

neutralen Varianten von Logistikzentren in der Grob- und Entwurfsplanung der Logi-

stik- und Gebäudeplanung. Mit den Entscheidungshilfen sollen Planer unterstützt

werden, eine bessere Entscheidung treffen zu können und damit bessere Planungs-

ergebnisse zu erzielen. Im Folgenden ist ein kurzer Auszug aus den Entscheidungs-

hilfen dargestellt. Die gesamten Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsal-

ternativen befinden sich im Anhang A dieser Arbeit.

Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen (Auszug aus Anhang A)

Intralogistik

Klasse GE Planungsalternativen und Entscheidungshilfen Auswirkungen

FFZ

Alternative Antriebs- bzw. Speichertechnologien zu Blei-Säure-Akkumulatoren Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie

Vorteile: kurze Betankungszeiten, höhere Verfügbarkeit durch Vermeidung eines Batteriewechsels, geringerer Flächenbedarf, emissionsfrei Nachteil: deutlich höhere Investitionen und Wartungskosten der Brennstoffzellen und der gesamten Wasserstoffinfrastruktur mit Wasserstofftankstellen [Gün-2015b] Empfehlung: Einsatz ab Flottengröße von 50 FFZ im Drei-Schicht-Betrieb loh-nenswert [War-2016] Lithium-Ionen-Energiesystem

Vorteil: hohe Energiedichte mit höherem Gesamtwirkungsgrad, längere Lebens-dauer, Zwischenladungen möglich, emissionsfrei [War-2016] Nachteil: höhere Investitionen für Lithium-Ionen-Akkumulatoren, etwa das Vierfache mehr als übliche Blei-Säure-Akkumulatoren Empfehlung: Geringer Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen, steigt jedoch mit mehr FFZ im System. Weiterhin hohes Potenzial zur Energieeinsparung bei Einzelfallbetrachtung der FFZ mit Lithium-Ionen, sodass über 35 % Energie durch höhere Energiedichte im Vergleich zu Blei-Säure-Akkumulatoren eingespart werden kann. Trotzdem amortisieren sich diese im Zwei-Schicht-Betrieb abhängig vom Strompreis erst nach 15 Jahren bei 12 ct/kWh. In die ökologische Bewertung sollten neben den Energiekosten die weiteren Vorteile des Lithium-Ionen-Energiesystems einbezogen werden.

Seite 152

Energieeffiziente Hochfrequenz-Ladegeräte als Alternative zu 50-Herz-Transformator-Ladegeräten und Hochfrequenz-Ladegeräten

Vorteil: höherer Gesamtwirkungsgrad von 84 %, geringerer Verschleiß und Erhö-hung der Batterielebensdauer [Fro-2013] Nachteil: höhere Investitionen Empfehlung: Einsatz ist zu empfehlen. Zwar ist der Anteil am Gesamtenergiebe-darf des Logistikzentrums gering, dieser steigt jedoch mit höherer Anzahl von Fahr-zeugen im System. Der Energiebedarf der FFZ kann damit um ca. 20 %, abhängig vom Anwendungsfall reduziert werden. Im Zwei-Schicht Betrieb amortisieren sich die höheren Anschaffungskosten über die Energiekosteneinsparungen nach ein bis zwei Jahren. Der Energiebedarf kann gesenkt und CO2-Emissionen vermieden werden.

Seite 152

Energieeffiziente Betriebsweise und Steuerung Energieeffizienter Betriebsmodus der FFZ

Vorteile: Vermeiden von Transportwegen, Rekuperation der Bremsenergie im

Seite 322

Gebäudehülle


270

Gebäudehülle


Dämm-standard

Höherer Dämmstandard Empfehlung manuelle Logistikzentren: Mit Verbesserung der Dämmeigenschaft der Gebäudehülle im Heizfall auf den EnEV-Standard > 19 °C mit einem guten Dämmstandard sinken die Transmissionswärmeverluste durch die Hülle erheblich. Damit kann eine deutliche Reduktion des Gesamtenergiebedarfs und der CO2-Emissionen, in Abhängigkeit vom Anwendungsfall, erreicht werden. Im Kühlfall können abhängig vom Anwendungsfall und der geforderter Temperaturgrenze die Einsparungen geringer ausfallen. Auch im Kühlfall kann der gute Dämmstandard empfohlen werden. Ein sehr guter Dämmstandard über EnEV ist auf Grund von hohen Mehrinvestitionen in Verbindung mit geringen zusätzlichen Energieeinspa-rungen ausgehend von einem guten Dämmstandard für den untersuchten Heiz- als auch Kühlfall nicht zu empfehlen. Empfehlung halb- / vollautomatisches Logistikzentrum: Mit Verbesserung der Dämmeigenschaft der Gebäudehülle im Heizfall auf den EnEV-Standard > 19 °C mit einem guten Dämmstandard sinken die Transmissionswärmeverluste durch die Hülle. Damit kann eine Reduktion des Gesamtenergiebedarfs und der CO2-Emissionen, in Abhängigkeit vom Anwendungsfall, erreicht werden. Ein sehr guter Dämmstandard über EnEV ist auf Grund von hohen Mehrinvestitionen in Verbin-dung mit geringen zusätzlichen Energieeinsparungen ausgehend von einem guten Dämmstandard für den untersuchten Heiz- als auch Kühlfall nicht zu empfehlen. Dabei sollten nur die Gebäudebereiche mit dem guten Dämmstandard ausgestattet werden, die einen Heizenergiebedarf zum geforderten Temperaturniveau aufwei-sen. Automatisierte Bereiche, wie HRL und AKL, sollten nicht in einem besseren Dämmstandard ausgeführt werden, weil die zusätzlichen Investitionen weder im Verhältnis zu den erwartenden energetischen noch finanziellen Einsparungen ste-hen. Betreffend den Kühlfall müssen alle Gebäudebereiche des Logistikzentrums die maximale Temperaturgrenze nicht überschreiten.

Seite 183

Gebäudetechnik


künstl. Beleuch-tung

Einsatz von lichtemittierenden Dioden (LED)

Vorteil: sehr lange Lebensdauer, geringer Wartungsaufwand, erzeugen mit einer geringeren Leistungsaufnahme (als herkömmliche Leuchten) die gleiche oder eine höhere Lichtmenge ohne Wärme abzustrahlen (verbrauchen 60 % weniger Energie) [Zum-2017] Nachteil: deutlich höhere Investitionen

Seite 210

Einsatz Bewegungssteuerung mit Bewegungs- oder Präsenzsensoren Vorteil: bedarfsgerechte Steuerung mit Abschaltung, wenn Licht nicht benötigt wird Nachteil: höhere Investitions- / Installationskosten Empfehlung: Einsatz ist für Bereiche ohne durchgehende Personenbelegung sinn-voll. Grundsätzlich kann eine Beleuchtungssteuerung für manuelle Lager empfohlen werden, denn Energiekosteneinsparungen können schon nach einem Jahr (abhän-gig von Anwesenheits- und Betriebszeiten) die zusätzlichen Investitionen überstei-gen (mit geringeren Innenraum-Solltemperaturen und vor allem bei gekühlten La-gern fallen die Energie- und CO2-Einsparungen höher aus).ghldkfgh

Seite 210

271

10 Bewertung der Forschungsergebnisse

Die Problemstellung dieser Arbeit hat in Kapitel 1.2 aufgezeigt, dass es in der Logi-

stik- und Gebäudeplanung an Erkenntnissen über die energetischen Wechselwirkun-

gen zwischen den eingesetzten Anlagen der Intralogistik, der Gebäudetechnik und

den Baumaterialien der Gebäudehülle sowie an Erkenntnissen über die Auswirkun-

gen von Planungsalternativen für diese Bereiche auf den Gesamtenergiebedarf von

unterschiedlichen Arten von Logistikzentren mangelt. Mit der Analyse des Stands der

Technik in Kapitel 2 konnte zum einen diese Wissenslücke bestätigt sowie zum an-

deren ein Defizit im Vorgehen der Planungspraxis von Logistikzentren identifiziert

werden. Die Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis in Kapitel 3.1 hat die

Notwendigkeit, diese fehlenden Erkenntnisse für die Planung bereitzustellen, aufge-

zeigt; die Untersuchung zum Forschungsstand in Kapitel 3.2 hat die bestehende For-

schungslücke dazu bestätigt. Damit wurde auch das Hauptziel dieser Arbeit bestätigt,

eine Untersuchung und Beschreibung der energetischen Wechselwirkungen zwi-

schen den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle sowie eine Bestim-

mung der Auswirkungen von Planungsalternativen aus diesen Bereichen auf die Ge-

samtenergiebilanz und die CO2-Emissionen von unterschiedlichen Arten von Logi-

stikzentren durchzuführen.

Zur Untersuchung der Wechselwirkungen und Auswirkungen wurde in Kapitel 5 zu-

nächst eine Systemanalyse durchgeführt, um das Logistikzentrum aus energetischer

Sicht mit seinem Systemverhalten zu beschreiben. Darauf aufbauend wurden ein

integriertes Modell zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren er-

stellt sowie Referenzgebäudemodelle zur Analyse der Energieverbrauchsstruktur

und der energetischen Stellhebel von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren in

Kapitel 6 modelliert. Diese Unterziele zur Entwicklung eines integrierten Modells und

Erstellung von Referenzgebäudemodellen bildeten die Voraussetzung zur Generie-

rung der Forschungsergebnisse.

Mit den erzielten Forschungsergebnissen aus den Versuchen mit Parameterstudien

an den Referenzgebäudemodellen zur Untersuchung der Auswirkungen von Pla-

nungsalternativen auf die Gesamtenergiebilanz und die CO2-Emissionen von Logi-

stikzentren in Kapitel 7 und aus der Anwendung dieser Erkenntnisse zur Untersu-

chung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren durch Kombination von

Planungsalternativen in Kapitel 8 wurde das Hauptziel dieser Arbeit erreicht. Das Er-

gebnis der durchgeführten Versuche bildet die in Kapitel 9 entwickelte Wissensbasis

für eine integrierte Logistik- und Gebäudeplanung, welche die generierten Erkennt-

nisse für die Planung von energieeffizienten und CO2-neutralen Logistikzentren als


272

Wissen in Form von Leitlinien und Entscheidungshilfen bereitstellt. Abbildung 10-1

zeigt zusammenfassend, mit welchen Forschungsergebnissen die aufgestellten For-

schungsfragen (F1-F4) dieser Arbeit beantwortet sind.

Abbildung 10-1: Forschungsergebnisse zur Reduzierung des nutzungsbedingten Energiebedarfs

und der CO2-Emissionen von Logistikzentren ganzheitlich in der Planungsphase des Lebenszyklus von Logistikzentren, in Anlehnung an [UNEP-2008, DIN 15643-5, Hof-2015, Rei-2011].

Im Folgenden erfolgt in Kapitel 10.1 die Überprüfung der aufgestellten Arbeitshypo-

thesen aus Kapitel 1.3 sowie eine kritische Würdigung der erzielten Forschungser-

gebnisse in einer Diskussion in Kapitel 10.2. Abschließen wird im Ausblick in Kapi-

tel 10.3 weiterer Forschungsbedarf auf Grundlage der Diskussion der Ergebnisse

gegeben.

Strom


Emissionen)

Regenerative

Energien?

Wärme


Abfall

Betrieb Gebäude

Heizung Arbeitsplätze Prozesskälte LagervolumenBeleuchtungLüftungDämmungVerladetoreetc.




Gas

Auswirkungen von


Auswirkungen von



Ökologische und




Kraftstoff

PlanungHerstel-

lungErrich-tung

Nutzungnach

Nutzung





Errichtung Gebäude


Errichtung Logistik


Ökologische und



Fragen mit Untersuchung der Auswirkungen von Planungsalternativen in Parameter-

studien und mit Untersuchung ganzheitlich optimierter Logistikzentren beantwortet




hoch

wenig

niedrig

viel

Wissensbasis stellt Erkenntnisse über die energetischen Wechselwirkungen zwischen der eingesetzten Intralogistik, der

Gebäudetechnik und der -hülle mit Leitlinien für die Logistik- und Gebäudeplanung und Erkenntnisse über die

Auswirkungen von Planungsalternativen für diese Bereiche auf den Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen als

Entscheidungshilfen bereit, um höchstes Energie-Einsparpotential in der Planung auszuschöpfen.

Wirkbeziehungen

und Zusammenhänge ?

Festgelegter Betrachtungsfokus zur ganzheitlichen Energieeffizienzsteigerung durch integrierte Logistik- und Gebäudeplanung:- Identifikationen der Stellhebel zur Reduzierung des Energiebedarfs bereits in Planung neuer Logistikzentren mit Hilfe der Wissensbasis- Optimierung des Gesamtsystem unter Beachtung energetischer Wechselwirkungen und Auswirkungen von Planungsalternativen

10.1 Überprüfung der Arbeitshypothesen

273


H1: Die Intralogistik hat einen größeren Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf

eines Logistikzentrums als das Gebäude.

Zur Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe schreibt Brüggemann [Brü-2015], dass

im Sektor GHD das Gebäude mit 47 % Anteil am Energieverbrauch für Raumwärme

und 15 % Anteil für Beleuchtung der größte Energieverbraucher ist (gefolgt von me-

chanischer Energie mit 16 % Anteil). Für Logistikzentren trifft diese Aussage auf

Grund der vielfältigen unterschiedlichen Arten nicht immer zu, denn der Gesam-

tenergiebedarf hängt zum größten Teil vom Automatisierungsgrad der Intralogistik

und vom geforderten Temperaturniveau für die Innenraumtemperatur ab.

Damit kann die erste Hypothese für die Art von manuellen Logistikzentren mit den

Untersuchungen an den erstellten Referenzgebäudemodellen widerlegt werden. Wie

die Energiebedarfsstruktur der Grundmodelle für G1 in Kapitel 6.2 zeigt, hat das Ge-

bäude mit seinem Gasbedarf zum Heizen bei 17 °C als auch bei 12 °C Soll-

Innenraumtemperatur den größten Anteil am Gesamtenergiebedarf. Danach folgen

die Intralogistik mit ihrem Strombedarf sowie die Beleuchtung mit einem geringeren

Strombedarf als die Intralogistik. Auch im Kühlfall mit maximal 6 °C Innenraumtempe-

ratur bedarf das Gebäude zum Kühlen weit mehr als die doppelte Strommenge als

die Intralogistik. Die Beleuchtung folgt an dritter Stelle. Erst in den optimierten Vari-

anten der Grundmodelle mit dem gleichzeitigen Austausch der Standard-

Grundelemente durch energieeffiziente Planungsalternativen zeigt die Energiebe-

darfsstruktur in Kapitel 8.1 für das Referenzgebäude G1, dass sich der Anteil der Be-

reiche am Gesamtenergiebedarf anpasst. So ergibt sich für 17 °C eine ähnliche Ver-

teilung des Strombedarfs für das Heizsystem und für die Intralogistik. Hier ist der

Energiebedarf für das Gebäude in Summe zwar immer noch wesentlich höher, kann

aber zum größten Teil durch Umweltenergie statt Erdgas gedeckt werden, sodass

ein geringer Strombedarf verbleibt. Gleiches gilt für die optimierte Variante mit dem

Temperaturniveau von 12 °C. Hier ist der Strombedarf des Heizsystems zwar gerin-

ger als bei 17 °C, mit der Beleuchtung gemeinsam bedarf das Gebäude jedoch wei-

terhin mehr Energie als die Intralogistik.

