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
Abkürzungsverzeichnis
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
Abkürzungsverzeichnis
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
Formelzeichenverzeichnis
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
Formelzeichenverzeichnis
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
RohstoffbeschaffungTransport / LagerungHerstellung
Herstellung Intralogistik
Errichtung Gebäude
TransportErrichtungEinbau
Errichtung Logistik
TransportErrichtungEinbau
(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.
1.2 Problemstellung und Forschungsfragen
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-
1.2 Problemstellung und Forschungsfragen
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
Energiebedarf(und verbundene
Emissionen)
Regenerative
Energien?
Wärme
Rückbau, Transport,RecyclingEntsorgung
Abfall
Betrieb Gebäude
Heizung Arbeitsplätze Prozesskälte LagervolumenBeleuchtungLüftungDämmungVerladetoreetc.
Betrieb Intralogistik
LagertechnikFördertechnikSteuerungstechnikIdentifikations- und Kommunikationstechniketc.
nutzungsbedingte CO2-Emissionen[Logistikzentrum]
Gas
Auswirkungen von
Planungsalternativen?
Auswirkungen von
Planungsalternativen?
nicht-nutzungsbedingte CO2-Emissionen[Umwelt]
Ökologische und
ökonomische Vorteil von
Planungsalternativen?
RohstoffbeschaffungTransport / LagerungHerstellung
Kraftstoff
PlanungHerstel-
lungErrich-tung
Nutzungnach
Nutzung
Phasen im Lebenszyklus von Logistikzentren
Herstellung Gebäudetechnik / -hülle
RohstoffbeschaffungTransport / LagerungHerstellung
Herstellung Intralogistik
Errichtung Gebäude
TransportErrichtungEinbau
Errichtung Logistik
TransportErrichtungEinbau
Ökologische und
ökonomische Vorteil von
Planungsalternativen?
Fragen in der Planung mit Einfluss auf Energiebedarf im Betrieb als Forschungsfragen
(vor- / nachgelagerte) AktivitätenEnergiefluss CO2-Emissionen
Energie-Einsparpotential in den Lebenszyklusphasen von Logistikzentren
Umfang der Festlegungen für Energiebedarf und CO2-Emissionen in den Lebenszyklusphasen von Logistikzentren
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
1.2 Problemstellung und Forschungsfragen
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-
1.4 Forschungsvorgehen und Aufbau der Arbeit
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-
1.4 Forschungsvorgehen und Aufbau der Arbeit
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.
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.1 Umfeldanalyse zur Identifikation von Einflussfaktoren auf den Energiebedarf
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.1 Umfeldanalyse zur Identifikation von Einflussfaktoren auf den Energiebedarf
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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.
2.1 Umfeldanalyse zur Identifikation von Einflussfaktoren auf den Energiebedarf
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
Energiebedarf(und verbundene
Emissionen)
Wärme
Betrieb Gebäude
HeizungProzesskälteBeleuchtungLüftungDämmungVerladetoreetc.
Betrieb Intralogistik
LagertechnikFördertechnikSteuerungstechnikIdentifikations- und Kommunikationstechniketc.
interne Einflüsse auf Energie und CO2-Emissionen[Logistikzentrum]
Gas
externe Einflüsse auf Energie und CO2-Emissionen[Umwelt]
Kraftstoff
Digitalisierung von Produktion und Konsum
(vor- / nachgelagerte) AktivitätenEnergiefluss CO2-Emissionen
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.
2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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-
2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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.
2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen
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.
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.2 Arten von Logistikzentren und deren Energieverbrauchsstrukturen
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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.
2.3 Vorgehen der Logistik- und Gebäudeplanung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren
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-
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.3 Vorgehen der Logistik- und Gebäudeplanung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren
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.
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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.
2.3 Vorgehen der Logistik- und Gebäudeplanung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren
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-
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.3 Vorgehen der Logistik- und Gebäudeplanung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren
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. -
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.3 Vorgehen der Logistik- und Gebäudeplanung zur Entwicklung und Konzeption von Logistikzentren
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].
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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-
2.4 Wissen und Methoden zur Erhöhung und Bewertung von Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung
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-
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.4 Wissen und Methoden zur Erhöhung und Bewertung von Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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-
2.4 Wissen und Methoden zur Erhöhung und Bewertung von Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung
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
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.4 Wissen und Methoden zur Erhöhung und Bewertung von Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung
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-
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.4 Wissen und Methoden zur Erhöhung und Bewertung von Energieeffizienz und CO2-Neutralität in der Planung
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,
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
2.5 Defizite und Fazit zum Stand der Technik
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].
