10 bis 40% der Energie, die Zug, Tram oder Bus während der Fahrt insgesamt brauchen, dienen dem Komfort. Das entspricht dem mittlere jährliche Strombedarf von bis zu 400'000 Haushalten mit vier Personen in der Schweiz. Rene Staempfli/Pixabay

Vor der Pandemie hat Urs-Peter Menti viel Zeit im Zug verbracht. ©Bild: SBB CFF FFS

Die grossen Fenster sind eine Hauptattraktion des Bernina Express. Die Sonneneinstrahlung führt allerdings zu starker Erhitzung. Bei der jetzt laufenden Erneuerung der Flotte wird die Rhätische Bahn die Gläser deshalb folieren. ©Bild: Rhätische Bahn

HSLU: So sparen öffentliche Verkehrsmittel noch mehr Energie

(PM) Lässt sich bei den öffentlichen Verkehrsmitteln noch mehr Energie einsparen? Wenn ja, wieviel und auf welche Weise am besten? Verschiedene Untersuchungen haben sich bereits mit Einzelaspekten befasst. Eine Studie der Hochschule Luzern schafft im Auftrag des Bundesamtes für Verkehr zum ersten Mal einen Überblick über bestehende Ansätze im Bereich Heizung, Kühlung und Lüftung.


Ein Zug verbraucht auf der Fahrt von A nach B einerseits Energie für die Fortbewegung, andererseits aber auch für Heizung, Kühlung und Lüftung – also für den Komfort der Fahrgäste. Diese Faktoren bringen uns zwar nicht nach B, aber sie sorgen dafür, dass wir während der Reise frische Luft einatmen und dass wir nicht in unterkühlten Zügen schlottern. Kurz: Sie spielen eine wesentliche Rolle bei der Entscheidung «Auto oder Zug?».

Beachtliches Einsparpotenzial
Zwischen 10 und 40 Prozent der Energie, die Zug, Tram oder Bus während der Fahrt insgesamt brauchen, dienen dem Komfort. «Das ist im Jahr etwa gleich viel wie der mittlere jährliche Strombedarf von bis zu 400'000 Haushalten mit vier Personen in der Schweiz», sagt Stephan Husen, Leitender Experte im Programm Energiestrategie 2050 im öffentlichen Verkehr beim Bundesamt für Verkehr (BAV). Es lohnt sich also, genauer hinzuschauen, welche Einsparungen sich hier realisieren lassen. Und in der Tat gibt es nur schon in Europa bereits über 100 Studien zu verschiedenen Aspekten. «Ihre Methodik und Aussagekraft sind allerdings sehr unterschiedlich», sagt Prof. Urs-Peter Menti von der Hochschule Luzern. «Was bisher fehlte, war eine Übersicht und eine systematische Analyse dieser Studien.» Das BAV gab deshalb im Rahmen des Programms «Energiestrategie im öffentlichen Verkehr» Menti und seinem Team vom Institut für Gebäudetechnik und Energie den Auftrag, für Überblick und Klarheit zu sorgen.

Massnahmen auf Tram und Bus übertragen
Die Expertinnen und Experten sichteten und bewerteten die Studien, die ihre intensive Recherche an den Tag gebracht hatten. «Am besten untersucht ist die Bahn», stellt Menti fest. «Allerdings kann man viele der Massnahmen auf Tram und Bus übertragen.» Aus denjenigen Studien, die sie als besonders relevant gewichteten, leiteten die Forschenden schliesslich einen Massnahmenkatalog ab. Die Empfehlungen richten sich in erster Linie an Transportunternehmen und Hersteller. Auch Anregungen für weitere Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte sind darin enthalten.

Massnahmen von einfach bis visionär
«Schon jetzt bemühen sich viele Transportunternehmen um Einsparungen, aber es besteht auf jeden Fall noch Potenzial», sagt Urs-Peter Menti. Ein typisches Beispiel für eine vergleichsweise einfache aber sehr wirkungsvolle Massnahme ist die Einführung der so genannten energieoptimierten Abstellung: Auch wenn Züge nicht in Betrieb sind, werden sie aus verschiedenen Gründen meist nicht ganz ausgeschaltet, zum Beispiel, um im Winter den Frostschutz zu sichern, Feuchtigkeitsschäden zu vermeiden, oder weil das Aufstarten für einen kurzfristigen Einsatz sonst zu lange dauert. Mit der neu entwickelten energieoptimierten Abstellung verbrauchen die Züge im Ruhezustand nur noch einen Bruchteil der bisher benötigten Energie und stehen trotzdem schnell wieder zur Verfügung.