Im Kühlfall kann der Strombedarf des Kühlsystems der optimierten Variante zwar

ebenfalls wesentlich reduziert werden, bleibt aber auch bei der optimierten Variante

von G1 der größte Energieverbraucher im Gesamtsystem. Abbildung 10-2 zeigt ei-

nen Vergleich zum Anteil der Intralogistik und der Gebäudetechnik an den jährlich

verursachten CO2-Emissionen links für G1, jeweils für das Grundmodell (GM) und für

die optimierte Variante (opti) für die definierten Temperaturniveaus. Es ist deutlich zu

erkennen, dass das Gebäude für fast das Dreifache an den jährlichen CO2-

Emissionen im Verhältnis zur Intralogistik in der Nutzungsphase im Grundmodel ver-


274

antwortlich ist. Durch die energieeffiziente Gestaltung der Grundmodelle zu optimier-

ten Varianten können die CO2-Emissionen des Gebäudes von G1 für jedes Tempera-

turniveau um fast zwei Drittel reduziert werden. Das CO2-Einsparpotenzial ist bei der

strombetriebenen Intralogistik geringer. Somit hat in manuellen Logistikzentren das

Gebäude mit der Gebäudetechnik abhängig von der Gebäudehülle den größten Ein-

fluss auf den Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen eines Logistikzentrums

und damit einen größeren Einfluss als die Intralogistik.

Abbildung 10-2: Vergleich der Anteile der Gebäudetechnik und der Intralogistik an den jährlich ver-

ursachten CO2-Emissionen für die Referenzgebäudemodell G1: manuelles Logi-stikzentrum, G2: halbautomatisches Logistikzentrum und G3: vollautomatische Lo-gistikzentrum je Grundmodell (GM) und optimierte Variante (opti) für die Tempera-turniveaus von 17 °C, 12 °C und maximal 6 °C mit den Anteilen verrechneter Gut-schrift für CO2-Emissionen durch eine PV-Anlage bei den optimierten Varianten

Für die Art von Logistikzentren mit halbautomatisierter Intralogistik zeigt sich in Kapi-

tel 6.3 anhand der Grundmodelle des Referenzgebäudes G2 ein anderes Bild der

Energieverbrauchsstruktur im Vergleich zu manuellen Logistikzentren, sodass für

halbautomatische Logistikzentren die Hypothese, dass die Intralogistik einen größe-

ren Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf eines Logistikzentrums als das Gebäude

hat, bestätigt werden kann. So zeigt sich für das Temperaturniveau 17 °C ein ähnlich

hoher Anteil am Gesamtenergiebedarf an Gas für das Heizsystem wie an Strom für

die Intralogistik im Grundmodell von G2. Auf Grund der unterschiedlichen Wertigkeit

der Energieträger ergibt sich jedoch ein wesentlich höher Einfluss der Intralogistik auf

den Primärenergiebedarf aber auch auf die gesamten CO2-Emissionen als durch das

Gebäude, wie es Abbildung 10-2 Mitte für die Anteile der Intralogistik und Gebäude-

technik an den jährlichen CO2-Emissionen für das Referenzgebäude G2 mit 17 °C

aufzeigt. Gleiches gilt für 12 °C, nur dass der Einfluss des Gebäudes mit gesunkener

Temperaturanforderung auf den Gesamtenergiebedarf und die verursachten CO2-

-600.000

-400.000

-200.000

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

CO

2[k

g/a

]

G1

G1 Haustechnik G1 Intralogistik G1 Photovoltaik

G2

G2 Haustechnik G2 Intralogistik G2 Photovoltaik

G3

G3 Haustechnik G3 Intralogistik G3 PhotovoltaikGebäudetechnik bei 17 C

Gebäudetechnik bei 12 C

Gebäudetechnik bei 6 C

Intralogisstik

Photovoltaik-Analge

G1:manuelles Logistikzentrum G2: halbautomatisches Logistikzentrum G3: vollautomatisches Logistikzentrum


275

Emissionen noch weiter abnimmt. Im Kühlfall von G2 hat die Intralogistik mit dem

höchsten Strombedarf den größten Einfluss. So bedarf alleine das automatische HRL

mehr Strom als das Kühlsystem zum Konditionieren des HRL wie auch der Halle.

Jedoch ist der Anteil des Gebäudes an den verursachten CO2-Emissionen im Kühlfall

höher als im Heizfall, weil im Kühlfall durch das größere zu konditionierende Raum-

volumen der Gesamtenergiebedarf und damit die gesamten CO2-Emissionen stei-

gen, wie in Abbildung 10-2 zu sehen. Im Vergleich zu den Grundmodellen zeigt Ab-

bildung 10-2 ebenfalls die Verteilung des Anteils der CO2-Emissionen für die opti-

mierten Varianten von G2 auf. Wie schon die Energiebedarfsstruktur der optimierten

Varianten der Grundmodelle von G2 je Temperaturniveau in Kapitel 8.2 ergibt, bedarf

das Gebäude fast keiner nicht-regenerativer Energieträger im Heizfall für beide Tem-

peraturniveaus, weil der Bedarf mit Biomasse gedeckt wird, sodass die jährlichen

CO2-Emissionen des Gebäudes auf ein Minimum reduziert werden können. In diesen

Fällen hat nach der Intralogistik als größter Stromverbraucher die Beleuchtung den

größten Bedarf an nicht-regenerativer Energie. Im Kühlfall der optimierten Variante

von G2 kann der Strombedarf des Kühlsystems nicht durch regenerative Energien

substituiert, jedoch weiterhin reduziert werden, sodass auch hier die Intralogistik mit

Abstand den größten Anteil am Gesamtenergiebedarf und den verursachten CO2-

Emissionen hat.

Auch für die Art von vollautomatischen Logistikzentren wie das Referenzgebäude-

modell G3 kann die erste aufgestellte Arbeitshypothese, bestätigt werden. Im Heizfall

von G3 zeigt sich für beide Temperaturniveaus in Kapitel 6.4 ein ähnliches Verhalten

wie bei G2, nur dass der Anteil der Intralogistik am Gesamtenergiebedarf mit dem

AKL wesentlich gestiegen ist und damit der Strombedarf weit höher ist als der Gas-

bedarf der Heizung zusammen mit dem Strombedarf für die Beleuchtung. Dieser

sehr große Einfluss der Intralogistik auf den Gesamtenergiebedarf von G3 spiegelt

sich entsprechend in den jährlich verursachten CO2-Emissionen der Grundmodelle

für 17 °C und 12 °C in Abbildung 10-2 rechts wider. Auch im Kühlfall des Grundmo-

dells von G3 bleibt die Intralogistik größter Stromverbraucher und CO2-Emissionen-

Verursacher, obwohl im Kühlfall der Anteil der Gebäudetechnik an den CO2-

Emissionen im Vergleich zum Heizfall von G3 mit den gesamten CO2-Emissionen

steigt. Die optimierten Varianten von G3 je Temperaturniveau zeigen in Kapitel 8.3

gleiches Verhalten bei der Energiebedarfsstruktur wie bei G2, sodass im Heizfall der

Energiebedarf fast ausschließlich mit regenerativen Energien bereitgestellt werden

kann und damit die vom Gebäude verursachten CO2-Emissionen mit einem grund-

sätzlich geringen Anteil bei G3 noch weiter reduziert werden können. Auch im Kühl-

fall kann der Energiebedarf der Intralogistik und der Gebäudetechnik gesenkt wer-

den. Der Anteil der Intralogistik am Gesamtenergiebedarf wie auch an den gesamten

CO2-Emissionen bleibt jedoch im Falle von vollautomatischen Logistikzentren im


276

Vergleich zur Gebäudetechnik mit Heiz- / Kühlsystem und Beleuchtung in Verbin-

dung mit dem Einfluss der Gebäudehülle weiterhin relativ hoch.

H2: Der Anteil des Energiebedarfs der Intralogistik steigt mit dem Automatisie-

rungsgrad der Förder- und Lagertechnik, während der Anteil des Energie-

bedarfs des Gebäudes und somit dessen Einfluss auf den Gesamtenergie-

bedarf sinkt.

Wie mit der Überprüfung der ersten Arbeitshypothese in Abbildung 10-2 aufgezeigt,

steigt der Anteil der Intralogistik an den gesamten CO2-Emissionen wie auch am Ge-

samtenergiebedarf mit dem Automatisierungsgrad der Intralogistik an, während der

Anteil und Einfluss des Gebäudes von G1 über G2 zu G3 an den CO2-Emissionen

und am Gesamtenergiebedarf sinkt. Damit kann die zweite Arbeitshypothese bestä-

tigt werden, dass der Anteil der Intralogistik am Gesamtenergiebedarf mit Erhöhung

des Automatisierungsgrades der Förder- und Lagertechnik wesentlich steigt, wäh-

rend der Anteil des Gebäudes sowie dessen Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf

sinkt. Damit bietet die Intralogistik für halb- und vollautomatische Logistikzentren die

meisten Potenziale als Stellhebel zur Reduzierung des Energiebedarfs und der CO2-

Emissionen in der Planungsphase, während für manuelle Logistikzentren das Ge-

bäude mit der Gebäudetechnik und seiner Gebäudehülle die meisten Potenziale bie-

tet.

H3: Energieeffiziente Planungsalternativen amortisieren sich durch niedrigere

Betriebskosten aufgrund von Energiekosteneinsparung innerhalb der Le-

bensphase.

Im Rahmen der Parameterstudien in Kapitel 7 wurden die Auswirkungen von ener-

gieeffizienten Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf von unterschiedli-

chen Arten von Logistikzentren untersucht sowie eine ökologische und ökonomische

Bewertung dieser Planungsalternativen in Verbindung mit den erstellten Referenzge-

bäudemodellen vorgenommen. Zur ökonomischen Bewertung wurden statisch die

Amortisationszeiten für die Planungsalternativen berechnet, um aufzuzeigen, nach

welchem Zeitraum sich der Mehrpreis der in der Regel höheren Investition für ener-

gieeffiziente Planungsalternativen über die eingesparten Energiekosten aufgrund

eines reduzierten Energiebedarfs rechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Amortisa-

tionszeiten der Planungsalternativen sehr unterschiedlich ausfallen und stark vom

Anwendungsfall und der Art des Logistikzentrums, vom zu entrichtenden Strompreis

sowie den Betriebszeiten und damit auch weiteren Randbedingungen am Standort

abhängen. In den Anwendungsfällen der modellierten Referenzgebäudemodelle mit

Zwei-Schicht-Betrieb am Standort München amortisieren sich nicht alle Planungsal-

ternativen innerhalb ihrer Lebensphase. Weiterhin haben sich für einige Planungsal-

ternativen zwar Amortisationszeiten innerhalb der Lebensphase ergeben, die Wirt-


277

schaftlichkeit der Lösung kann hingegen angezweifelt werden. Somit kann die dritte

aufgestellte Arbeitshypothese nicht bestätigt werden, denn energieeffiziente Pla-

nungsalternativen amortisieren sich durch niedrige Betriebskosten aufgrund von

Energiekosteneinsparungen nicht immer in der Lebensphase der Planungsalternati-

ven. Denn die Wirtschaftlichkeit der Planungsalternativen ist stark vom Anwendungs-

fall abhängig.

H4: Es ist möglich, CO2-neutrale Logistikzentren in der Nutzungsphase zu kon-

zipieren.

Die vierte Arbeitshypothese für diese Arbeit behauptet, dass mit dem Einsatz von

energieeffizienten Planungsalternativen für alle Bereiche eines Logistikzentrums und

Verwendung von regenerativen Energien in der Planungsphase Logistikzentren kon-

zipiert werden können, die einen CO2-neutralen Betrieb in der Nutzungsphase er-

möglichen. Die Ergebnisse für die Referenzgebäudemodelle G1, G2 und G3 zeigen,

dass es möglich ist, ein CO2-neutrales Logistikzentren in der Nutzungsphase zu kon-

zipieren. Dies gilt jedoch nur für die Art des manuellen Logistikzentrums. Wie Abbil-

dung 10-2 bereits für die Grundmodelle und die optimierten Varianten der Referenz-

gebäude zeigt, können mit Planungsalternativen für alle Bereiche die CO2-

Emissionen erheblich gesenkt werden. Durch Einsatz von Biomasse oder Verwen-

dung von Umweltenergie zum Heizen des Gebäudes kann ein wesentlicher Teil der

gebäudebedingten CO2-Emissionen vermieden werden. Weiterhin können mit Ein-

satz einer PV-Anlage zusätzlich weitere CO2-Emissionen kompensiert werden.

Der Anteil der gutgeschriebenen CO2-Emissionen mit dem erzeugten PV-Strom kann

jedoch nur im Fall von G1 die verbleibenden CO2-Emissionen der optimierten Varian-

ten decken. Diesen Sachverhalt zeigt Abbildung 10-3 deutlich auf. So ist es für G1

möglich ein CO2-neutrales Logistikzentrum zu konzipieren, da im Heizfall für 17 °C

105 % der verblieben CO2-Emissionen der optimierten Variante gedeckt werden

können, für 12 °C sogar 112 %. Im Kühlfall von G1 können 100 % der von der opti-

mierten Variante verursachten CO2-Emissionen mit der PV-Anlage kompensiert wer-

den. Für G2 ist es nicht mehr möglich, bilanziell ein CO2-neutrales halbautomati-

sches Logistikzentrum zu realisieren. Bei 17 °C und 12 °C können jeweils nur noch

92 % der CO2-Emissionen verrechnet werden, im Kühlfall für maximal 6 °C nur noch

84 %. Um ein CO2-neutrales halbautomatisches Logistikzentrum aus dem Referenz-

gebäudemodell zu konzipieren, wäre rein rechnerisch eine zusätzliche Fläche von

916 m2 mit PV-Modulen notwendig, um die restlichen 76.000 kg CO2 bei 17 °C In-

nenraum-Solltemperatur zu kompensieren. Bei 12 °C verursacht die optimierte Vari-

ante von G2 im Jahr noch ca. 69.000 kg CO2, welche nicht durch den Einsatz rege-

nerativer Energien kompensiert werden können. Um dies ebenfalls mittels PV zu

decken, wäre eine Fläche von 832 m² notwendig. Wird das Gebäude von G2 auf


278

6 °C gekühlt, wird eine zusätzliche PV-Fläche von 2.106 m² benötigt, um die gesam-

ten jährlich verbliebenen CO2-Emissionen zu kompensieren.

Abbildung 10-3: Vergleich des gesamten Potenzials zur Einsparung der jährlichen im Betrieb verur-

sachen CO2-Emissionen der Referenzgebäudemodelle G1: manuelles Logistikzen-trum, G2: halbautomatisches Logistikzentrum und G3: vollautomatische Logistik-zentrum ausgehend vom Grundmodell (GM) mit der optimierten Variante (opti) für die Temperaturniveaus von 17 °C, 12 °C und maximal 6 °C durch Einsatz von Pla-nungsalternativen und Nutzung regenerativer Energien zur Kompensation

Auch für G3 ist es nicht mehr möglich, bilanziell ein CO2-neutrales vollautomatisches

Logistikzentrum zu realisieren. Bei 17 °C und 12 °C können jeweils nur noch 75 %

der CO2-Emissionen verrechnet werden, im Kühlfall für maximal 6 °C nur noch 70 %.

Um die restlichen verbliebenen 25 % der jährlichen CO2-Emissionen der optimierten

Variante von G3 mit 17 °C zu kompensieren, wäre eine Fläche von 3.150 m² für zu-

sätzliche PV-Module nötig. Bei 12 °C könnten die verbliebenen rund 69.000 kg CO2-

Emissionen der optimierten Variante von G3 durch eine weitere Fläche von 3.038 m²

mit PV-Modulen abgedeckt werden. Im Kühlfall benötigt die optimierte Variante von

G3 eine zusätzliche Fläche von 4.615 m2 für PV, um die verbliebenen CO2-

Emissionen bilanziell zu verrechnen und damit CO2-neutral betrieben zu werden. Das

entspricht einer größeren Fläche als der gesamten Grundfläche des Referenzgebäu-

des G3 mit 4.590 m2.