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität von Logistikzentren
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
1. Grundlagenermittlung / Vorstudie
2. Wettbewerb / Vorplanung
5. Ausführung / Fertigstellung
6. Übergabe / Betrieb
3. Entwurfs- / Genehmigungsplanung
4. Ausschreibung / Vergabe / Ausführungsplanung
Phasen der Logistikplanung
a) Strukturplanung
1. Vorarbeiten
2. Grobplanung
b) Systemplanung
3. Feinplanung
4. Realisierung
Ist-Zustand konventionelle Planung von Logistikzentren
2.5 Defizite und Fazit zum Stand der Technik
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-
Schriftgröße 10 Phasen der Gebäudeplanung
1. Grundlagenermittlung / Vorstudie
2. Wettbewerb / Vorplanung
5. Ausführung / Fertigstellung
6. Übergabe / Betrieb
3. Entwurfs- / Genehmigungsplanung
4. Ausschreibung / Vergabe / Ausführungsplanung
Phasen der Logistikplanung
a) Strukturplanung
1. Vorarbeiten
2. Grobplanung
b) Systemplanung
3. Feinplanung
4. Realisierung
Soll-Zustand integrierte Planung von Logistikzentren
2 Analyse Stand der Technik zur Energieeffizienz und CO2-Neutralität 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-
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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,
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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 %
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
*
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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 %]
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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)
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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.
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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 %]
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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.
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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.
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
Zu hohe Amortisationszeiten
Fehlende Anreize durch Politik(finanziell)
Intransparenz / hoherbürokratischer Aufwand von
Förderprogrammen
Planungsunsicherheit wegenändernder Politik / Gesetze (z.
B. EEG)
Maßnahmen sind in Planung
Sonstiges
Hemmnisse für Umsetzung nach Branche und Unternehmensgröße (n=20)
Automobilindustrie Konsumgüter Maschinen-/Anlagenbau
Prozess/Baustoffindustrie KMU Großunternehmen
Maßnahmen nicht umgesetzt (n=20)
3.1 Untersuchung zum Handlungsbedarf in der Praxis
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
Zu hohe Amortisationszeiten
Fehlende Anreize durch Politik(finanziell)
Intransparenz / hoherbürokratischer Aufwand von
Förderprogrammen
Planungsunsicherheit wegenändernder Politik / Gesetze (z.
B. EEG)
Maßnahmen sind in Planung
Sonstiges
Herausforderungen bei Umsetzung nach Branche und Unternehmensgröße (n=56)
Automobilindustrie Konsumgüter Transport/Logistik
Maschinen-/Anlagenbau Prozess/Baustoffindustrie KMU
Großunternehmen Maßnahmen umgesetzt (n=56)
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
3.2 Untersuchung zum Forschungsstand
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.
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
3.2 Untersuchung zum Forschungsstand
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.
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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-
3.2 Untersuchung zum Forschungsstand
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-
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
3.2 Untersuchung zum Forschungsstand
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-
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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-
3.2 Untersuchung zum Forschungsstand
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-
3 Evaluierung Handlungs- und Forschungsbedarf für energieeffiziente und CO2-neutrale Logistikzentren
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
4 Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen zur systemischen Betrachtung von Planungsalternativen
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
4 Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen zur systemischen Betrachtung von Planungsalternativen
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.
4 Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen zur systemischen Betrachtung von Planungsalternativen
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
4 Untersuchungsmethodik im Forschungsvorgehen zur systemischen Betrachtung von Planungsalternativen
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).
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
5.1 Grundlagen zum Untersuchungsgegenstand Energie in einem System
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
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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-
5.1 Grundlagen zum Untersuchungsgegenstand Energie in einem System
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-
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
5.1 Grundlagen zum Untersuchungsgegenstand Energie in einem System
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.
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
5.2 Systemanalyse Logistikzentrum
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
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
5.2 Systemanalyse Logistikzentrum
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
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
5.3 Modellaufbau integriertes Modell
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
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
5.3 Modellaufbau integriertes Modell
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
Kommissionieren / Sortieren
Komm.-system
Sortier-system
Fördern
Hub-wagen
GLT -Förderer
KLT -Förderer
Gebäudehülle
Kommissionieren / Sortieren
Komm.-system
Sortier-system
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
5 Entwicklung eines integrierten Modells zur Ermittlung der Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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-
6.1 Spezifikation von Randbedingungen und Parametern der Grundmodelle
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-
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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-
6.1 Spezifikation von Randbedingungen und Parametern der Grundmodelle
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
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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.
6.1 Spezifikation von Randbedingungen und Parametern der Grundmodelle
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.
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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-
6.1 Spezifikation von Randbedingungen und Parametern der Grundmodelle
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
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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
6.2 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell 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
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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
6.2 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G1: manuelles Logistikzentrum
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.
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
130
Abbildung 6-3: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für
den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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6.2 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G1: manuelles Logistikzentrum
131
Abbildung 6-4: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für
den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
132
Abbildung 6-5: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G1: manuelles Logistikzentrum für
den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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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.
6.3 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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.
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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.
6.3 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
Spezifische Parameter G2
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
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
136
Schubmaststapler 7 -
Horizontalkommissionierer 7 -
Hochhubwagen 8 -
GLT-Kettenförderer [m] 61,2 32,4
GLT-Rollenförderer [m] 71,4 31,4
Technische Parameter G2
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 Halle 55
Maße Dachfenster Halle LxB [m] 1,5x1
Anzahl Dachfenster HRL 5
Maße Dachfenster HRL LxB [m] 1,5x1
Fassadenfenster Keine Fassadenfenster
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
6.3 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
Betriebsstunden 𝒕𝑭𝑭𝒁,𝒂,𝒊. [h/a] 4.032
Wirkungsgrad Batterieladung 𝜼𝑩𝑨_𝑳𝒂𝒅𝒖𝒏𝒈,𝒊 68 %
Energieverluste / Energierekuperation FFZi 15 % / 0 %
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
Kommissionieren / Sortieren
Betriebsstunden 𝒕𝑭𝑭𝒁,𝒂,𝒊. [h/a] 4.032
Wirkungsgrad Batterieladung 𝜼𝑩𝑨_𝑳𝒂𝒅𝒖𝒏𝒈,𝒊 68 %
Energieverluste / Energierekuperation FFZi 15 % / 0 %
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,
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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.
6.3 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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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6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
140
Abbildung 6-9: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzen-
trum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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6.3 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G2: halbautomatisches Logistikzentrum
141
Abbildung 6-10: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G2: halbautomatisches Logistikzen-
trum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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
6.4 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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.
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
144
Tabelle 6-11: Technische und spezifische Parameter des Referenzgebäudes G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung
Spezifische Parameter G3
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 -
Technische Parameter G3
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
6.4 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G3: vollautomatisches Logistikzentrum
145
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 Halle 22
Maße Dachfenster Halle LxB [m] 1,5x1
Anzahl Dachfenster HRL / AKL 5
Maße Dachfenster HRL LxB [m] 1,5x1
Fassadenfenster Keine Fassadenfenster
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
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] 1.07 / 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
Kommissionieren / Sortieren
Betriebsstunden 𝒕𝑭𝑭𝒁,𝒂,𝒊. [h/a] 4.032
Wirkungsgrad Batterieladung 𝜼𝑩𝑨_𝑳𝒂𝒅𝒖𝒏𝒈,𝒊 68 %
6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
146
Energieverluste / Energierekuperation FFZi 15 % / 0 %
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.
6.4 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G3: vollautomatisches Logistikzentrum
147
Abbildung 6-13: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzen-
trum für den Heizfall 17 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
148
Abbildung 6-14: Energieflussbild des Referenzgebäudemodells G3: vollautomatisches Logistikzen-
trum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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6.4 Modellierung und Energiebilanzierung Grundmodell G3: vollautomatisches Logistikzentrum
149
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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6 Entwicklung von Referenzgebäudemodellen für Logistikzentren und Ermittlung derer Gesamtenergiebilanzen
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-
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
Kommissionieren / Sortieren
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. Batterieladung
eneff. Betriebsmodus
Eneff. Antriebssystem
eneff. Batterieladung
eneff. Betriebsweise
Energie-rekuperation
eneff. Antriebssystem
eneff. Antriebssystem
eneff. Betriebsweise
eneff. Betriebs-strategien
eneff. = energieeffizient
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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].
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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-
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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
eneff. Betriebsmodus
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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,
17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern
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
Grundmodell1.995.056
-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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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,
17 °C durch Variation Hubwagen der Klasse Fördern
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
Abbildung 7-9: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)
der Planungsalternativen für Hubwagen der Klasse Fördern von G2: halbautomati-sches Logistikzentrum, 17 °C
Abbildung 7-10: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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.
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
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.
Abbildung 7-11: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern
Abbildung 7-12: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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.
Abbildung 7-13: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation GLT-Fördertechnik der Klasse Fördern
Abbildung 7-14: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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-
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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.
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
Batterieart und -spannung [V/Ah]
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
Wirkungsgrad Batterie+Ladegerät
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
∑ Energiebedarf ab Strom-netz [kWh/a]
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.
Abbildung 7-15: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation manuelles Lager der Klasse Lagern
Abbildung 7-16: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
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
eneff. Batterieladung
eneff. Betriebsmodus
-65.492 (3,3%)
-31.624 (-1,6%)
-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kWh/a]
SMS_V1
SMS_V2
Grundmodell2.014.455
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
Grundmodell1.995.056
Energiebedarf – G2 17°C Intralogistik Lagern manuelles Lager
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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.
Abbildung 7-17: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
Variation manuelles Lager der Klasse Lagern
Abbildung 7-18: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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.
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-20: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern
Lagern
Planungsalternativen VxAutom. HRL
AKLmanuelles Lager
Energie-rekuperation
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
169
Abbildung 7-21: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation HRL der Klasse Lagern
Abbildung 7-22: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
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]
RBG_mit_RüGrundmodell
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-23: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
Variation HRL der Klasse Lagern
Abbildung 7-24: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
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]
RBG_mit_RüGrundmodell
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]
RBG_mit_RüGrundmodell
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
Grundmodell1.061.753
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
171
Abbildung 7-26: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)
der Planungsalternative für HRL der Klasse Lagern von G2: halbautomatisches Logistikzentrum 17 °C
Abbildung 7-27: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)
der Planungsalternative für HRL der Klasse Lagern von G3: vollautomatisches Lo-gistikzentrum 17 °C
Abbildung 7-28: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
Batterieart und -spannung [V/Ah]
PzS 24/465 PzS 24/465 PzS 24/465 PzS 24 / 240 PzS 24 / 240
Ladetechnologie HF eneff. HF eneff. HF HF HF
Wirkungsgrad Batterie+Ladegerät
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
∑ Energiebedarf ab Strom-netz [kWh/a]
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
eneff. Batterieladung
eneff. Betriebsmodus
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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.