-200.000

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

17°CGrundmodell

17°COptimiert

12°CGrundmodell

12°COptimiert

6°CGrundmodell

6°COptimiert

CO

2 [k

g/a

]

Manuelle Lagerhalle

Halbautomatisches Logistikzentrum

Vollautomatisches Distributionszentrum

-105% -112%-100%

-75%

-92% -92%

-84%

-75%

-70%

G1:manuelles Logistikzentrum G2:halbautomatisches Logistikzentrum G3: vollautomatisches Logistikzentrum

10.2 Diskussion der Forschungsergebnisse

279


In der Modellierungsphase wurde als Voraussetzung für die Untersuchung der Aus-

wirkungen von Planungsalternativen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzen-

tren und der Wechselwirkungen zwischen den Bereichen Intralogistik, Gebäudetech-

nik und -hülle ein integriertes Modell zur Energieermittlung und Erstellung einer Ge-

samtenergiebilanz von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren in Kapitel 5 ent-

wickelt. Dazu wurde eine Systemanalyse durchgeführt, um systemrelevante

Grundelemente von Logistikzentren zu identifizieren und deren energetische Zu-

sammenhänge in einem Wirkungsgefüge als abstraktes Modell darzustellen. An-

schließend wurde aus dem abstrakten Modell ein analytisches Modell als integriertes

Modell zur Energieermittlung von Logistikzentren formal beschrieben. Weiterhin wur-

den Referenzgebäudemodelle von Logistikzentren in Kapitel 6 modelliert, welche in

drei Grundmodellen die übliche Baupraxis mit einem steigenden Automatisierungs-

grad der Intralogistik abbilden. Die Grundmodelle wurden zusätzlich mit drei ver-

schiedenen Temperaturniveaus für Heiz- und Kühlenergiebedarf, stellvertretend für

die gängigen Anforderungen an die Innenraum-Solltemperatur von Logistikzentren,

kombiniert. Die anschließende Ermittlung der Energieflüsse und die Aufstellung der

Gesamtenergiebilanz für die erstellten Grundmodelle der Referenzgebäude erfolgte

mit dem erarbeiteten integrierten Modell zur Gesamtenergiebilanzierung von Logi-

stikzentren und der Software ZUB Helena, um deren Energiebedarfsstruktur zu ana-

lysieren. Dazu wurden die resultierenden Energieflüsse als Sankey-Diagramme dar-

gestellt. Die ermittelte Energiebedarfsstruktur mit den Diagrammen bildet die Aus-

gangsbasis als Referenz für die gefolgte Bestimmung der Höhe des Einflusses der

Auswirkungen von Planungsalternativen auf den Energiebedarf zur Identifikation von

Energieeinsparpotenzialen in der Planung von Logistikzentren.

Der Nutzen des integrierten Modells liegt darin, dass damit ein Ansatz zur einfachen

Energiebedarfsermittlung von unterschiedlichen Arten Logistikzentren als ein Hilfs-

mittel für die Planungsphase existiert. Damit wird Planern in der Grob- und Vorpla-

nung von Logistikzentren eine energetische Bewertung von Planungsalternativen zur

einfachen und schnellen Erstellung als auch Auswahl von Varianten ermöglicht. Da-

mit werden aufgezeigte Defizite im Stand der Technik, dass aktuell bestehende Si-

mulationswerkzeuge und Hilfsmittel entweder einzelne Anlagen oder Komponenten

fokussieren oder zu komplex und zeitaufwendig sind, um in der Grobplanung einge-

setzt zu werden, abgebaut. Auch wird mit dem integrierten Modell zur Energiebe-

darfsermittlung von Logistikzentren eine der definierten Forschungslücken verringert.

Der Nutzen der Referenzgebäudemodelle liegt in der gegebenen Möglichkeit, die

Auswirkungen und Wechselwirkungen von Planungsalternativen für unterschiedliche

Arten von Logistikzentren zu untersuchen. Mit den erstellten Energiebilanzen für die

Grundmodelle wird die typische Energiebedarfsstruktur mit größten potentiellen


280

Energieverbrauchern im jeweiligen System abhängig vom Automatisierungsgrad der

Intralogistik und der Innenraum-Solltemperatur aufgezeigt.

Ein Nachteil des erstellten integrierten Modells liegt darin, dass die aufgenommenen

Wirkungen des abstrakten Modells auf einer hohen Abstraktionsebene idealisiert ab-

gebildet sind. Daher wird auch im formalen Modell der Intralogistik der Einfluss von

einzelnen Parametern auf Geräte- oder Komponentenebene nur über den Wirkungs-

grad betrachtet. Um die Auswirkungen von Planungsalternativen in diesem Kontext

umfassender beschreiben zu können, sollten hier die Einflüsse der Verhaltenswir-

kungen der Intralogistik aufgrund spezifischer Parameter in weiteren Forschungsar-

beiten detaillierter betrachtet werden. Weitere Kritik am entwickelten integrierten Mo-

dell besteht darin, dass für die Ermittlung der Energiebilanz von Planungsvarianten

viele Eingangswerte und Parameter notwendig sind. Insbesondere für die Intralogi-

stik sind nicht immer alle Eingangsparameter bekannt. So liegen vor allem in der

Phase der Grob- und Vorplanung keine zustandsbasierten Energieverbräuche für die

Materialflusstechnik vor. Dies wird durch die unterschiedlichen Ausprägungen jedes

technischen Logistiksystems zusätzlich erschwert, weil die Anforderungen der Logi-

stik und somit die zu erbringende Logistikleistung immer unterschiedlich ist.

Kritik an den Referenzgebäudemodellen und deren ermittelten Energiebedarfsstruk-

turen besteht darin, dass sich die aufgestellten Energiebilanzen mit ihren potentiellen

Stellhebeln zur Energiebedarfsreduzierung nicht verallgemeinert auf alle definierten

Arten von Logistikzentren übertragen lassen. Dafür war die Stichprobe bei der Pri-

märdatenerhebung zur Festlegung der Rahmenbedingungen und der technischen

Parametern zu gering. So zeigt nicht jedes reale Logistikzentrum mit seinen individu-

ellen Ausprägungen und Randbedingungen das gleiche Systemverhalten auf, wel-

ches die Referenzgebäudemodelle aufweisen. Dennoch liefert die Analyse der Ener-

giebedarfsstruktur wichtige Erkenntnisse über die energetischen Zusammenhänge in

Logistikzentren. So zeigen die Ergebnisse, dass das Heiz- und Kühlsystem kritische

Grundelemente im System von manuellen Logistikzentren hinsichtlich Energiebedarf

sind, weil sie den höchsten Anteil am Gesamtenergiebedarf aufweisen. Mit einem

steigenden Automatisierungsgrad der Intralogistik ändert sich die Verteilung des

Energiebedarfs und damit des Anteils der Gebäudetechnik am Gesamtenergiebe-

darf. Der Anteil der Intralogistik am Gesamtenergiebedarf des halb- und vollautoma-

tischen Logistikzentrums ist im Vergleich zum Gebäude sehr hoch. Im Gegensatz zu

anderen Nichtwohngebäuden ist in automatisierten Logistikzentren nicht die Gebäu-

detechnik zum Heizen, Kühlen, zur Klimatisierung der Raumluft sowie für Beleuch-

tung für den meisten Energiebedarf verantwortlich, wie dies die Thesen von Anand et

al. [Ana-2014] und Dhooma and Baker [Dho-2012] als auch der eigenen Arbeit auf-

stellen. Der Energiebedarf der Intralogistik ist vom Durchsatz und der Anzahl und

Dimensionierung der Anlagen der Intralogistik abhängig. Der Energiebedarf der Ge-


281

bäudetechnik hängt von der geografischen Lage des Standortes, der Größe und

Konstruktion der Gebäudehülle sowie weiteren Betriebsparametern der Gebäude-

technik ab. Diese diversen Parameter als Einflussfaktoren auf den Gesamtenergie-

bedarf von Logistikzentren erschweren es, den Energiebedarf von unterschiedlichen

Logistikzentren (in der Planung) zu vergleichen. Nichtsdestotrotz zeigen die unter-

suchten Energiebedarfsstrukturen der Referenzgebäudemodelle grundsätzlich die

Tendenz auf, wo welche Optimierungspotenziale in welcher Größenordnung für wel-

che Art von Logistikzentrum in der Planung zur Konzeption von energieeffizienten

und CO2-neutralen Logistikzentren bestehen. Damit liefern die Referenzgebäudemo-

delle und deren Energiebilanzen relevante Erkenntnisse und Informationen über das

Systemverhalten und die Wechselwirkungen. Weitere Kritik an den ermittelten Ener-

giebilanzen der Referenzgebäudemodelle liegt in der statischen Berechnung des

Gesamtenergiebedarfs mit einer konstanten Logistikleistung. Um zuverlässigere Er-

gebnisse in der Planung zu erzielen, müssen zur Absicherung Simulationsstudien

zum dynamischen Verhalten des Gebäudes als auch der Intralogistik und des Mate-

rialflusssystem, ohne abstrahierten Annahmen, wie z. B. dass der Durchsatz des Lo-

gistiksystems keine Schwankungen aufweist, zur Absicherung durchgeführt werden.

In der Untersuchungsphase wurden Parameterstudien zur Untersuchung der Auswir-

kungen von Planungsalternativen für die Bereiche Intralogistik, Gebäudetechnik und

-hülle auf den Gesamtenergiebedarf von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren

anhand der erstellten Referenzgebäudemodelle untersucht. Weiterhin wurden mit

dem Energieeinsparpotenzial ökologische und ökonomische Vorteile der Planungsal-

ternativen analysiert. Um das Zusammenspiel der Planungsalternativen in Kombina-

tion dieser zu untersuchen und die Wechselwirkungen wie auch das Gesamtenergie-

Einsparpotenzial in Logistikzentren zu bestimmen, wurden durch Anwendung von als

vorteilhaft bewerteten Planungsalternativen ganzheitlich energetisch optimierte Vari-

anten der Referenzgebäudemodelle erstellt.

Der Nutzen der generierten Ergebnisse in der Untersuchungsphase liegt darin, dass

mit den Erkenntnissen der Parameterstudien und deren Kombinationen zu energie-

optimierten Varianten von Logistikzentren erste Erkenntnisse über energetische

Wechselwirkungen in Logistikzentren zwischen der eingesetzten Materialflusstechnik

zur Realisierung der logistischen Leistung, der Gebäudekonstruktion samt Hülle und

der Gebäudetechnik für unterschiedliche Arten von Logistikzentren bestehen. Damit

ist der Handlungsbedarf erfüllt, indem dieses spezifische Wissen den Entscheidungs-

trägern und Planern bei der Realisierung von energieeffizienten und CO2-neutralen

Logistikzentren zur Verfügung steht und die größten Hemmnisse eines fehlenden

Wissen über die Möglichkeiten und Einsparpotenziale in der Praxis beseitigt sind. Mit

den generierten Erkenntnissen wird auch die identifizierte Forschungslücke, dass die


282

energetischen Wechselwirkungen und Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf

von Logistikzentrum zu wenig erforscht sind, verringert.

Zur Diskussion der erzielten Forschungsergebnisse kann die Kritik angeführt werden,

dass auf Grundlage des integrierten Modells und der angenommenen Randbedin-

gungen und Parameter der Referenzgebäudemodelle die erzielten Ergebnisse der

Untersuchungen zu den Auswirkungen von einzelnen Planungsalternativen nicht oh-

ne weiteres auf reale Systeme verallgemeinert übertragen werden können. Denn die

für eine fest definierte Logistikaufgabe unter angenommenen Randbedingungen und

Parametern durchgeführten Einzeluntersuchungen können keine Allgemeingültigkeit

aufweisen. So zeigt auch die ökologische und ökonomische Bewertung der Pla-

nungsalternativen lediglich eine Größenordnung zur Orientierung in der Planung auf

und damit, in welchem Rahmen die Energiekosteneinsparungen und Amortisations-

zeiten der Planungsalternativen für die unterschiedlichen Arten von Logistikzentren

liegen. Diese Angaben stellen keine verbindlichen Werte dar, welche für die Bewer-

tung und Variantenauswahl übernommen werden können. Zur ökonomischen Bewer-

tung müssen in der Planung weiterhin spezifische Berechnungen durchgeführt wer-

den. Entsprechend der Problemstellung und des Modellzwecks können die generier-

ten Ergebnisse der Untersuchungsphase mit den aufgezeigten energetischen Stell-

schrauben und Wechselwirkungen jedoch die Planer von Logistikzentren unter-

schiedlicher Fachdisziplinen bei der Auswahl und Kombination von energieeffizienten

Planungsalternativen für die spezifische Bewertung unterstützen. Liegen die Ein-

gangsdaten für das integrierte Modell dem Planer vor, kann der Energiebedarf der

Planungsalternativen und das damit verbundene Energieeinsparpotenzial individuell

für das zu planende spezifische System ermittelt werden. Das notwendige Wissen,

welche Planungsalternativen grundsätzlich bestehen und in die Betrachtung einbe-

zogen werden können, bieten die Erkenntnisse aus den erzielten Forschungsergeb-

nissen der Untersuchungsphase.

Um diese in der Untersuchung gewonnenen Forschungserkenntnisse nutzerspezi-

fisch für die Anwendung zur Entscheidungsfindung in der Planungspraxis zu trans-

formieren, wurde in der Entwicklungsphase eine Wissensbasis für eine integrierte

Logistik- und Gebäudeplanung erstellt. Die Wissensbasis besteht aus zwei Teil-

Wissensmodellen, die die Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistik-

zentren mit Leitlinien und Entscheidungshilfen unterstützen. Allerdings kann auch

hier die Wissensbasis lediglich die Möglichkeiten aufzeigen, welche Planungsalterna-

tiven mit welchem Potenzial zur Reduzierung des Energiebedarfs und der CO2-

Emissionen bestehen. Deshalb stellen die Forschungsergebnisse und der Inhalt der

Wissensbasis keine vollständige Bewertung und Untersuchung aller Planungsmög-

lichkeiten und Alternativen von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren dar, so-

dass immer noch eine spezifische Bewertung und Beurteilung der erstellten Varian-

10.3 Ausblick

283

ten in der Planung notwendig bleibt. Die Wissensbasis zeigt dafür aber mit den Leitli-

nien auf, welche Aspekte und energetische Wechselwirkungen in der Planung bei

der Variantenbildung besonders beachtet werden müssen, und mit den Entschei-

dungshilfen, welche energieeffizienten Planungsalternativen bestehen und welche

Energieeinsparpotenziale diese in welcher Kombination bieten.

10.3 Ausblick

Allgemein zeigen die vorher genannten Restriktionen der Forschungsergebnisse

gleichzeitig den weiteren Forschungsbedarf auf. Zunächst besteht dieser in der Er-

mittlung und Generierung von weiteren und validen zustandsbasierten Energiebe-

darfsparametern für die Intralogistik, um zuverlässig und einfach den zukünftigen

Energiebedarf der Intralogistik in der Planung neuer Materialflusssysteme für unter-

schiedliche Planungsalternativen, Varianten und Materialflussausprägungen bestim-

men und hinsichtlich Energie und Kosten bewerten zu können. Damit kann die Ge-

nauigkeit des erstellten integrierten Modells zur ganzheitlichen Energieermittlung von

Logistikzentren gesteigert und die Planung vereinfacht werden. Weiterer For-

schungsbedarf besteht in der Untersuchung eines dynamischen Verhaltens des Lo-

gistikgebäudes und des Materialflusssystems mit einem differierenden Durchsatz des

Systems über die Zeit verteilt. Denn im Ansatz dieser Arbeit konnte nur ein konstan-

ter Durchsatz der Intralogistik mit stündlich gleicher Logistikleistung des Material-

flusssystems untersucht werden. Dieser Aspekt der Auswirkungen einer schwanken-

den Logistikleistung auf den Gesamtenergiebedarf eines Logistikzentrums ist bisher

in der Forschung wenig adressiert worden. Für diesen aufgezeigten Forschungsbe-

darf können das erstellte integrierte Modell und die modellierten und parametrierten

Referenzgebäudemodelle als Grundlage dienen, um ein dynamisches Verhalten des

Gesamtsystems und die energetischen Wirkungen auf ein gleiches Verhalten wie mit

der statischen Berechnung hin zu untersuchen.