Abbildung 7-29: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren
Abbildung 7-30: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
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.
Abbildung 7-31: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren
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
Grundmodell1.995.056
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
Grundmodell1.953.635
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
174
Abbildung 7-32: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren
Abbildung 7-33: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)
der Planungsalternative für Kommissioniersystem der Klasse Kommissionieren von G2: halbautomatisches Logistikzentrum 17 °C
Abbildung 7-34: Zusätzliche Investitionen (links) und jährliche Energiekosteneinsparungen (rechts)
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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.
Abbildung 7-35: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation De- /Palettierroboter der Klasse Handhaben
Abbildung 7-36: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.1 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Intralogistik
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
G1: manuelles Logistikzentrum
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
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
185
Abbildung 7-39: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
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
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
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.
G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
Grundmodell2.014.455
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
Grundmodell1.243.899
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-42: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung
Abbildung 7-43: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung
Energiebedarf – G2 17°C Gebäudehülle 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
Grundmodell1.995.056
-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%)
CO2-Emissionen – G2 17°C Gebäudehülle Dämmung
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
187
Abbildung 7-44: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
6 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung
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.
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
G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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
Grundmodell1.088.144
CO2-Emissionen – G2 6°C Gebäudehülle Dämmung
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
Grundmodell1.066.859
-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%)
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-46: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung
Abbildung 7-47: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C, durch Variation Dämmstandard der Klasse Dämmung
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
Grundmodell1.953.635
-25.514 (-1,3%)
-21.408 (-1,1%)
-96.146 (-4,9%)
-72.789 (-3,7%)
-108.743 (-5,6%)
-79.408 (-4,1%)
Energiebedarf – G3 17°C Gebäudehülle Dämmung
-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
Grundmodell1.061.753
-6.345 (-0,6%)
-5.325 (-0,5%)
-23.911 (-2,3%)
-18.107 (-1,7%)
-27.044 (-2,5%)
-19.749 (-1,9%)
CO2-Emissionen – G3 17°C Gebäudehülle Dämmung
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
G1: manuelles Logistikzentrum
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-
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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.
Abbildung 7-48: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster
Abbildung 7-49: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
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
Grundmodell2.014.455
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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
Fassadenfensteranteil (G2)
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.
Abbildung 7-51: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster
Abbildung 7-52: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster
Energiebedarf – G2 17°C Gebäudehülle 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
Grundmodell1.995.056
-32.332 (-1,6%)
-4.753 (-0,2%)
22.813 (+1,1%)
7.055 (+0,4%)
-3.323 (-0,2%)
-13.698 (-0,7%)
CO2-Emissionen – G2 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster
-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%)
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-53: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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.
G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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.
Investition und Energiekosten – G2 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster
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%)
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
195
Tabelle 7-13: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Fassadenfenster
Fassadenfensteranteil (G3)
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.
Abbildung 7-54: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Anzahl und Dämmstandard der Klasse Fassadenfenster
Abbildung 7-55: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
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
Grundmodell1.953.635
-9.180 (-0,5%)
-1.972 (-0,1%)
5.237 (+0,3%)
3.284 (+0,2%)-728 (0,0%)
-4.740 (-0,2%)
Energiebedarf – G3 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster
-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%)
Grundmodell1.061.753
CO2-Emissionen – G3 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-56: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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
Investition und Energiekosten – G3 17°C Gebäudehülle Fassadenfenster
-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%)
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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
G1: manuelles Logistikzentrum
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-57: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster
Abbildung 7-58: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
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
Grundmodell2.014.455
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
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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.
Abbildung 7-59: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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.
Abbildung 7-60: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch
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
CO2-Emissionen – G1 6°C Gebäudehülle Dachfenster
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
200
ist darauf zu achten, den Dachfensteranteil möglichst gering zu gestalten und eben-
falls die bessere Verglasung DF_Dä_V3 zu verwenden.
G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
Dachfensteranteil (G2)
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 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
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
201
in Abbildung 7-63 entsprechen, kann auch für das Referenzgebäude G2 empfohlen
werden, den Dachfensteranteil so gering wie möglich zu gestalten.
Abbildung 7-61: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster
Abbildung 7-62: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster
Abbildung 7-63: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(rechts) der Planungsalternativen aus der Klasse Dachfenster von G2: halbauto-matisches Logistikzentrum mit 17 °C
G3: halbautomatisches Logistikzentrum
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.
Energiebedarf – G2 17°C Gebäudehülle 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
Grundmodell1.995.056
-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%)
CO2-Emissionen – G2 17°C Gebäudehülle Dachfenster
-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%)
Investition und Energiekosten – G2 17°C Gebäudehülle Dachfenster
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%)
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
202
Tabelle 7-17: Untersuchte Planungsalternativen mit technischen Parametern der Varianten mit unterschiedlichem Fensterflächenanteil in G3: vollautomatisches Logistikzentrum zur Energieermittlung für die Klasse Dachfenster
Dachfensteranteil (G3)
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 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.
Abbildung 7-64: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster
Abbildung 7-65: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation Anteil und Dämmstandard der Klasse Dachfenster
Energiebedarf – G3 17°C Gebäudehülle 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%)
Grundmodell1.953.635
CO2-Emissionen – G3 17°C Gebäudehülle Dachfenster
-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%)
Grundmodell1.061.753
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
203
Abbildung 7-66: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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
Investition und Energiekosten – G3 17°C Gebäudehülle Dachfenster
-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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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.
G1: manuelles Logistikzentrum
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.
Abbildung 7-67: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore
Abbildung 7-68: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
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 €.
Abbildung 7-69: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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
[€]
Tor_SchleuseGrundmodell
78.000
Investition und Energiekosten – G1 17°C Gebäudehülle Verladetore
-12.487 (-12,0%)
-100.000 -50.000 0 50.000
[€/a]
Grundmodell103.851
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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.
Abbildung 7-70: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore
Abbildung 7-71: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore
Abbildung 7-72: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G2: halbautomati-sches Logistikzentrum mit 17 °C
Energiebedarf – G2 17°C Gebäudehülle Verladetore
-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kWh/a]
Tor_SchleuseGrundmodell
1.995.056
-214.762 (-10,8%)
CO2-Emissionen – G2 17°C Gebäudehülle Verladetore
-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000
[kg/a]Tor_Schleuse
Grundmodell956.583
-53.396 (-5,6%)
Investition und Energiekosten – G2 17°C Gebäudehülle Verladetore
-100.000 0 100.000 200.000 300.000
[€]
Tor_SchleuseGrundmodell
96.000
112.000 (+116,7%)
-100.000 -50.000 0 50.000
[€/a]
Grundmodell161.212
-7.807 (-4,8%)
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
207
G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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.
Abbildung 7-73: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore
Abbildung 7-74: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
durch Vorsatzschleusen für die Klasse Verladetore
Abbildung 7-75: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(rechts) von Vorsatzschleusen aus der Klasse Verladetore von G3: vollautomati-sches Logistikzentrum mit 17 °C
Energiebedarf – G3 17°C Gebäudehülle Verladetore
-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kWh/a] -121.037 (-6,2%)
Grundmodell1.953.635
CO2-Emissionen – G3 17°C Gebäudehülle Verladetore
-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000
[kg/a]
Tor_Schleuse
-30.109 (-2,8%)
Grundmodell1.061.753
Investition und Energiekosten – G3 17°C Gebäudehülle Verladetore
-100.000 0 100.000 200.000 300.000
[€]
Tor_SchleuseGrundmodell
96.000
112.000 (+116,7%)
-100.000 -50.000 0 50.000
[€/a]-4.402 (-2,4%)
Grundmodell181.943
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.2 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudehülle
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.
Abbildung 7-76: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur
Abbildung 7-77: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C
durch Variation Geometrie der Klasse Kubatur
Abbildung 7-78: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
Variation Geometrie der Klasse Kubatur
Abbildung 7-79: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch
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
Grundmodell2.014.455
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
CO2-Emissionen – G1 17°C Gebäudehülle Kubatur
130.242 (+19,7%)
-200.000 -100.000 0 100.000 200.000 300.000 400.000
[kg/a]
längs_V1
Grundmodell659.885
CO2-Emissionen – G1 6°C Gebäudehülle Kubatur
263.082 (+46,0%)
-200.000 -100.000 0 100.000 200.000 300.000 400.000
[kg/a]
längs_V1
Grundmodell571.521
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-81: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung
Abbildung 7-82: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C
durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung
Abbildung 7-83: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C
durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung
Abbildung 7-84: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
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
Energiebedarf – G1 12°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung
-22.294 (-1,7%)
-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kWh/a]
Beleuchtung_ZonierungGrundmodell
1.314.654
Energiebedarf – G1 6°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung
-109.210 (-13,1%)
-600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kWh/a]
Beleuchtung_ZonierungGrundmodell
836.781
-35.737 (-5,4%)
-400.000 -300.000 -200.000 -100.000 0 100.000 200.000
[kg/a]
Beleuchtung_ZonierungGrundmodell
659.885
O2-Emissionen – G1 17°C Gebäudetechnik Beleuchtungssteuerung
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
213
Abbildung 7-85: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C durch
eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung
Abbildung 7-86: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch
eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung
Abbildung 7-87: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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]
Beleuchtung_ZonierungGrundmodell
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
Abbildung 7-88: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
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
Grundmodell2.014.455
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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.
Abbildung 7-89: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
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.
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
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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.
G1: manuelles Logistikzentrum
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%.
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
218
Abbildung 7-91: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsy-stem
Abbildung 7-92: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
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
Grundmodell2.014.456
-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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
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
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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
221
G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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.
Abbildung 7-95: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation des Wärmeübergabesystems der Klasse Heizsystem
Energiebedarf – G2 17°C Gebäudetechnik 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
Grundmodell1.995.056
383.885 (+19,2%)
-176.064 (-8,8%)
-197.553 (-9,9%)
-155.266 (-7,8%)
-728.063 (-36,5%)
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
222
Abbildung 7-96: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
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.
Abbildung 7-97: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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
CO2-Emissionen – G2 17°C Gebäudetechnik Heizsystem
-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%)
Investition und Energiekosten – G2 17°C Gebäudetechnik Heizsystem
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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.
G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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.