Weiterhin sollten in zusätzlichen Untersuchungen die in dieser Arbeit festgelegten

Systemgrenzen zur Energiebilanzierung von Logistikzentren erweitert werden, denn

weiterer Forschungsbedarf besteht in der Untersuchung der Nutzungsmöglichkeiten

regenerativer Energie am Standort sowie der Potenziale zum Austausch von Energie

mit anderen Systemen im Gesamtverbund an einem Standort. Die Forschungsaktivi-

täten sollten insbesondere die Möglichkeiten der Speicherung von regenerativer

Energie in Logistikzentren betreffen. In diesem Zusammenhang müssen Logistikzen-

tren in Verbindung mit anderen Gebäuden an einem Standort für eine übergreifende

Betrachtung der Wärmeenergie- als auch einer intelligenten Stromversorgung unter

dem Forschungsthema ‚Smart Grids‘ weiter erforscht werden. Hier gilt es, weitere

Synergieeffekte bezüglich Nutzung, Speicherung und Bereitstellung regenerativer

Energien in Verbindung mit Logistikzentren in einem ‚Smart Grid‘ zu untersuchen


284

sowie den Energiebedarf der Logistikzentren über die Zeit verteilt dynamisch zu ana-

lysieren und Möglichkeiten zur Flexibilisierung des Leistungsabrufs zu evaluieren.

Auf dem Weg zu CO2-neutralen und energieeffizienten Logistikzentren ermöglichen

die mit dieser Arbeit generierten Forschungsergebnisse gleichwohl erstmal ein erwei-

tertes Verständnis über die Zusammenhänge und energetischen Wechselwirkungen

zwischen der Intralogistik und dem Logistikgebäude. Dieses Wissen können Planer

nun bei der Konzeption neuer Logistikzentren einsetzten, um die Energieeffizienz

und CO2-Neutralität ihrer Planungsvarianten zu steigern.

285

11 Zusammenfassung

Mit steigenden politischen und gesellschaftlichen Anforderungen an Logistikzentren

hinsichtlich Umwelt und Energie stehen Logistikplaner, Architekten, Fachplaner so-

wie Bauherren und Investoren zunehmend vor der Herausforderung, Energieeffi-

zienzmaßnahmen und Konzepte zur Nutzung regenerativer Energie für ihre Logistik-

zentren zu erarbeiten und umzusetzen. Für eine höchstmögliche Energieeffizienz ist

es dafür in der Planung unabdingbar, einen integrierten Ansatz in der Logistik- und

Gebäudeplanung zu verfolgen, welcher die Intralogistik mit der Konstruktionsweise

des Gebäudes samt der installierten Gebäudetechnik umfasst, um Synergieeffekte

und energetische Wechselwirkungen in der Planung rechtzeitig zu berücksichtigen.

Bisher bestehen jedoch wenig Erkenntnisse über die energetischen Wechselwirkun-

gen der eingesetzten Materialflusstechnik, der Gebäudetechnik und der Konstrukti-

onsweise des Logistikgebäudes sowie über die Auswirkungen von Planungsalterna-

tiven für diese Bereiche auf den Gesamtenergiebedarf von unterschiedlichen Arten

von Logistikzentren. Damit sind die Stellhebel in Logistikzentren, welche für den

Energieverbrauch und die CO2-Emissionen im Gesamtsystemsystem verantwortlich

sind, nicht ausreichend bekannt. Dies liegt zum einen darin begründet, dass in der

Logistikbranche die CO2-Emissionen des Transportsektors, getrieben durch ein stei-

gendes Transportvolumen in Folge eines wachsenden eCommerce, im Fokus von

Effizienzmaßnahmen stehen. So werden Logistikzentren als Knoten- und Verteil-

punkte innerhalb der Lieferkette bei den bisherigen Optimierungsbestrebungen oft

vernachlässigt. Zum anderen liegt im Gebäudesektor der Fokus der Aktivitäten auf

der energetischen Bewertung und Optimierung von Wohn- und Bürogebäuden. Indu-

striebauten und insbesondere Logistikzentren sind bisher kaum hinsichtlich der Stell-

hebel zur Senkung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen ganzheitlich unter-

sucht worden. Um diese notwendigen Untersuchungen durchzuführen und die bisher

mangelnden Erkenntnisse hinsichtlich Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logi-

stikzentren für eine integrierte Gebäude- und Logistikplanung auszubauen, mangelt

es weiterhin an geeigneten Methoden und Ansätzen zur ganzheitlichen Ermittlung

und Bewertung des Energiebedarfs und der resultierenden CO2-Emissionen von Lo-

gistikzentren.

Ziel dieser Arbeit war deshalb die Untersuchung und Beschreibung energetischer

Wechselwirkungen zwischen den Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik und -hülle

sowie die Bestimmung der Auswirkungen von Planungsalternativen aus diesen Be-

reichen auf die Gesamtenergiebilanz und die CO2-Emissionen von unterschiedlichen

Arten von Logistikzentren. Als Voraussetzung dafür musste zuerst ein Ansatz zur

11 Zusammenfassung

286

ganzheitlichen Energieermittlung von Logistikzentren erarbeitet werden. Das ange-

strebte Ergebnis dieser Arbeit bildete schlussendlich die Entwicklung einer Wissens-

basis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren, welche

die generierten Erkenntnisse der Untersuchung als Leitlinien und Entscheidungshil-

fen für die Planung anwendungsspezifisch bereitstellt.

Dafür erfolgten in einer Initialphase zunächst eine Analyse des Stands der Technik

und eine Evaluierung des Handlungs- und Forschungsbedarfs. Auf dieser erarbeite-

ten Grundlage wurde die konkrete Untersuchungsmethodik festgelegt. In der Analyse

des Stands der Technik wurde eine Umfeldanalyse zur Ermittlung der externen und

internen Einflussgrößen auf Logistikzentren sowie der Anspruchsgruppen und deren

Anforderungen hinsichtlich Energieeffizienz und CO2-Neutralität durchgeführt. An-

schließend wurden Primärdaten mittels Besichtigungen von bestehenden Logistik-

zentren und einer Online-Befragung von Betreibern von Logistikzentren zur Be-

schreibung der Struktur und der unterschiedlichen Arten von Logistikzentren erho-

ben. Danach wurde literaturbasiert das aktuelle Planungsvorgehen in der Logi-

stik- und Gebäudeplanung untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Schwachstel-

len heutiger Vorgehensmodelle der Logistikplanung bei Neubauprojekten in einer

mangelnden Berücksichtigung der Aspekte Energie und CO2-Emissionen liegen.

Problematisch hierbei ist, dass zunächst die Logistikplanung erfolgt und die Gebäu-

deplanung mit ihrer Objekt- und Fachplanung zu spät um das fertige Materialflusssy-

stem herum in der Phase der Feinplanung der Logistik eingebunden wird. Um Syn-

ergien und energetische Wechselwirkungen zwischen den Bereichen Intralogistik

und Gebäude zu berücksichtigen und ein optimales Planungsergebnis hinsichtlich

Energieeffizienz und CO2-Neutralität zu erzielen, muss jedoch im Planungsvorgehen

eine frühere Einbindung der Gebäudeplanung in der Logistikplanung erfolgen.

Weiterhin hat die Untersuchung der etablierten Ansätze und Verfahren zur Ermittlung

und Bewertung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen die Problemstellung

dieser Arbeit bestätigt, denn es konnte kein ganzheitlicher Ansatz zur analytischen

Energiebedarfsermittlung von Logistikzentren als Hilfsmittel in der Planung gefunden

werden. Auch bieten bestehende Maßnahmen zur Senkung des Energiebedarfs und

Reduzierung der CO2-Emissionen keine ausreichenden Erkenntnisse über die

Wechselwirkungen in Logistikzentren sowie über die energetischen Stellhebel und

damit über die Auswirkungen von Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebe-

darf. Die Evaluierung des Handlungsbedarfs in der Praxis hat mit einer weiteren On-

line-Befragung von Betreibern von Logistikanlagen und -gebäuden mit einem stan-

dardisierten Fragebogen ergeben, dass die größten Hemmnisse bei der Umsetzung

von Energieeffizienzmaßnahmen als Planungsalternativen für Logistik- und Gebäu-

deanlagen im fehlenden Wissen über (technologische) Möglichkeiten und Maßnah-

men sowie über deren Energieeinsparpotenziale liegen. Der abgeleitete For-

10.3 Ausblick

287

schungsbedarf aus der Evaluierung des Forschungsstandes zeigt, dass keine der

analysierten Arbeiten eine ganzheitliche Untersuchung der Intralogistik, Gebäude-

technik und -hülle durchgeführt hat, um energetische Wechselwirkungen und Auswir-

kungen von Planungsalternativen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren

zu untersuchen. Damit bestehen dazu auch in der Forschung keine ausreichenden

Erkenntnisse. Zwar konnte im Forschungsstand bei einzelner Betrachtung der In-

tralogistik und des Logistikgebäudes ermittelt werden, dass bereits zuverlässige Me-

thoden und Forschungsergebnisse zur Bewertung des Energiebedarfs von einzelnen

Anlagen, Betriebsmitteln oder Baustoffen und -materialien bestehen – jedoch auch

hier wieder ohne Erkenntnisse über die Zusammenhänge und Auswirkungen auf den

Gesamtenergiebedarf von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren.

Um die Zielstellung dieser Arbeit zu erreichen und die dafür notwendigen Untersu-

chungen durchführen zu können, wurde in der anschließenden Modellierungsphase

zunächst ein integriertes analytisches Modell zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz

von unterschiedlichen Arten von Logistikzentren mit einem systemischen Ansatz er-

arbeitet. Anschließend wurden Referenzgebäude modelliert, welche in drei Grund-

modellen die übliche Baupraxis, mit einem gestiegenen Automatisierungsgrad der

Intralogistik (manuell G1, halbautomatisch G2 und vollautomatisch G3) jeweils in

Kombination mit verschiedenen Temperaturniveaus (Heizfall mit 12 °C und 17 °C

Innenraumtemperatur als Aufenthaltsanforderungen der Nutzer und Kühlfall mit max.

6 °C Innenraumtemperatur als Anforderung des Lagergutes in einem Kühllager), ab-

bilden. Die anschließende Ermittlung der Gesamtenergiebilanz für die erstellten

Grundmodelle der Referenzgebäude erfolgte mit dem erarbeiteten integrierten Mo-

dell und diente als Grundlage und Referenz für die Untersuchungsphase.

In der Untersuchungsphase wurden anhand der Grundmodelle der Referenzgebäude

Parameterstudien an den zuvor identifizierten und modellierten Grundelementen der

Bereiche Intralogistik, Gebäudehülle und Gebäudetechnik durchgeführt. Dazu wur-

den alle Grundelemente jeweils einzeln durch Planungsalternativen ersetzt und auf

ihre Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf des Grundmodells sowie auf eine

größtmögliche CO2-Einsparung hin untersucht. Mit einer zusätzlichen ökonomischen

Bewertung der Planungsalternativen im jeweiligen Grundmodell wurden statisch die

Amortisationszeiten auf Grundlage der einmaligen Anschaffungskosten und der re-

sultierenden laufenden Energiekosteneinsparungen ermittelt. Anschließend wurden

ökologisch und ökonomisch sinnvolle Planungsalternativen für die Bereiche ausge-

wählt und ganzheitlich zu optimierten Varianten der Grundmodelle kombiniert, um

das Zusammenspiel der Planungsalternativen in Logistikzentren zu untersuchen und

die Wechselwirkungen wie auch das Gesamtenergie-Einsparpotenzial zu bestätigen.

Um den verbleibenden Energiebedarf der optimierten Varianten der Referenzgebäu-

demodelle nach Ersatz der Grundelemente durch energieeffiziente und ökologisch

11 Zusammenfassung

288

sowie ökonomisch sinnvolle Planungsalternativen zu decken, wurden die optimierten

Varianten zusätzlich mit einer stromerzeugenden Photovoltaikanlage ausgestattet.

Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination der einzelnen Planungsalternativen

als Ersatz für die standardmäßig modellierten Grundelemente den Gesamtenergie-

bedarf und die CO2-Emissionen in allen Referenzgebäudemodellen deutlich reduzie-

ren kann. Jedoch werden bei den drei untersuchten Referenzgebäudemodellen auch

klare Unterschiede deutlich, wo jeweils diese Einsparpotenziale liegen.

Im Grundmodell des Referenzgebäudes G1 wird sehr wenig stromverbrauchende

Materialflusstechnik eingesetzt. Dadurch hat das Gebäude hier den größten Einfluss

auf den Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen. Demzufolge gibt es in den

Bereichen Gebäudehülle und Gebäudetechnik die meisten Möglichkeiten der Ein-

flussnahme auf die Energieeffizienz und die CO2-Emissionen. Eine gute Ausführung

der Fassade in Kombination mit einem Wärmeerzeugungssystem, das regenerative

Energien nutzt, sind dabei die wichtigsten Planungsalternativen. Auch bei der Wahl

der Kälteerzeugung im Kühlfall des Grundmodells von G1 ist dies entscheidend. Effi-

ziente Batterieladegeräte als Planungsalternative für die im System befindlichen Flur-

förderzeuge können den Energiebedarf zwar reduzieren, haben jedoch nur einen

geringen Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf. Ganzheitlich lässt sich mit der opti-

mierten Variante von G1 bei den drei verschiedenen Temperaturniveaus der Ener-

giebedarf für den Betrieb des Logistikzentrums so weit senken, dass die auf dem

Dach installierte Photovoltaikanlage den verbleibenden Bedarf an Strom auszuglei-

chen vermag. Ein CO2-neutrales Logistikzentrum ist für die Art von manuellen Logi-

stikzentren somit realisierbar.

Im Falle des Referenzgebäudes G2 ändert sich die Verteilung des Energiebedarfs

deutlich. Verursacht das Gebäude im Grundmodell von G1 am Beispiel von 17 °C

Innenraumtemperatur noch fast 80 % der gesamten CO2-Emissionen, sinkt der Ein-

fluss bei G2 und damit der Anteil des Gebäudes an den CO2-Emissionen auf unter

35 %. Folglich werden die intralogistischen Optimierungen mit Planungsalternativen

für diesen Bereich zur größten Stellschraube bei der Reduzierung des Gesamtener-

giebedarfs und der CO2-Emissionen. Dennoch können durch Planungsalternativen

für die Gebäudetechnik und -hülle noch weitere Potenziale genutzt werden, um den

Energiebedarf im Gesamtsystem zu reduzieren und die verwendeten Energiearten

durch regenerative Energie zu substituieren. Durch Nutzung von Biomasse zum Hei-

zen in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage am Gebäude lassen sich in Summe

mit der optimierten Variante immerhin ca. 92 % der CO2-Emissionen bei einem Tem-

peraturniveau von 17 °C vermeiden. Für die Realisierung eines CO2-neutralen halb-

automatischen Logistikzentrums müssten jedoch weitere Flächen zur Stromerzeu-

gung durch Photovoltaik genutzt werden.

10.3 Ausblick

289

Bei dem Referenzgebäude G3 steigt der Anteil der Intralogistik am Gesamtenergie-

bedarf im Vergleich zu G2 noch weiter an. Der Anteil der von der Intralogistik verur-

sachten CO2-Emissionen beträgt für G3 nun fast 85 %. Damit haben die Gebäude-

hülle und -technik im Gegensatz zu den strombetriebenen intralogistischen Anlagen

kaum mehr Einfluss auf die CO2-Emissionen des Referenzgebäudes G3. Dies liegt

darin, dass Strom immer noch zum Großteil aus nicht-erneuerbaren Energien ge-

wonnen wird und damit nach deutschem Energiemix einen entsprechend schlechten

CO2-Koeffizienten für die Umrechnung besitzt. Aus diesem Grund liegen die CO2-

Einsparungen durch Kombination der Planungsalternativen für alle Bereiche zu einer

optimierten Variante, abhängig vom Temperaturniveau, nur noch zwischen 70 % und

75 %.