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
224
Abbildung 7-98: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Variation des Wärmeübergabesystems der Klasse Heizsystem
Abbildung 7-99: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
durch Variation des Wärmeerzeugungs- und Übergabesystems der Klasse Heizsy-stem
Abbildung 7-100: Zusätzliche Investitionen (links) und die jährlichen Energiekosteneinsparungen
(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.
Energiebedarf – G3 17°C Gebäudetechnik 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
342.392 (+17,5%)
-86.689 (-4,4%)
-70.051 (-3,6%)
-70.051 (-3,6%)
-424.613 (-21,7%)
Grundmodell1.953.635
CO2-Emissionen – G3 17°C Gebäudetechnik Heizsystem
-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%)
Grundmodell1.061.753
Investition und Energiekosten – G3 17°C Gebäudetechnik Heizsystem
-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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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)
G1: manuelles Logistikzentrum
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
226
weil im Kühlfall der Referenzgebäude die Grundmodelle jeweils nur Strom als Ener-
gieträger benötigen.
Abbildung 7-101: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C
durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem
Abbildung 7-102: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch
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.
G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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).
Abbildung 7-103: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem
Abbildung 7-104: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °C
durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem
G3: halbautomatisches Logistikzentrum
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.
Energiebedarf – G2 6°C Gebäudetechnik Kühlsystem
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
Grundmodell1.593.183
-78.071 (-4,9%)
CO2-Emissionen – G2 6°C Gebäudetechnik Kühlsystem
-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
Grundmodell1.088.144
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
228
Abbildung 7-105: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
6 °C durch Variation des Kälteerzeugungssystems der Klasse Kühlsystem
Abbildung 7-106: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 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
Energiebedarf – G3 6°C Gebäudetechnik Kühlsystem
-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
Grundmodell1.880.555
-62.641 (-3,3%)
CO2-Emissionen – G3 6°C Gebäudetechnik Kühlsystem
-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
Grundmodell1.284.419
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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-
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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.
G1: manuelles Logistikzentrum
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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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.
Abbildung 7-107: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien
Abbildung 7-108: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
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.
G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
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
Aufstellwinkel - 90°
Fläche [m2] - 2.750
Leistung [kWp] - 330
Stromertrag [kWh/a] - 164.945
Einspeisevergütung [€/a] - 20.254
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
7.3 Parameterstudien mit Planungsalternativen für den Bereich Gebäudetechnik
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.
Abbildung 7-109: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien
Abbildung 7-110: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien
G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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
Energiebedarf – G2 17°C Gebäudetechnik PV-Anlage
-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
Grundmodell1.995.056
CO2-Emissionen – G2 17°C Gebäudetechnik PV-Anlage
-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
7 Versuche zur Untersuchung der Auswirkungen auf die Gesamtenergiebilanz von Logistikzentren
234
Stromertrag [kWh/a] 120.489 59.430
Einspeisevergütung [€/a] 15.155 7.553
Ausrichtung Ost
Aufstellwinkel - 90°
Fläche [m2] - 2.938
Leistung [kWp] - 353
Stromertrag [kWh/a] - 176.221
Einspeisevergütung [€/a] - 21.616
Ausrichtung West
Aufstellwinkel - 90°
Fläche [m2] - 2.545
Leistung [kWp] - 305
Stromertrag [kWh/a] - 152.649
Einspeisevergütung [€/a] - 18.768
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.
Abbildung 7-111: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien
Abbildung 7-112: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
durch Einsatz PV-Anlage zur Nutzung regenerativer Energien
Energiebedarf – G3 17°C Gebäudetechnik PV-Anlage
-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%)
Grundmodell1.953.635
CO2-Emissionen – G3 17°C Gebäudetechnik PV-Anlage
-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%)
Grundmodell1.061.753
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].
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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
8.1 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G1: manuelles Logistikzentrum
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.
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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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8.1 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G1: manuelles Logistikzentrum
239
Abbildung 8-2: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G1: ma-
nuelles Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
240
Abbildung 8-3: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G1: ma-
nuelles Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energieträger in kWh für ein Jahr
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132
8.1 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G1: manuelles Logistikzentrum
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.
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
242
Abbildung 8-4: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C
durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-5: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C
durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-6: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C
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
[kWh/a]
optimierte VarianteGrundmodell
2.014.455
-2.047.455 (-101,6%)
-2.400.000 -2.000.000 -1.600.000 -1.200.000 -800.000 -400.000 0 400.000
[kWh/a]
optimierte VarianteGrundmodell
1.314.654
-1.383.759 (-105,3%)
Energiebedarf – G1 12°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
Energiebedarf – G1 6°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-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
8.1 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G1: manuelles Logistikzentrum
243
Abbildung 8-7: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 17 °C durch
Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grund-modells
Abbildung 8-8: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C durch
Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grund-modells
Abbildung 8-9: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch
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]
optimierte VarianteGrundmodell
659.885
CO2-Emissionen – G1 12°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte Variante
Grundmodell486.003
-543-555 (111,8%)
CO2-Emissionen – G1 6°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-572.790 (-100,2%)
-800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte Variante
Grundmodell571.521
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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
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PV Einspeisung
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PV Einspeisung
17 °C
12 °C
8.1 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G1: manuelles Logistikzentrum
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.