Das Ergebnis dieser Arbeit bildet die erstellte Wissensbasis zur Konzeption energie-

effizienter und CO2-neutraler Logistikzentren, welche die generierten Erkenntnisse

der Untersuchungsphase als nutzerspezifisches Wissen für eine integrierte Logi-

stik- und Gebäudeplanung zusammenfasst. Die Wissensbasis dient damit der Ent-

scheidungsunterstützung, indem sie zum einen mit den generierten Leitlinien auf-

zeigt, welche Aspekte und energetische Wechselwirkungen in der Planung und Vari-

antenbildung besonders zu beachten sind und zum anderen mit den Entscheidungs-

hilfen aufzeigt, welche energieeffizienten Planungsalternativen bestehen und welche

Energieeinsparpotenziale diese in welcher Kombination bieten.

Den Schluss dieser Arbeit stellt die Bewertung der erzielten Forschungsergebnisse

dar. Dazu wurden die Ergebnisse kritisch diskutiert sowie ein Ausblick gegeben, in-

dem der weitere Forschungsbedarf aufgezeigt wurde, um ganzheitlich energieeffizi-

ente und CO2-neutrale Logistikzentren zu realisieren und um den zukünftig wachsen-

den Herausforderungen, verbunden mit der Energiewende in Deutschland und den

klimapolitischen Zielen der EU, begegnen zu können. Denn nur durch eine ganzheit-

liche Optimierung der Lieferketten mit energieeffizienten und klimaschonenden La-

ger-, Umschlags- und Handhabungsprozesse an Logistikstandorten und energie- und

emissionsarmen Transportaktivitäten dazwischen kann die Logistikwirtschaft ihre

größer werdenden Auswirkungen auf unsere Umwelt reduzieren und einen maßgeb-

lichen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

291

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Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1-1: CO2-Emissionen von Logistikzentren, aufgeteilt in nutzungsbedingte und nicht-nutzungsbedingte CO2-Emissionen über die Phasen im Lebenszyklus von Logistikzentren mit dazugehörigen Energie-Einsparpotenzialen, in Anlehnung an [UNEP-2008, DIN 15643-5 , Hof-2015] 4

Abbildung 1-2: Problemstellung und Forschungsfragen zur Reduzierung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen von Logistikzentren in der Planungsphase, in Anlehnung an [UNEP-2008, DIN 15643-5, Hof-2015, Rei-2011] 8

Abbildung 1-3: Forschungsvorgehen und Aufbau der Arbeit 13

Abbildung 2-1: Anspruchsgruppen und deren Anforderungen an energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren aufgrund von internen und externen Einflussfaktoren 24

Abbildung 2-2: Standardfunktionen eines Logistikzentrums zur Erfüllung einer geforderten Logistikleistung [Gud-2012, S. 19] 26

Abbildung 2-3: Kategorisierung der Materialflusstechnik der Intralogistik [Gün-2013a] 27

Abbildung 2-4: Kategorisierungsansätze für Logistikzentren [Neh-2012, S. 380] 28

Abbildung 2-5: Übersicht der besichtigten Logistikzentren (Bildquelle: google maps) 31

Abbildung 2-6: Verteilung der Befragten nach Miet- und Eigentumsverhältnis für das betrachtete und eigen genutzte Logistikzentrum gesamt (links), aufgeteilt nach Sektor (rechts) 34

Abbildung 2-7: Baujahr Logistikzentrum am Standort (links), Grad der Automatisierung der Intralogistik im Logistikzentrum (rechts) 34

Abbildung 2-8: Verteilung der Nutzfläche der von den Befragten betrachteten Logistikzentren in m2 (rechts), Darstellung des Flächenanteils der gesamten Nutzfläche je Sektor (links) 35

Abbildung 2-9: Verteilung der Anforderungen der Lagergüter aufgrund ihrer Beschaffenheit an das Logistikzentrum bei den Befragten (links), Verteilung nach der Art der Handhabung (Automatisierungsgrad der Intralogistik) der Lagergüter entsprechend ihrer Beschaffenheit (rechts) 36

Abbildung 2-10: Eingesetzte Technik und Systeme im Logistikzentrum bei den Befragten, gegliedert nach den zu erfüllenden Funktionen der Intralogistik 36

Abbildung 2-11: Verteilung der verwendeten Energieträger und Techniken zur Erzeugung / Bereitstellung von Wärmeenergie im Logistikzentrum (links) und eingesetztes Heizsystem zur


320

Verteilung der Wärmeenergie im Logistikzentrum für die Logistikflächen (rechts) 37

Abbildung 2-12: Verteilung der verwendeten Energieträger und Techniken zur Erzeugung / Bereitstellung von Prozesskälte im Logistikzentrum (links) und eingesetztes Kühlsystem zur Kälteübergabe im Logistikzentrum für Logistikflächen (rechts) 38

Abbildung 2-13: Phasen der Logistikplanung mit Übersicht zu Prinzipien und Überlegungen in den Planungsphasen [All-1999, S. 24ff, Gün-2013a, S. 1-11ff] 42

Abbildung 2-14: Phasen der Gebäudeplanung mit Übersicht zu den zugehörigen Leistungsphasen nach HOAI und den Prinzipien und Überlegungen in den Planungsphasen zum nachhaltigen Bauen [Elk-2014, S. 69] 45

Abbildung 2-15: Handlungsebenen und Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung der CO2-Emissionen von Logistikzentren, in Anlehnung an [Gün-2010, S. 60] 50

Abbildung 2-16: Klassifikation der Ansätze zur Ermittlung des Energiebedarfs nach ihrer Abbildungsgüte und dem Zeitaufwand [Gün-2013b, S. 19] 53

Abbildung 2-17: Phasen der Logistik- und Gebäudeplanung der konventionellen Planung von Logistikzentren als Ist-Zustand 60

Abbildung 2-18: Phasen der Logistik- und Gebäudeplanung der integrierten Planung von Logistikzentren als Soll-Zustand 61

Abbildung 3-1: Verteilung der Befragten nach Unternehmensgröße (links) und Verteilung der Befragten nach Sektor (rechts) 65

Abbildung 3-2: Verteilung der Befragten nach Branche (links) und Verteilung Eigentumsverhältnisse der genutzten Logistikgebäude der Befragten (rechts) 66

Abbildung 3-3: Verteilung nach der Anforderungen und der Art des Lagergutes, Mehrfachnennung möglich (links) und Verteilung des Automatisierungsgrades der Materialflusstechnik der Befragten (rechts) *GMP Good Manufacturing Practice 66

Abbildung 3-4: Verteilung der Befragten, bei denen mindestens eine Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in der Logistik umgesetzt worden ist gesamt (links), nach Unternehmensgröße, Sektor und Branche (rechts) 67

Abbildung 3-5: Status mindestens einer umgesetzten Maßnahme in den jeweiligen Bereichen Intralogistik, Gebäudetechnik, Gebäudehülle und Nutzung regenerativer Energien in der Logistik bei den Befragten 68

Abbildung 3-6: Auslöser und verfolgte Ziele bei der Einführung und Umsetzung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikanlagen und -gebäuden bei Befragten mit mindestens einer umgesetzten Maßnahme 69


321

Abbildung 3-7: Verteilung des geschätzten Anteils der Energiekosten für Logistikanlagen und -gebäude an den dafür anfallenden gesamten Betriebskosten (links) und aufgeteilt nach Automatisierungsgrad der Logistikanlagen (rechts) 70

Abbildung 3-8: Verteilung des geschätzten Anteils der Energiekosten für Logistikanlagen und -gebäude an den dafür anfallenden gesamten Betriebskosten nach Branche 71

Abbildung 3-9: Auslöser und verfolgte Ziele bei der Einführung und Umsetzung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikanlagen und -gebäuden bei Befragten mit mindestens einer umgesetzten Maßnahme nach Branche und Unternehmensgröße 72

Abbildung 3-10: Herausforderungen bei der Umsetzung von Maßnahmen bei Befragten mit mindestens einer umgesetzten Maßnahme im Vergleich zu Hemmnisse bei der Nicht-Umsetzung von Maßnahmen bei Befragten ohne umgesetzter Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und CO2-Neutralität Logistikanlagen und -gebäuden 75

Abbildung 3-11: Hemmnisse bei der Einführung von Energieeffizienzmaßnahmen bei den Befragten, die bisher keine Maßnahmen umgesetzt haben nach Branche 78

Abbildung 3-12: Herausforderungen bei der Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen bei den Befragten, die Maßnahmen bereits umgesetzt haben nach Branche 79

Abbildung 4-1: Untersuchungsmethodik zur systemischen Betrachtung der Wechselwirkungen und Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von Logistikzentren 92

Abbildung 5-1: Energieverluste innerhalb einer Energiekette, in Anlehnung an [Erl-2013, S. 46] 99

Abbildung 5-2: Übersicht zu erneuerbaren Energien sowie deren Vor- und Nachteilen, in Anlehnung an [UNEP-2008c] 102

Abbildung 5-3: Blockschema des technischen Sachsystems Logistikzentrum mit Hierarchieebenen und festgelegter Systemgrenze, in Anlehnung an [Rop-1999, S. 120/122] 105

Abbildung 5-4: Identifizierte und klassifizierte systemrelevante Grundelemente von Logistikzentren 107

Abbildung 5-5: Wirkungsgraph zur Verhaltensstruktur von Logistikzentren mit energetischen internen Zusammenhängen und externen Umwelteinflüsse als abstraktes Modell 108

Abbildung 6-1: Außenansicht des modellierten Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum 126

Abbildung 6-2: Innenansicht des modellierten Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum 127


322

Abbildung 6-3: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 130

Abbildung 6-4: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 131

Abbildung 6-5: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 132

Abbildung 6-6: Außenansicht des modellierten Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistikzentrum 134

Abbildung 6-7: Innenansicht des modellierten Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistikzentrum 135

Abbildung 6-8: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 139

Abbildung 6-9: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 140

Abbildung 6-10: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 141

Abbildung 6-11: Außenansicht des modellierten Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum 142

Abbildung 6-12: Innenansicht des modellierten Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum 143

Abbildung 6-13: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 147

Abbildung 6-14: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 148

Abbildung 6-15: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 149

Abbildung 7-1: Grundelemente und Planungsalternativen je Klasse des Bereichs Intralogistik zur Durchführung der Parameterstudien je Referenzgebäudemodell 152

Abbildung 7-2: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern 156

Abbildung 7-3: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern 156


323

Abbildung 7-4: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern 156

Abbildung 7-5: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern 157

Abbildung 7-6: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern 157

Abbildung 7-7: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern 157

Abbildung 7-8: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen für Hubwagen der Klasse Fördern von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C 158

Abbildung 7-9: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen für Hubwagen der Klasse Fördern von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C 158

Abbildung 7-10: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen für Hubwagen der Klasse Fördern von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C 158

Abbildung 7-11: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern 160

Abbildung 7-12: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern 160

Abbildung 7-13: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern 161

Abbildung 7-14: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern 161

Abbildung 7-15: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation manuelles Lager der Klasse Lagern 164

Abbildung 7-16: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation manuelles Lager der Klasse Lagern 164

Abbildung 7-17: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation manuelles Lager der Klasse Lagern 165


324

Abbildung 7-18: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch manuelles Lager der Klasse Lagern 165

Abbildung 7-19: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlich Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen für das Grundelement manuelles Lager der Klasse Lagern von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 166

Abbildung 7-20: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern 168

Abbildung 7-21: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern 169

Abbildung 7-22: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation AKL der Klasse Lagern 169

Abbildung 7-23: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern 170

Abbildung 7-24: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern 170

Abbildung 7-25: Auswirkung auf CO2-Emissionen G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation AKL der Klasse Lagern 170

Abbildung 7-26: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternative für HRL der Klasse Lagern von G2: halbautomatisches Logistikzentrum 17 °C 171

Abbildung 7-27: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternative für HRL der Klasse Lagern von G3: vollautomatisches Logistikzentrum 17 °C 171

Abbildung 7-28: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternative für AKL der Klasse Lagern von G3: vollautomatisches Logistikzentrum 17 °C 171

Abbildung 7-29: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren 173

Abbildung 7-30: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren 173

Abbildung 7-31: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren 173

Abbildung 7-32: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren 174


325

Abbildung 7-33: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternative für Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren von G2: halbautomatisches Logistikzentrum 17 °C 174

Abbildung 7-34: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternative für Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren von G3: vollautomatisches Logistikzentrum 17 °C 174

Abbildung 7-35: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation De- /Palettierroboter der Klasse Handhaben 177

Abbildung 7-36: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation De- /Palettierroboter der Klasse Handhaben 177

Abbildung 7-37: Vergleich der CO2-Emissionen zwischen Grundmodell und Grundmodell mit optimierter Intralogistik für die Referenzgebäudemodelle G1, G2 und G3 für den Heizfall 17 °C (links) und Kühlfall 6 °C (rechts), aufgeteilt in CO2-Emissionenfür Intralogistik und Gebäudetechnik in kg/m3a 181

Abbildung 7-38: Grundelemente und Planungsalternativen je Klasse des Bereichs Gebäudehülle zur Durchführung der Parameterstudien je Referenzgebäudemodell 183

Abbildung 7-39: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung 185

Abbildung 7-40: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung 185

Abbildung 7-41: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlich Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen für das Grundelement Dämmstandard der Klasse Dämmung von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 185

Abbildung 7-42: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung 186

Abbildung 7-43: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung 186

Abbildung 7-44: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung 187

Abbildung 7-45: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlich Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen für das Grundelement Dämmstandard der Klasse Dämmung von G2: halbautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 187


326

Abbildung 7-46: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung 188

Abbildung 7-47: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung 188

Abbildung 7-48: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster 191

Abbildung 7-49: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster 191

Abbildung 7-50: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Fassadenfenster von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 192

Abbildung 7-51: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster 193

Abbildung 7-52: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster 193

Abbildung 7-53: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Fassadenfenster von G2: halbautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 194

Abbildung 7-54: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster 195

Abbildung 7-55: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster 195

Abbildung 7-56: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Fassadenfenster von G3: vollautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 196

Abbildung 7-57: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster 198

Abbildung 7-58: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster 198

Abbildung 7-59: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen


327

aus der Klasse Dachfenster von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 199

Abbildung 7-60: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster 199

Abbildung 7-61: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster 201

Abbildung 7-62: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster 201

Abbildung 7-63: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Dachfenster von G2: halbautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 201

Abbildung 7-64: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster 202

Abbildung 7-65: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster 202

Abbildung 7-66: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Dachfenster von G3: vollautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 203

Abbildung 7-67: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore 205

Abbildung 7-68: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore 205

Abbildung 7-69: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 205

Abbildung 7-70: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore 206

Abbildung 7-71: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore 206

Abbildung 7-72: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G2: halbautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 206


328

Abbildung 7-73: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore 207

Abbildung 7-74: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore 207

Abbildung 7-75: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G3: vollautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 207

Abbildung 7-76: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur 209

Abbildung 7-77: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur 209

Abbildung 7-78: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur 209

Abbildung 7-79: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur 209

Abbildung 7-80: Grundelemente und Planungsalternativen je Klasse des Bereichs Gebäudetechnik zur Durchführung der Parameterstudien je Referenzgebäudemodell 210

Abbildung 7-81: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung 212



Abbildung 7-84: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung 212




329

Abbildung 7-87: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) einer Bewegungssteuerung aus der Klasse Beleuchtung von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 213

Abbildung 7-88: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation einer mechanischen Lüftungsanlage für die Klasse Lüftung 214

Abbildung 7-89: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation einer mechanischen Lüftungsanlage für die Klasse Lüftung 215

Abbildung 7-90: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der Varianten mechanische Lüftungsanlage aus der Klasse Lüftung von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 215

Abbildung 7-91: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsystem 218

Abbildung 7-92: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsystem 218

Abbildung 7-93: Vergleich von Nutz-, End- und Primärenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum ohne Intralogistik, 17 °C mit unterschiedlichen Wärmeerzeugungs- und Übergabesystemen als Planungsalternativen für die Klasse Heizsystem 219

Abbildung 7-94: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der unterschiedlichen Wärmeerzeugungs- und Übergabesysteme aus der Klasse Heizsystem von G1: manuelles Logistikzentrum mit 17 °C 220

Abbildung 7-95: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation des Wärmeübergabesystems der Klasse Heizsystem 221

Abbildung 7-96: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsystem 222

Abbildung 7-97: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der unterschiedlichen Wärmeübergabesysteme aus der Klasse Heizsystem von G2: halbautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 222

Abbildung 7-98: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation des Wärmeübergabesystems der Klasse Heizsystem 224

Abbildung 7-99: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsystem 224


330

Abbildung 7-100: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen (rechts) der unterschiedlichen Wärmeübergabesysteme aus der Klasse Heizsystem von G3: vollautomatisches Logistikzentrum mit 17 °C 224

Abbildung 7-101: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem 226

Abbildung 7-102: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem 226

Abbildung 7-103: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem 227

Abbildung 7-104: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem 227

Abbildung 7-105: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem 228

Abbildung 7-106: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem 228

Abbildung 7-107: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien 231

Abbildung 7-108: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien 231

Abbildung 7-109: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien 233

Abbildung 7-110: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien 233

Abbildung 7-111: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien 234

Abbildung 7-112: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien 234

Abbildung 8-1: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 238


331

Abbildung 8-2: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 239

Abbildung 8-3: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 240

Abbildung 8-4: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 242



Abbildung 8-7: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 243



Abbildung 8-10: Vergleich der CO2-Emissionen in kg/m3a der einzelnen Planungsalternativen für die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C (oben) und 12 °C (unten) 244

Abbildung 8-11: Vergleich der CO2-Emissionen in kg/m3a der einzelnen Planungsalternativen für die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C 245

Abbildung 8-12: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 248


332

Abbildung 8-13: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 249

Abbildung 8-14: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 250

Abbildung 8-15: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 252



Abbildung 8-18: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 253



Abbildung 8-21: Vergleich der CO2-Emissionen in kg/m3a der einzelnen Planungsalternativen für die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C (oben) und 12 °C (unten) 254

Abbildung 8-22: Vergleich der CO2-Emissionen in kg/m3a der einzelnen Planungsalternativen für die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C 255

Abbildung 8-23: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzentrum


333

für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 257

Abbildung 8-24: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 258

Abbildung 8-25: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr 259

Abbildung 8-26: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 261



Abbildung 8-29: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 261



Abbildung 8-32: Vergleich der CO2-Emissionen in kg/m3a der einzelnen Planungsalternativen für die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Heizfall 17 °C (oben) und 12 °C (unten) 263

Abbildung 8-33: Vergleich der CO2-Emissionen in kg/m3a der einzelnen Planungsalternativen für die Bereiche Gebäudehülle und -technik sowie Intralogistik und in der Kombination dieser zu einer optimierten Variante des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C 264


334

Abbildung 9-1: Anwendungsfall für die Wissensbasis in einer integrierten Logistik- und Gebäudeplanung von Logistikzentren 266

Abbildung 10-1: Forschungsergebnisse zur Reduzierung des nutzungsbedingten Energiebedarfs und der CO2-Emissionen von Logistikzentren ganzheitlich in der Planungsphase des Lebenszyklus von Logistikzentren, in Anlehnung an [UNEP-2008, DIN 15643-5, Hof-2015, Rei-2011]. 272

Abbildung 10-2: Vergleich der Anteile der Gebäudetechnik und der Intralogistik an den jährlich verursachten CO2-Emissionen für die Referenzgebäudemodell G1: manuelles Logistikzentrum, G2: halbautomatisches Logistikzentrum und G3: vollautomatische Logistikzentrum je Grundmodell (GM) und optimierte Variante (opti) für die Temperaturniveaus von 17 °C, 12 °C und maximal 6 °C mit den Anteilen verrechneter Gutschrift für CO2-Emissionen durch eine PV-Anlage bei den optimierten Varianten 274

Abbildung 10-3: Vergleich des gesamten Potenzials zur Einsparung der jährlichen im Betrieb verursachen CO2-Emissionen der Referenzgebäudemodelle G1: manuelles Logistikzentrum, G2: halbautomatisches Logistikzentrum und G3: vollautomatische Logistikzentrum ausgehend vom Grundmodell (GM) mit der optimierten Variante (opti) für die Temperaturniveaus von 17 °C, 12 °C und maximal 6 °C durch Einsatz von Planungsalternativen und Nutzung regenerativer Energien zur Kompensation 278

335

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3-1: Gegenüberstellung und Bewertung bestehender Forschungsansätze und Autoren 84

Tabelle 6-1: Randbedingungen aller Untersuchungsmodelle zur Energiebedarfsermittlung und CO2-Emissionsberechnung 118

Tabelle 6-2: Ausprägungen der Gebäudearten der definierten Logistikzentren im Grundmodell als Referenzgebäudemodelle nach der Art der Nutzung 119

Tabelle 6-3: Ausprägungen der Innenraum-Solltemperaturen in den verschiedenen Gebäudebereichen für alle Gebäudearten nach der Art der Güter 119

Tabelle 6-4: Kategorisierung und Bemessungswerte 𝑞50 für Hallengebäude [Osch-2011]] 122

Tabelle 6-5: Spezifische Parameter der Referenzgebäudemodelle für künstliche Beleuchtung 122

Tabelle 6-6: CO2-Koeffizienten von verschiedenen Energieträgern 124

Tabelle 6-7: Preise für verschiedene Energieträger 125

Tabelle 6-8: Einspeisevergütung von Photovoltaik-Anlagen abhängig von der Leistung, Stand Oktober 2013 [Pho-2013] 125

Tabelle 6-9: Technische und spezifische Parameter des Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum zur Energiebilanzierung 127

Tabelle 6-10: Technische und spezifische Parameter des Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung 135

Tabelle 6-11: Technische und spezifische Parameter des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung 144

Tabelle 7-1: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement Hubwagen der Klasse Fördern 155

Tabelle 7-2: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement GLT-Förderer der Klasse Fördern 160

Tabelle 7-3: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement manuelles Lager der Klasse Lagern 164

Tabelle 7-4: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement automatisches Hochregallager und automatisches Kleinteilelager der Klasse Lagern 168

Tabellenverzeichnis

336

Tabelle 7-5: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren 172

Tabelle 7-6: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement De- /Palettierroboter der Klasse Handhaben 176

Tabelle 7-7: Technische Parameter zur Energieermittlung für das Grundelement Verpackungsanlage der Klasse Verpackung 179

Tabelle 7-8: Vergleich des Energiebedarfs zwischen Grundmodell und Grundmodell mit optimierter Intralogistik für Intralogistik und Gebäude der Referenzgebäudemodelle G1, G2 und G3 für den Heizfall 17 °C und Kühlfall 6 °C 180

Tabelle 7-9: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichen Dämmstandards zur Energieermittlung für die Klasse Dämmung 184

Tabelle 7-10: Untersuchte Dämmstandards der Verglasung für Fenster mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster 189

Tabelle 7-11: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G1: manuelles Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster 190

Tabelle 7-12: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G2: halbautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster 193

Tabelle 7-13: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster 195

Tabelle 7-14: Untersuchte Dämmstandards der Verglasung für Fenster mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster 197

Tabelle 7-15: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G1: manuelles Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster 197

Tabelle 7-16: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G2: halbautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster 200

Tabelle 7-17: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster 202

Tabellenverzeichnis

337

Tabelle 7-18: Untersuchte Varianten mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Verladetore 204

Tabelle 7-19: Untersuchte Planungsalternative mit technischen Parametern der Variante zur Geometrie zur Energieermittlung für die Klasse Kubatur 208

Tabelle 7-20: Untersuchte Varianten mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Beleuchtung 211

Tabelle 7-21: Untersuchte Varianten mit spezifischen Parametern zur Energieermittlung für die Klasse Lüftung 214

Tabelle 7-22: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement Wärmeerzeugungs- und Übergabesystemen der Klasse Heizsystem 216

Tabelle 7-23: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern zur Energieermittlung für das Grundelement Kälteerzeugungs- und Übergabesystemen der Klasse Kühlsystem 225

Tabelle 7-24: Untersuchte Planungsalternative mit spezifischen und technischen Parametern zur Energieermittlung PV-Anlage für G1: manuelles Logistikzentrum 230

Tabelle 7-25: Untersuchte Planungsalternativen mit spezifischen und technischen Parametern zur Energieermittlung PV-Anlage für G2: halbautomatisches Logistikzentrum 232

Tabelle 7-26: Untersuchte Planungsalternativen mit spezifischen und technischen Parametern zur Energieermittlung PV-Anlage für G3: vollautomatisches Logistikzentrum 233

Tabelle 8-1: Technische Parameter der optimierten Variante des Referenzgebäudes G1: manuelles Logistikzentrum zur Energiebilanzierung im Vergleich zum Grundmodell 236

Tabelle 8-2: Technische Parameter der optimierten Variante des Referenzgebäudes G2: halbautomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung im Vergleich zum Grundmodell 247

Tabelle 8-3: Technische Parameter der optimierten Variante des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung im Vergleich zum Grundmodell 256

A-1

Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen

Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen

Intralogistik


FFZ

Alternative Antriebs- bzw. Speichertechnologien zu Blei-Säure-Akkumulatoren Wasserstoff-Brennstoffzellen-Technologie

Vorteile: kurze Betankungszeiten, höhere Verfügbarkeit durch Vermeidung eines Batteriewechsels, geringerer Flächenbedarf, emissionsfrei Nachteil: deutlich höhere Investitionen und Wartungskosten der Brennstoffzellen und der gesamten Wasserstoffinfrastruktur mit Wasserstofftankstellen [Gün-2015b] Empfehlung:

Einsatz ab Flottengröße von 50 FFZ im Drei-Schicht-Betrieb lohnenswert [War-2016]. Lithium-Ionen-Energiesystem

Vorteil: hohe Energiedichte mit höherem Gesamtwirkungsgrad, längere Lebens-dauer, Zwischenladungen möglich, emissionsfrei [War-2016] Nachteil: höhere Investitionen für Lithium-Ionen-Akkumulatoren, etwa das Vierfache mehr als übliche Blei-Säure-Akkumulatoren Empfehlung:

Geringer Einfluss auf den Gesamtenergiebedarf und die CO2-Emissionen, steigt jedoch mit mehr FFZ im System. Weiterhin hohes Potenzial zur Energieeinsparung bei Einzelfallbetrachtung der FFZ mit Lithium-Ionen, sodass über 35 % Energie durch höhere Energiedichte im Vergleich zu Blei-Säure-Akkumulatoren eingespart werden kann. Trotzdem amortisieren sich diese im Zwei-Schicht-Betireb abhängig vom Anwendungsfall erst nach 15 Jahren. In die ökologische Bewertung sollten, neben den Energiekosten die weiteren Vorteile des Lithium-Ionen-Energiesystems einbezogen werden.

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Energieeffiziente Hochfrequenz-Ladegeräte als Alternative zu 50-Herz-Transformator-Ladegeräten und Hochfrequenz-Ladegeräten

Vorteil: höherer Gesamtwirkungsgrad von 84 %, geringerer Verschleiß und Erhö-hung der Batterielebensdauer [Fro-2013] Nachteil: höhere Investitionen Empfehlung:

Einsatz ist zu empfehlen. Zwar ist der Anteil am Gesamtenergiebedarf des Logistik-zentrums gering, dieser steigt jedoch mit höherer Anzahl von Fahrzeugen im Sy-stem. Der Energiebedarf der FFZ kann damit um ca. 20 %, abhängig vom Anwen-dungsfall, reduziert werden. Im Zwei-Schicht Betrieb amortisieren sich die höheren Anschaffungskosten über die Energiekosteneinsparungen nach ein bis zwei Jahren. Der Energiebedarf kann gesenkt und CO2-Emissionen vermieden werden.

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Energieeffiziente Betriebsweise und Steuerung Energieeffizienter Betriebsmodus der FFZ

Vorteile: Vermeiden von Transportwegen, Rekuperation der Bremsenergie im Zwi-schenspeicher, automatisches Abschalten nicht benötigter Nebenverbraucher, Kennlinienoptimierung des Antriebs, Herstellerangaben nach können bis zu 20 % Energie am FFZ eingespart werden [Wru-2011] Nachteil: höhere Investitionen Empfehlung:

Die Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf durch einen effizienten Betriebs-modus der FFZ fallen mit Einsatz energieeffizienter Hochfrequenz-Ladegeräte ge-ring aus. Es gilt zu prüfen, wann sich höhere Investitionen über Energiekostenein-sparungen im Betrieb und evtl. gesunkenen Wartungskosten amortisieren.

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Gebäudehülle


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GLT-Förderer

Energieeffiziente Betriebsweise und Steuerung Intermittierender Betriebsmodus

Vorteil: Reduzierung der Leerlaufzeiten durch Blockbildung, Abschaltung von Anla-genteile bei Nichtinanspruchnahme Nachteil: mögliche höhere Kosten für Sensortechnik und Bereichssteuerung für die Fördertechnik, evtl. zusätzlicher Programmieraufwand in der Steuerungsebene Empfehlung:

Stellhebel zur Reduzierung Gesamtenergiebedarf und gesamte CO2-Emissionen von Logistikzentren gering, jedoch im einstelligen Prozentbereich vorhanden. Ho-hes Energieeffizienzpotenzial bei Einzelfallbetrachtung von GLT Ketten- und Rol-lenförderern, sodass zwischen 70 bis 85 % des Energiebedarfs im Betrieb, anwen-dungsfallabhängig, eingespart werden können. Potenzial ist jedoch abhängig vom Betriebsmodus. Damit gilt es in der Planung zu beachten, dass der Energiebedarf von der zu erbringenden Logistikleistung und der Anzahl der zu fördernden Einhei-ten sowie von den Betriebszeiten abhängig ist. Bei hohen Durchsätzen verbrauchen Rollenförderer durch ihre energieintensiven Beschleunigungsvorgänge beim Starten und Stoppen mehr Energie im intermittie-renden Betrieb als im kontinuierlichen Dauerbetrieb. Weiterhin ist auf eine minimale Nachlaufzeiten von einzelnen Fördersegmenten bei Implementierung der Steue-rung zu achten. [Gün-2013b, S. 102ff]

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Wahl geeigneter Antriebsarten und Motorvarianten Empfehlung:

Es ist auf eine Auswahl geeigneter Komponenten zu achten. Der Einsatz von Fre-quenzumrichtern zum Betreiben der Motoren in effizienteren Wirkungsgraden ist zu empfehlen.

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KLT-Förderer

Wahl geeigneter Antriebsarten und Motorvarianten Empfehlung:

Geringerer Anteil am Gesamtenergiebedarf der KLT-Fördertechnik als der GLT-Fördertechnik. In der Einzelfallbetrachtung der KLT-Fördertechnik besteht hingegen durch die Auswahl geeigneter Komponenten erhebliches Energie- und CO2-Emissionen-Einsparpotenzial. In der Planung gilt es zu beachten, dass der Energiebedarf von der zu erbringen-den Logistikleistung, der Anzahl der zu fördernden Einheiten sowie von den Be-triebszeiten als auch der Transportaufgabe und -länge abhängig ist und die Art der Antriebstechnik dementsprechend zu bestimmen ist. . Für lange Förderstrecken ist der Einsatz von 400-V-Antriebstechnik wegen geringe-rem Energiebedarf geeigneter. Für kurze Förderstrecken mit Aussetzbetrieb oder mit Stauaufgaben zeigt die dezentrale 24-V-Antriebstechnik einen geringeren Ener-giebedarf. [Bra-2013, Bra-2014] Bei Betrachtung der Lebenszykluskosten ist die Motorvariante in einer Standard-ausführung für KLT-Rollenförderer ökonomisch nicht empfehlenswert. Denn trotz höherer Anschaffungskosten sind die Energieeinsparungen von energieeffizienten Motorvarianten, selbst im Einschichtbetrieb, über die Lebensdauer wesentlich höher als in der Standardausführung. [Jod-2013]

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Manuell Lagern

Planungsalternativen für Schubmaststapler zur manuellen Lagerbedienung entsprechen den Planungsalternativen für FFZ der Klasse Förder Empfehlung:

Energieeinsparpotenzial eines energieeffizienten Betriebsmodus für Schub-maststapler und das Potenzial zur Rückspeisung der generatorischen Energie in einen Zwischenspeicher ist entsprechend höher aufgrund der höheren potentiellen Energie beim Heben während der Einlagervorgänge als bei FFZ zum Fördern. Der Einsatz von energieeffizienter Batterieladetechnologie und Rückspeiseeinhei-ten für Schubmaststapler bzw. andere FFZ zur Lagerbewirtschaftung von manuel-len Lagern ist auf Grund der möglichen Energie- und CO2-Einsparpotenziale zu empfehlen.