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 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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G1
Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
17 °C
12 °C
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Intralogistik
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Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
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PV Einspeisung
6 °C
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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
8.2 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
Technische Parameter G2 Grundmodell Optimierte Variante
Gebäudetechnik
Heizsystem Dezentrale Umluftheizung_GM GM_Hackschnitzel
Kühlsystem Kompressionskältemaschine mit fan coils_GM
VRF-System
Lüftung Lüftung_GM Lüftung_GM
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
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
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.
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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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8.2 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G2: halbautomatisches Logistikzentrum
249
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
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8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
250
Abbildung 8-14: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G2:
halbautomatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Ener-gieträger in kWh für ein Jahr
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141
8.2 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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.
Abbildung 8-15: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-16: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-17: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
6 °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-
Energiebedarf – G2 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
[kWh/a]
optimierte VarianteGrundmodell
1.995.056
-1.176.707 (-59,0%)
Energiebedarf – G2 12°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-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]
optimierte VarianteGrundmodell
1.586.006
Energiebedarf – G2 6°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
[kWh/a]
optimierte VarianteGrundmodell
1.593.183
-1.313.563 (-82,4%)
8.2 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G2: halbautomatisches Logistikzentrum
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 8-18: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-19: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum,
12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-20: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °C
durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
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.
CO2-Emissionen – G2 17°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte VarianteGrundmodell
956.583
-880.674 (-92,1%)
CO2-Emissionen – G2 12°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-785.908 (-91,9%)
-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte Variante
Grundmodell854.888
CO2-Emissionen – G2 6°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte VarianteGrundmodell
1.088.144
-913.498 (-84,0%)
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
254
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: 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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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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kg
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
17 °C
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kg
/m³a
]
G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung12 °C
6 °C
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
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kg
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
17 °C
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kg
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung12 °C
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.
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: halbautomati-sches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C
8.3 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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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kg
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kg
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
-4,00
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kg
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
17 °C
-4,00
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kg
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G2Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung12 °C
6 °C
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
6 °C
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
256
Tabelle 8-3: Technische Parameter der optimierten Variante des Referenzgebäudes G3: vollau-tomatisches Logistikzentrum zur Energiebilanzierung im Vergleich zum Grundmo-dell
Technische Parameter G3 Grundmodell Optimierte Variante
Gebäudetechnik
Heizsystem Dezentrale Umluftheizung_GM GM_Hackschnitzel
Kühlsystem Kompressionskältema-schine mit fan coils_GM
VRF-System
Lüftung Lüftung_GM Lüftung_GM
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
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
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.
8.3 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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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8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
258
Abbildung 8-24: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G3: voll-
automatisches Logistikzentrum für den Heizfall 12 °C für alle bilanzierten Energie-träger in kWh für ein Jahr
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8.3 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G3: vollautomatisches Logistikzentrum
259
Abbildung 8-25: Energieflussbild für die optimierte Variante des Referenzgebäudemodells G3: voll-
automatisches Logistikzentrum für den Kühlfall 6 °C für alle bilanzierten Energie-träger in kWh für ein Jahr
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149
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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
8.3 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G3: vollautomatisches Logistikzentrum
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.
Abbildung 8-26: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
17 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-27: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-28: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum,
6 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-29: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 17 °C
durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Energiebedarf – G3 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
[kWh/a]
optimierte Variante
-833.424 (-42,7%)
Grundmodell1.953.635
Energiebedarf – G3 12°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
[kWh/a]
optimierte Variante
-843.730 (-49,4%)
Grundmodell1.709.533
Energiebedarf – G3 6°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
[kWh/a]
optimierte Variante
-1.299.932 (-69,1%)
Grundmodell1.880.555
-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte Variante
- 800.481 (-75,4%)
Grundmodell1.061.753
CO2-Emissionen – G3 17°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
262
Abbildung 8-30: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 12 °C
durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
Abbildung 8-31: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 6 °C
durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells
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
CO2-Emissionen – G3 12°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte Variante
-749.071 (-74,8%)
Grundmodell1.001.031
CO2-Emissionen – G3 6°C optimierte Variante des Grundmodells gesamt
-1.000.000 -800.000 -600.000 -400.000 -200.000 0 200.000
[kg/a]
optimierte Variante
-901.591 (-70,2%)
Grundmodell1.284.419
8.3 Kombination von Planungsalternativen zur optimierten Variante G3: vollautomatisches Logistikzentrum
263
Vorsatzschleusen. Mit diesen Planungsalternativen können trotz des geringen Anteils
des Gebäudes die gesamten CO2-Emissionen von G3 weiterhin gesenkt werden.
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)
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
-4,00
-2,00
0,00
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2 [
kg
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]
G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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kg
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]
G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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2 [
kg
/m³a
]
G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung17 °C
12 °C
6 °C
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
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G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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2 [
kg
/m³a
]
G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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2 [
kg
/m³a
]
G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung17 °C
12 °C
6 °C
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
17 °C
12 °C
8 Anwendung der Versuchserkenntnisse und Untersuchung energetischer Wechselwirkungen in Logistikzentren
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.