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Automat. HRL & AKL

Effiziente Lagerbewirtschaftung- und Verfahrstrategien für Regalbediengeräte Empfehlung:

Zur Reduzierung des Energiebedarfs von Regalbediengeräten ist eine Zonierung der Lagerfläche nach Zugriffshäufigkeit als Lagerbewirtschaftungsstrategie empfeh-lenswert. Die Auswahl der richtigen Verfahrstrategie muss immer in Anhängigkeit von den Kriterien Durchsatzanpassung, Lagertyp und Antriebskonfiguration der RBG erfolgen. Durch eine Reduzierung der maximalen Fahrgeschwindigkeit bei

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hubzeitkritischen Bewegungen können weitere Energieeffizienzsteigerungen ohne Durchsatzeinbußen erreicht werden. [Ert-2014, Ert-2014a, Sie-2013b, Bra-2012, Gün-2013b, S. 104].

Zwischenkreiskopplung oder Energierückspeiseeinheit

Vorteil: mit Zwischenkreiskopplung wird freiwerdende Energie eines Antriebs unmit-telbar für den anderen Antrieb verwendet, mit Energierückspeiseeinheit wird gene-ratorische Energie ins Versorgungsnetz zurückgespeist oder in Hochleistungsener-giespeichern zwischengespeichert (mit Hochleistungsenergiespeichern kann Ener-gieversorgung der RBG aus der Batterie und dem Stromnetz erfolgt, sodass ein geringerer und konstanter Leistungsabruf aus dem Versorgungsnetz möglich wird; der Energiebedarf wird dadurch nicht reduziert, jedoch können damit die Kosten an den Stromversorger reduziert werden.) Nachteil: höhere Investitionen, mögliche Schwankungen im lokalen Stromnetz bei Rückspeisung Empfehlung:

Mit Rückspeiseeinheiten ausgestattete RBG im HRL als auch im AKL führen zu höheren Einsparungen als mit einer Zwischenkreiskopplung [Gün-2013b, S. 102]. Energierückspeiseeinheiten bieten grundsätzlich sehr hohes Potenzial zur Reduzie-rung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen aufgrund des hohen Anteils der RBG am Gesamtenergiebedarf in einem Logistikzentrum. Der trotzdem hohe Anteil am Gesamtenergiebedarf eines AKL fällt geringer aus als von einem automatischen HRL und ist wie im HRL abhängig von der Anzahl der RBG. Aufgrund sehr hoher Energiekosteneinsparungen durch RBG mit Energierückspeiseeinheit im HRL ergibt sich anwendungsfallabhängig eine Amortisationszeit von weniger als einem Jahr. Für RBG im AKL ergibt sich eine Amortisationszeit von weniger als zwei Jahren. Bei Energierekuperation (mit Energiespeichern) ist es sehr wichtig, diese schon in der Planung zu berücksichtigen, um die Netzinfrastruktur an den geringeren Lei-stungsbedarf an die Stromversorgung anzupassen [Irr-2016, o. V.-2016b].

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Komm.-system

Planungsalternativen und Empfehlungen entsprechen der Klasse Fördern für die Grundelemente FFZ, GLT-Förderer und KLT-Förderer

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Sort.-system

Planungsalternativen und Empfehlungen entsprechen der Klasse Fördern für die Grundelemente GLT-Förderer und KLT-Förderer

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Palletier-roboter

Energieeffiziente Betriebsweise und Steuerung

Vorteil: energieoptimale Verfahrweise, zeitliche Skalierung und Abschaltung in nicht produktiven Zeiten führen zur Reduzierung des Energiebedarfs Nachteil: erhöhter Steuerungsaufwand, evtl. zusätzlicher Programmieraufwand in der Steuerungsebene Empfehlung:

Mit einer energieeffizienten Betriebsweise können anwendungsfallabhängig über 10 % des Energiebedarfs von De- / Palettierrobotern eingespart werden. Aufgrund seines grundsätzlich geringen Verbrauchs haben diese Einsparungen jedoch kaum Auswirkungen auf den Gesamtenergiebedarf von vollautomatischen Logistikzen-tren. Abhängig von der zusätzlichen Investition ist diese Planungsalternative grund-sätzlich trotzdem zu empfehlen.

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Zwischenkreiskopplungen Empfehlung:

Da die Antriebe eines Roboters sich während der Bewegung meistens in unter-schiedlichen Betriebszuständen befinden, sollte dieses Wechselspiele aus Be-schleunigen und Bremsen der Antriebe zur Energierückgewinnung der generatori-schen Energie über Zwischenkreiskopplungen genutzt werden. Den Einsatz rückspeisefähiger Umrichter zur Rückspeisung der generatorischen Energie ins Versorgungsnetz ist nur bei hochbelasteten Maschinen sinnvoll [Sen-2012]. Dies ist bei De- / Palettierrobotern i. d. R. nicht der Fall.

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Wahl geeignete Antriebsarten und richtiger Technologie für den Greifer Empfehlung:

Abhängig von der Applikation ist die richtige Antriebskonfiguration auszuwählen. Der Greifer ist entsprechend der Aufgabe hinsichtlich Last, Laufzeit, Betriebsart und Energiebedarf zu wählen. So ist der Energieverbrauch beim Greifvorgang abhängig von der eingesetzten Technologie. Bei mechanischen Greifern kostet eine lange Haltedauer Strom, ein pneumatischer Greifer benötigt nur einmal Druck für das permanente Halten [Fes-2013].

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Hebe-zeuge

Energieeffiziente Betriebsweise und Steuerung Empfehlung:

Abhängig von der Applikation sollte auf eine energieeffiziente Betriebsweise geach-tet werden, z. B. mit einem bedarfsgerecht gesteuerten Gebläse im Bereich der Vakuum-Steuerung von Schlauchhebegeräten, anstatt es im Dauerbetrieb zu ver-wenden [Vog-2016].

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Wahl geeigneter Antriebsarten und richtiger Technologie für Hebevorrichtung Empfehlung:

Für Krananlagen, im speziellen für Brückenkrane, sollten polumschaltbare Maschi-nen mit FU ohne Rückspeiseeinheit grundsätzlich vorgezogen werden. Einsatz von FU im Hebezeug lohnt nur, wenn eine Rückspeiseeinheit verwendet wird. Grund-sätzlich sind die Energieeinsparungen beim Einsatz von FU mit Rückspeiseeinhei-ten nicht wesentlich höher als beim Einsatz eines üblich verwendeten polumschalt-baren Motors in Krananlagen. Der Einsatz von FU ohne Rückspeisung führt zu einem höheren Energiebedarf. Bei weiteren Hebezeugen ist entsprechend der Aufgabe hinsichtlich Last, Laufzeit, Betriebsart und Energiebedarf eine geeignete Hebevorrichtung zu wählen.

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Ladesi-cherung

Wahl geeigneter Antriebsarten und richtiger Ladesicherungsverfahren Empfehlung:

Wenn das Lagergut es zulässt, ist das Umreifen energieeffizienter und umwelt-schonender als die Verpackungsverfahren Stretchen und Schrumpfen. Weiterhin sollte eine Auswahl von geeigneten Antriebssystemen und Komponenten zur Erhö-hung des Gesamtwirkungsgrades durchgeführt werden, in Anlehnung an die Emp-fehlungen der der Klasse Fördern für GLT-Förderer und KLT-Förderer.

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Verpak-kung

Wahl geeigneter Antriebsarten und richtiger Verpackungsverfahren Empfehlung:

Verpackungsverfahren entsprechend der Applikation auswählen. Aus energetischer Sicht ist das Haubenstretchverfahren im Vergleich zum Schrumpfverfahren für Paletten empfehlenswert. Weiterhin sollte eine Auswahl von geeigneten Antriebs-systemen und Komponenten zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades durchge-führt werden, in Anlehnung an die Empfehlungen der der Klasse Fördern für GLT-Förderer und KLT-Förderer.

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Gebäudehülle


Dämm-standard

Höher Dämmstandard Empfehlung manuelle Logistikzentren:

Mit Verbesserung der Dämmeigenschaft der Gebäudehülle im Heizfall auf den EnEV-Standard > 19 °C mit einem guten Dämmstandard sinken die Transmissi-onswärmeverluste durch die Hülle erheblich. Damit kann eine deutliche Reduktion des Gesamtenergiebedarfs und der CO2-Emissionen, in Abhängigkeit vom Anwen-dungsfall, erreicht werden. Im Kühlfall können abhängig vom Anwendungsfall und der geforderter Temperaturgrenze die Einsparungen geringer ausfallen. Auch im Kühlfall kann der gute Dämmstandard empfohlen werden. Ein sehr guter Dämm-standard über EnEV ist aufgrund von hohen Mehrinvestitionen in Verbindung mit geringen zusätzlichen Energieeinsparungen ausgehend von einem guten Dämm-standard für den untersuchten Heiz- als auch Kühlfall nicht zu empfehlen. Empfehlung halb- / vollautomatisches Logistikzentrum:

Mit Verbesserung der Dämmeigenschaft der Gebäudehülle im Heizfall auf den EnEV-Standard > 19 °C mit einem guten Dämmstandard sinken die Transmissi-onswärmeverluste durch die Hülle. Damit kann eine Reduktion des Gesamtener-giebedarfs und der CO2-Emissionen, in Abhängigkeit vom Anwendungsfall, erreicht werden. Ein sehr guter Dämmstandard über EnEV ist auf Grund von hohen Mehrin-vestitionen in Verbindung mit geringen zusätzlichen Energieeinsparungen ausge-hend von einem guten Dämmstandard für den untersuchten Heiz- als auch Kühlfall nicht zu empfehlen. Dabei sollten nur die Gebäudebereiche mit dem guten Dämm-standard ausgestattet werden, die einen Heizenergiebedarf zum geforderten Tem-peraturniveau aufweisen. Automatisierte Bereiche, wie HRL und AKL, sollten nicht in einem besseren Dämmstandard ausgeführt werden, weil die zusätzlichen Investi-tionen weder im Verhältnis zu den erwartenden energetischen noch finanziellen Einsparungen stehen. Betreffend den Kühlfall müssen alle Gebäudebereiche des Logistikzentrums die maximale Temperaturgrenze nicht überschreiten, damit sind

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auch die automatisierten Bereiche, wie HRL und AKL, dem Dämmstandard der Halle anzupassen. Grundsätzlich nimmt der Einfluss einer optimierten Gebäudehül-le auf den Gesamtenergiebedarf mit steigendem Grad der Automatisierung der Intralogistik ab, sodass der Einfluss bei vollautomatischen geringer ausfällt aus bei halbautomatischen Logistikzentren. Trotzdem ist auch dann ein guter Dämmstan-dard für die zu konditionierenden Bereiche von Logistikzentren zu empfehlen.

A/V Ver-hältnis

Minimierung der Hüllfläche Empfehlung:

Es muss auf eine kompakte Bauweise geachtet werden, um ein optimales Oberflä-che-zu-Volumen-Verhältnis (A/V-Verhältnis) zu erreichen und die Hüllfläche wei-testgehend zu minimieren. Dieser Aspekt sollte schon bei der Suche nach einem geeigneten Grundstück und insbesondere bei der Gestaltung des Materialflusslay-outs berücksichtigt werden. So führt jede Vergrößerung der Hüllfläche zu einem deutlich höheren Transmissionswärmeverlust, den im Heizfall die solaren Gewinne über die opake Hüllfläche nicht ausgleichen können. Dies hat zur Folge, dass der Gesamtenergiebedarf deutlich steigt. Im Kühlfall bewirkt ein schlechteres A/V-Verhältnis, abhängig vom Anwendungsfall, eine viel höhere Steigerung des Gesam-tenergiebedarfs (im Untersuchungsfall des manuellen Logistikzentrums sogar um eine Steigerung des Gesamtenergiebedarfs und der CO2-Emissionen um 46 %).

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Fenster Fassade

Erhöhung des Fassadenfensterflächenanteil

Grundsätzlich bestehen geringe Auswirkungen von Fassadenfenstern auf den Ge-samtenergiebedarf von Logistikzentren. Es besteht jedoch eine große Bedeutung von Fassadenfenstern für das Behaglichkeitsempfinden der Nutzer. Zusammenfas-send haben unter energetischen Aspekten Fassadenfenster an der Südfassade am meisten Einfluss auf den Energiebedarf. Ost / West / und/oder Nord-orientierte Fenster sind für aller Arten nicht zu empfehlen. Empfehlung manuelle Logistikzentren:

Im Heizfall sind die Auswirkungen auf den Energiebedarf und die CO2-Emissionen relativ gering, weil (abhängig von der Ausführung) nicht mehr Tageslicht in die Halle gelangt. In Verbindung mit hohen Investitionen ist die Verbauung von Fenstern an der Ost- und Westfassade bzw. der Nordseite von Logistikgebäuden nicht zu emp-fehlen. Sollten Fenster aus Behaglichkeitsgründen eingebaut werden, ist ein besse-rer Dämmstandard der Verglasung zu empfehlen. Im Kühlfall entsteht durch Fassa-denfenster ein energetischer Mehrbedarf. Die CO2-Emissionen steigen im Kühlfall, je mehr Fenster in der Fassade integriert sind. Somit sollte auf eine Verglasung der Gebäudehülle bei gekühlten manuell bedienten Logistikzentren verzichtet werden. Empfehlung halb- / vollautomatisches Logistikzentrum:

Die meisten Einsparungen an CO2-Emissionen im Heizfall lassen sich in der dreiseitig-orientierten Ausführung der Fassadenfenster mit dem höchsten Dämm-standard (1,5 % im Untersuchungsfall) erzielen. Jedoch sind diese sowie die weite-ren untersuchten Alternativen im Anwendungsfall nicht wirtschaftlich, weil hohe Investitionen sehr geringen Energieeinsparungen und -kosten gegenüberstehen, welche mit Absenken der Innenraumtemperatur noch geringer ausfallen. Im Kühlfall entsteht für jede untersuchte Alternative ein Energiemehrbedarf. Mit diesen zusätzlichen Energiekosten in Verbindung mit den hohen Investitionen sind Fassadenfenster im Kühlfall nicht sinnvoll.

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Dach Fassade

Erhöhung des Dachfensterflächenanteil

Grundsätzlich bestehen geringe Auswirkungen von Dachfenstern auf den Gesam-tenergiebedarf von Logistikzentren. Empfehlung manuelle Logistikzentren:

Im Heizfall führen Erhöhungen des Dachfensteranteils nur in Kombination mit ei-nem besseren Dämmstandard zu Energieeinsparungen, welche jedoch relativ ge-ring ausfallen (Erhöhung ohne besserer Dämmung führt zu einem Energiemehrbe-darf). Weiterhin stehen diese Einsparungen nicht im Verhältnis zu den im Anwen-dungsfall hohen Investitionen. Im Kühlfall steigen der Energiebedarf als auch die CO2-Emissionen für jede unter-suchte Kombination aus Erhöhung Dachfensteranteil und Dämmung. Damit ist eine Erhöhung des Dachfensteranteils über das gesetzlich vorgeschriebene Mindestmaß nicht zu empfehlen, es sollte auf eine Verglasung mit guten Eigenschaften entspre-chend dem Anwendungsfall geachtet und der Dachfensteranteil gering gehalten werden. Empfehlung halb- / vollautomatisches Logistikzentrum: Die Implementierung eines höheren Dachfensteranteils sowie eines besseren Dämmstandards ist nicht

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zu empfehlen. Die Investitionen übersteigen bei weitem die mit den Varianten er-zielbaren Energiekosteneinsparungen und CO2-Reduzierungen. Es sollte auf eine Verglasung mit guten Eigenschaften entsprechend dem Anwendungsfall geachtet und der Dachfensteranteil gering gehalten werden.

Verlade-tor

Vorsatzschleusen

Vorteil: Reduzierung Lüftungswärmeverluste (Zugluft), durchgehende Dämmung der Fassade (keine Wärmebrücken und Energieverluste) Nachteil: höhere Investitionen, höherer Platzbedarf Grundsätzlich hängt eine ökonomische und ökologische Bewertung der Vorsatz-schleusen für Verladetore von den Nutzungszeiten und der Größe des Logistikge-bäudes, den Toröffnungszyklen und -zeiten sowie der geforderten Innenraum-Solltemperatur ab. Mit einem höheren Aufkommen von Be- und Entladevorgängen können größere Energieverluste durch Vorsatzschleusen verhindert werden, so-dass die Wirtschaftlichkeit immer nutzungsabhängig bewertet werden muss. Empfehlung manuelle Logistikzentren:

Für manuelle Logistikzentren können Vorsatzschleusen empfohlen werden. Die Einsparungen durch Vorsatzschleusen bei geringerem Temperaturniveau sowie im Kühlfall sind geringer (Abhängig vom Standort und dem Anwendungsfall), sodass sich für diese Planungsalternative längere Amortisationszeiten ergeben. Empfehlung halb- / vollautomatisches Logistikzentrum:

Abhängig von der Innenraum-Solltemperatur fallen ergeben sich Energieeinsparun-gen, so dass bei höheren Temperaturen im Heizfall als auch im Kühlfall Vorsatz-schleusen wirtschaftlich realisiert werden können und empfohlen werden. Bei ge-ringeren Innenraum-Solltemperaturen wie 12 °C fallen Energie-, CO2 und Kosten-einsparungen im Verhältnis zu den Investitionen im Anwendungsfall zu gering aus.

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Kissentorabdichtung / aufblasbare Torabdichtung

Vorteil: Reduzierung Lüftungswärmeverluste (Zugluft) [Ste-2017] Nachteil: höhere Investitionen

Tore die über der Ladebrücke schließen / Isolierte Ladebrücken

Vorteil: durchgehende Dämmung der Fassade und keine Wärmebrücken und Ener-gieverluste [Ste-2017] Nachteil: höhere Investitionen

Luftschleier- bzw. Luftwandanlagen

Vorteil: für außen liegende Tore für Staplerverkehr empfehlenswert, weil Behaglich-keit für Nutzer des Logistikgebäudes gesteigert werden kann Nachteil: Energieeinsparpotenziale von Luftschleiern und Effizienz in hohem Maße von der Qualität der Luftabschirmung zwischen Innen und Außen abhängig [Kli-2013, S. 73ff]

Gebäudetechnik


künstl. Beleuch-tung

Einsatz von lichtemittierenden Dioden (LED)

Vorteil: sehr lange Lebensdauer, geringer Wartungsaufwand, erzeugen mit einer geringeren Leistungsaufnahme (als herkömmliche Leuchten) die gleiche oder eine höhere Lichtmenge ohne Wärme abzustrahlen (verbrauchen 60 % weniger Energie) [Zum-2017] Nachteil: deutlich höhere Investitionen

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Einsatz Bewegungssteuerung mit Bewegungs- oder Präsenzsensoren

Vorteil: bedarfsgerechte Steuerung mit Abschaltung, wenn Licht nicht benötigt wird Nachteil: höhere Investitions- / Installationskosten Empfehlung:

Einsatz ist für Bereiche ohne durchgehende Personenbelegung sinnvoll. Grund-sätzlich kann eine Beleuchtungssteuerung für manuelle Lager empfohlen werden, denn Energiekosteneinsparungen können schon nach einem Jahr anwendungs-fallabhängig die zusätzlichen Investitionen übersteigen (mit geringeren Innenraum-Solltemperaturen und vor allem bei gekühlten Lagern fallen die Energie- und CO2-Einsparungen höher aus).

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Lüftung +WRG

Einsatz mechanische Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung

Grundsätzlich steigt der Gesamtenergiebedarf mit dem Einsatz einer mechanischen Lüftungsanlage durch den zusätzlichen Strombedarf. Eine Wärmerückgewinnung kann den immer noch bestehenden Strombedarf durch eingesparten Heizenergie-bedarf nicht ausgleichen. Empfehlung:

In Anbetracht der zusätzlichen Investitionen und zusätzlich laufenden Energieko-sten ist der Einsatz von Lüftungsanlagen, auch mit Wärmerückgewinnung, bei Logi-stikzentren ohne besondere Anforderungen an die Luftqualität nicht zu empfehlen. Wenn jedoch Anforderungen an die Luftqualität oder Behaglichkeit im Logistikzen-trum gestellt werden, sodass Lüftungsanlagen oder RLT-Anlagen vorgesehen wer-den, sollte eine Wärmerückgewinnung eingeplant werden.

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Heiz-system

Einsatz alternativer Wärmeübergabesysteme

Grundsätzlich ist der Wärmenergiebedarf abhängig von der geforderten Innenraum-temperatur, dem zu beheizenden Raumvolumen und den Nutzungsbedingungen. Mögliche Alternativen für das Wärmeübergabesystem bestehen in einem direkten und indirekten Heizsystem und in einer Warmluftheizung oder Strahlungsheizung. Vorteile Umlufterhitzer als Warmluftheizung: durch Direktbefeuerung hohe Effizienz, geringe Verteilverluste (aufgrund eines schnellen Ansprechverhaltens), damit auch Einsatz regenerativer Energien möglich (weil Umluftheizer in der Regel ein hohes Temperaturniveau benötigen, beschränkt sich die Nutzung erneuerbarer Energie dafür grundsätzlich auf die Verbrennung von Biomasse). Nachteil Umlufterhitzer als Warmluftheizung: höhere Investitionen Vorteil Strahlungsheizung: bei Bedarf können gezielt nur bestimmte Bereiche be-heizt werden, womit zusätzlich Energie eingespart werden kann; erhitzen nicht nur die Luft, sondern geben ihre Wärme an die verschiedenen Flächen im Raum ab (Lüftungswärmeverluste werden bei geöffneten Toren vermieden); Nutzung weiterer regenerativer Energien möglich Nachteil Strahlungsheizung: höhere Investitionen Empfehlung:

Beim Einsatz von Dunkel- und Hellstrahlern als Strahlungsheizung ist darauf zu achten, dass keine Regale oder sonstige Verbauungen die Wärmeübertragung behindern. Bei einer Fußbodenheizung als Strahlungsheizung muss in der Planung darauf geachtet werden, dass der Boden den hohen Belastungen der Logistik standhält. Flächenheizungen, wie eine Fußbodenheizung, bieten den Vorteil, dass die Vorlauftemperaturen wesentlich geringer ausgelegt werden können als bei an-deren Heizsystemen. Damit eignen sich diese hervorragend für die Nutzung weite-rer regenerativer Energien, wie für die Nutzung der Umweltwärme in Kombination mit einer Wärmepumpe (Grundwasser-, Erd-, Umgebungs- und Luftwärmepumpen). Vor der Planung des Heizsystems muss jedoch eine mögliche Nutzung der Um-weltwärme überprüft werden (so ist z. B. nutzbares Grundwasser nicht an jedem Standort verfügbar und ist darüber hinaus genehmigungspflichtig). Steht in der Umgebung am Standort oder durch Verarbeitungsprozesse z. B. an einem Produk-tionsstandort niedertemperaturige Abwärme zur Verfügung, besteht damit eine weitere Möglichkeit, effizient Wärmepumpen einzusetzen. Empfehlung manuelle Logistikzentren:

Aus ökologischer Sicht sollten für manuelle Logistikzentren Heizsysteme mit rege-nerativen Energieträgern verwendet werden. Zu empfehlen anwendungsfallabhän-gig für manuelle Logistikzentren ein mit Hackschnitzel betriebener Umlufterhitzer, weil dieser im Vergleich zu den weiteren untersuchten Wärmeübergabesystemen die höchsten CO2-Einsparungen erzielt und trotz eines höheren Energiebedarfs akzeptable Amortisationszeiten aufweist. Weiterhin zu empfehlen ist der Einsatz einer Fußbodenheizung mit einer Grundwasserwärmepumpe, weil dieses System im untersuchten Fall hohe CO2- und die höchsten Energieeinsparungen erzielt, jedoch mit höheren Investitionen als der mit Hackschnitzel betriebene Umlufterhit-zer. Wenn nur bestimmte Bereiche im Logistikzentrum beheizt werden sollen, sind Hellstrahler wegen geringen Investitionen und bestehenden Potenzialen zur Redu-zierung des Energiebedarfs und der CO2-Emissionen zu empfehlen. Mit sinkenden fallen die Einsparpotenziale für Energiebedarf und CO2-Emissionen in manuellen Logistikzentren geringer aus, bei gleichbleibenden Investitionen für das Wärmeübergabesystem. Akzeptable anwendungsfallspezifische Planungsalter-nativen stellen bei geringeren Anforderungen an die Innenraumtemperatur Hell- oder Dunkelstrahler dar. Weiterhin ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist eine Fußbodenheizung mit einer Grundwasserwärmepumpe. Zwar sind dafür die Investi-

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tionen wesentlich höher (im Vergleich zum gasbetriebenen Umlufterhitzer), es be-stehen jedoch auch höhere Energiekosten- und CO2-Einsparungen, was zu einer akzeptablen Amortisationszeit führt. Empfehlung halb- / vollautomatisches Logistikzentrum:

In der Regel ist das zu beheizenden Raumvolumen bei automatisierten Logistikzen-tren geringer ist als bei manuellen. Zu empfehlen ist ein Umlufterhitzer betrieben mit Hackschnitzel wegen hohem Einfluss auf die CO2-Emissionen. Aus ökologischer Sicht bietet diese Alternative das beste Potenzial, gefolgt von der Alternative Fuß-bodenheizung mit einer Grundwasserwärmepumpe. Aus ökonomischer Sicht bietet anwendungsfallspezifisch ein mit Hackschnitzel betriebener Umlufterhitzer eine vertretbare Lösung für halbautomatische Logistikzentren mit ähnlichen Randbedin-gungen wie im Untersuchungsfall. Bei geringeren Innenraumtemperaturen kann ein Umlufterhitzer mit Hackschnitzel aufgrund höchster CO2-Einsparungen und geringerer Investitionen als für eine Fußbodenheizung empfohlen werden. Wird, wie im unersuchten Modell für vollautomatische Logistikzentren, das zu be-heizenden Raumvolumen weiter reduziert, ist als Alternative für das Wärmeüberga-besystem ein indirekter Umlufterhitzer mit einem Biomassekessel zu empfehlen. Zwar steigt der Gesamtenergiebedarf an, wird jedoch mit dieser Alternative aber durch regenerative Energien gedeckt. Damit können im Vergleich zu den anderen Varianten für das Heizsystem die meisten CO2-Emissionen eingespart werden. In Anbetracht von jährlichen zusätzlichen Energiekosten, ist diese Planungsalternative für sehr nachhaltigkeitsorientierte Neubauvorhaben geeignet. Aus ökonomischer Sicht bieten die gasbetriebenen Hellstrahler eine sinnvolle Planungsalternative, weil auch diese zur Reduzierung der CO2-Emissionen beiträgt. Für vollautomatische Logistikzentren, mit geringem zu konditionierenden Raumvo-lumen und niedrigen Innenraum-Solltemperaturen, können Hellstrahlen empfohlen werden.

Kühl-system

Einsatz alternativer Kälteübergabesysteme

Grundsätzlich ist der Kälteenergiebedarf abhängig von der geforderten Innenraum-temperatur, dem zu kühlenden Raumvolumen und den Nutzungsbedingungen. Mögliche Alternativen für das Kälteübergabesystem (keine Tiefkühlung) mit umluft-betriebenen Gebläsekonvektoren (fan coils) und einer zentralen Kompressionskäl-temaschine bestehen in Split-Geräten und einem VRF-System. Vorteile Split-Gerät und VRF-System: keine zentrale Kälteerzeugung und damit weniger Bedarf an Hilfsenergie für Pumpenleistung notwendig, damit auch keine Energieverluste bei der Verteilung Empfehlung manuelle Logistikzentren:

Auswirkungen auf Gesamtenergiebedarf und CO2-Emissionen fallen gleich aus, weil jeweils nur Strom benötigt wird. Aus ökologischer Sicht ist anwendungsfall-spezifisch ein VRF-System zu empfehlen, weil damit im Vergleich zu umluftbetrie-benen Gebläsekonvektoren mit zentraler Kompressionskältemaschine am meisten Energie und CO2-Emissionen eingespart werden können. Mögliche zusätzliche Investitionen müssen für die Planungsalternative beachtet werden. Empfehlung halb- / vollautomatisches Logistikzentrum:

Der Einsatz eines VRF-Systems ist zu empfehlen, weil es im Vergleich zu umluftbe-triebenen Gebläsekonvektoren (fan coils) mit einer zentralen Kompressionskälte-maschine weniger Energie benötigt und damit geringere CO2-Emissionen verur-sacht. Zu beachten gilt der Einfluss der Abwärme der Intralogistik auf den Küh-lenergiebedarf. Weiterhin hat anwendungsfallspezifisch die Gebäudetechnik im Kühlfall einen höheren Einfluss auf die Gesamtenergiebilanz als im Heizfall, wenn alle Bereiche des Logistikzentrums beheizt werden müssen.

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reg. Energie

Nutzung regenerativer Energie zur Wärmeerzeugung Planungsalternativen und Empfehlungen entsprechen der Klassen Heiz- und Kühlsystem

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Nutzung regenerativer Energie zur Deckung des Strombedarfs

Grundsätzlich kann auf zwei Arten die Eigenstromerzeugung am Logistikstandort sinnvoll erfolgen. Zum einen durch KWK und zum anderen durch PV [Kne-2013, S. 330]. KWK-Anlage

Grundsätzliche Voraussetzung zur sinnvollen Nutzung einer KWK-Anlage ist die notwendige Gleichzeitigkeit von Wärmeverbrauch und elektrischer Energieerzeu-gung. [Kad-2010, S. 338ff] Damit eine hohe Effizienz bei KWK-Anlagen erreicht

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werden kann, müssen diese einen hohen Auslastungsgrad aufweisen. Dies bedeu-tet, dass die Anlage konstant laufen und damit konstant gleichbleibend viel Wärme produzieren muss. Empfehlung:

Weil in automatisierten Logistikzentren in der Regel mehr Strom benötigt wird und in manuellen Logistikzentren nicht immer Wärmeenergiebedarf besteht, kann die erzeugte Wärme (insbesondere in den Sommermonaten) nicht genutzt werden. Damit kann die KWK-Anlage zur Eigenstromerzeugung bei geringerem Wärme- als Strombedarf nicht empfohlen werden. Sind hingegen in der näheren Umgebung geeignete Abnehmerstrukturen vorhanden, in denen ein ganzjähriger Bedarf an Wärme besteht, kann bei ausreichender Wärmebereitstellung der Aufbau eines Nahwärmenetzes durchaus als sinnvoll erachtet werden. PV-Anlage

PV-Anlagen eignen sich zur Eigenstromerzeugung am Logistikstandort am besten (insbesondere aufgrund der großen Gebäudeflächen). Empfehlung:

Stromertrag und die ökonomischen und ökologischen Vorteil müssen anwendungs-spezifisch für Standort und nutzbare Fläche für PV-Module ermittelt werden. Ab-hängig von der Einspeisevergütung kann die Entscheidung getroffen werden, ob der erzeugte Solarstrom in ein Stromnetz eingespeist oder eigen genutzt werden soll. [Wil-2014]

Wechselwirkungen und Auswirkungen von … · 6.1.3 Parameter zur ökologischen und ökonomischen...

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