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
-4,00
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G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
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2 [
kg
/m³a
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G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung
-4,00
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2 [
kg
/m³a
]
G3Gebäudetechnik Intralogistik PV-Einspeisung17 °C
12 °C
6 °C
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
Gebäude
Intralogistik
PV Einspeisung
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
9 Entwicklung einer Wissensbasis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren
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).
Schriftgröße 10 Phasen der Gebäudeplanung
1. Grundlagenermittlung / Vorstudie
2. Wettbewerb / Vorplanung
5. Ausführung / Fertigstellung
6. Übergabe / Betrieb
3. Entwurfs- / Genehmigungsplanung
4. Ausschreibung / Vergabe / Ausführungsplanung
Phasen der Logistikplanung
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
u1
u2
w4
u1
w1
w5
u3
u3
v2
v3
v1
v3
v2
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
+
-
+
+
+
+
+
-
-
+
9 Entwicklung einer Wissensbasis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren
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
9 Entwicklung einer Wissensbasis zur Konzeption energieeffizienter und CO2-neutraler Logistikzentren
270
Gebäudehülle
Klasse GE Planungsalternativen und Entscheidungshilfen Auswirkungen
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
Klasse GE Planungsalternativen und Entscheidungshilfen Auswirkungen
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
10 Bewertung der Forschungsergebnisse
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
Energiebedarf(und verbundene
Emissionen)
Regenerative
Energien?
Wärme
Rückbau, Transport,RecyclingEntsorgung
Abfall
Betrieb Gebäude
Heizung Arbeitsplätze Prozesskälte LagervolumenBeleuchtungLüftungDämmungVerladetoreetc.
Betrieb Intralogistik
LagertechnikFördertechnikSteuerungstechnikIdentifikations- und Kommunikationstechniketc.
nutzungsbedingte CO2-Emissionen[Logistikzentrum]
Gas
Auswirkungen von
Planungsalternativen?
Auswirkungen von
Planungsalternativen?
nicht-nutzungsbedingte CO2-Emissionen[Umwelt]
Ökologische und
ökonomische Vorteil von
Planungsalternativen?
RohstoffbeschaffungTransport / LagerungHerstellung
Kraftstoff
PlanungHerstel-
lungErrich-tung
Nutzungnach
Nutzung
Phasen im Lebenszyklus von Logistikzentren
Herstellung Gebäudetechnik / -hülle
RohstoffbeschaffungTransport / LagerungHerstellung
Herstellung Intralogistik
Errichtung Gebäude
TransportErrichtungEinbau
Errichtung Logistik
TransportErrichtungEinbau
Ökologische und
ökonomische Vorteil von
Planungsalternativen?
Fragen mit Untersuchung der Auswirkungen von Planungsalternativen in Parameter-
studien und mit Untersuchung ganzheitlich optimierter Logistikzentren beantwortet
(vor- / nachgelagerte) AktivitätenEnergiefluss CO2-Emissionen
Energie-Einsparpotential in den Lebenszyklusphasen von Logistikzentren
Umfang der Festlegungen für Energiebedarf und CO2-Emissionen in den Lebenszyklusphasen von Logistikzentren
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
10.1 Überprüfung der Arbeitshypothesen
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-
10 Bewertung der Forschungsergebnisse
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
10.1 Überprüfung der Arbeitshypothesen
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
10 Bewertung der Forschungsergebnisse
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-
10.1 Überprüfung der Arbeitshypothesen
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
10 Bewertung der Forschungsergebnisse
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
10.2 Diskussion der Forschungsergebnisse
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
10 Bewertung der Forschungsergebnisse
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-
10.2 Diskussion der Forschungsergebnisse
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
10 Bewertung der Forschungsergebnisse
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
10 Bewertung der Forschungsergebnisse
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.
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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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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 7-82: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung 212
Abbildung 7-83: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °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
Abbildung 7-85: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung 213
Abbildung 7-86: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °C durch eine Bewegungssteuerung für die Klasse Beleuchtung 213
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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
Abbildungsverzeichnis
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 8-5: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 242
Abbildung 8-6: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °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 8-8: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 243
Abbildung 8-9: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G1: manuelles Logistikzentrum, 6 °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
Abbildungsverzeichnis
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 8-16: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 252
Abbildung 8-17: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °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 8-19: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 253
Abbildung 8-20: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G2: halbautomatisches Logistikzentrum, 6 °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
Abbildungsverzeichnis
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 8-27: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 261
Abbildung 8-28: Auswirkung auf Gesamtenergiebedarf von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 6 °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 8-30: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 12 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 262
Abbildung 8-31: Auswirkung auf CO2-Emissionen von G3: vollautomatisches Logistikzentrum, 6 °C durch Kombination der Planungsalternativen zu einer optimierten Varianten des Grundmodells 262
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
Abbildungsverzeichnis
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
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 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
Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
A-2
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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Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
A-3
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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Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
A-4
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
Klasse GE Planungsalternativen und Entscheidungshilfen Auswirkungen
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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Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
A-5
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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Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
A-6
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
Klasse GE Planungsalternativen und Entscheidungshilfen Auswirkungen
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).
Seite 210
Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
A-7
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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Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
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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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Anhang A Entscheidungshilfen zur Auswahl von Planungsalternativen
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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]