Aber auch von mancher visionäreren Idee ist Menti angetan. So wird im Moment zum Beispiel der einzelne Zugwagen gesamthaft geheizt, gekühlt und gelüftet, unabhängig davon, ob er voll ist oder ob nur eine Person darinsitzt. «Technisch wäre es denkbar und sinnvoll, dies jeweils pro Sitzplatz zu tun. In Randzeiten könnte viel Energie gespart werden, wenn Heizung und Lüftung nur für besetzte Plätze aktiviert werden», sagt Menti und ergänzt: «Vielleicht wäre es aufschlussreich, den Zugwagen gesamthaft neu zu denken.

Urs-Peter Menti: „Wäre es nicht sinnvoll, statt den ganzen Wagen nur einzelne Sitzplätze zu heizen oder zu kühlen?“

(©HSLU) Bahn statt Auto – das gibt schon mal einen Öko-Bonus. Doch der öffentliche Verkehr lässt sich noch energieeffizienter gestalten. Wie? Das weiss Urs-Peter Menti, Professor für Gebäudetechnik und Energie.

Urs-Peter Menti, wo überall brauchen öffentliche Verkehrsmittel Energie?
Zuerst einmal für die Fortbewegung selber, also um die Passagiere beispielsweise von Luzern nach Olten oder Engelberg zu bringen. Dann müssen Schienennetz und die Verkehrsmittel instand gehalten werden – auch das braucht Energie. Weiter verursacht der ÖV graue Energie – die heisst so, weil sie schwer messbar und quasi versteckt ist. Beim öffentlichen Verkehr fällt sie zum Beispiel an, um Bahntunnel zu bauen oder Fahrzeuge herzustellen. Und schliesslich will man es im Zug ja warm haben und es braucht frische Luft. Dieser letzte Punkt ist unser Fachgebiet in der Gebäudetechnik. Da es viele Analogien zwischen Gebäuden und Fahrzeugen gibt, hat das Bundesamt für Verkehr uns mit einer Studie dazu beauftragt.

Wie gross ist die Menge Energie, die allein für den Komfort aufgewendet wird?
Zwischen 10 und 40 Prozent der Energie, die Zug, Tram oder Bus während der Fahrt insgesamt brauchen, dienen dem Komfort. Das ist abhängig von Faktoren wie dem Fahrzeugtyp, der Anzahl Stopps, aber auch von der Jahreszeit. Das Bundesamt für Verkehr schätzt, dass jährlich dafür gleich viel Energie verwendet wird, wie 100’000 bis 400’000 Vierpersonenhaushalte brauchen, also deutlich mehr als der Verbrauch einer Schweizer Grossstadt.

Aus Ihrer Studie ist ein umfangreicher Massnahmenkatalog hervorgegangen. Können Sie für uns einige herausgreifen, die für Sie besonders interessant sind?
Ich möchte gerne zwei herauspicken. Eine ganz naheliegende und eine eher visionärere.

Fangen wir doch mit der Naheliegenden an.
Die ist eigentlich ganz simpel: Dann Strom sparen, wenn die Züge nicht in Betrieb sind. Ausserhalb der Hauptverkehrszeiten stehen viele Fahrzeuge auf dem Abstellgleis. Aus verschiedenen Gründen wurden und werden die Züge aber auch dann nicht wirklich ausgeschalten: Man befürchtet, dass es in den Wagen zu heiss, zu kalt oder zu feucht ist, wenn sie wieder in Betrieb genommen werden. Im Winter besteht zudem Frostgefahr. Um auf Nummer sicher zu gehen, lässt man die Systeme in der Parkstellung reduziert durchlaufen. Der Verband öffentlicher Verkehr (VöV) hat nun die so genannte «energieoptimierte Abstellung» entwickelt, die wirklich nur so viel Energie braucht, wie nötig, und dies ohne Einbussen beim Komfort und bei der Sicherheit. Sie wird vom VöV in seinen Richtlinien empfohlen und immer häufiger erfolgreich umgesetzt.

Und die visionäre Massnahme?
Im Moment wird beim Zug der ganze Wagen geheizt oder gekühlt und gelüftet, auch wenn nur eine Person darin sitzt. Wäre es nicht sinnvoll, wenn wir dies statt für den ganzen Wagen nur für einzelne, tatsächlich besetzte Sitzplätze machen könnten? Gerade zu Randzeiten, wenn sich nur wenige Personen in einem öffentlichen Verkehrsmittel befinden, liesse sich dadurch viel Energie einsparen – und gleichzeitig der Komfort erhöhen.


Metastudie zur Energieeffizienz von Heizung, Kühlung und Lüftung

Nur schon in Europa gibt es zum jetzigen Zeitpunkt über 100 Studien zu verschiedenen Aspekten der Energieeffizienz von Heizung, Kühlung und Lüftung im öffentlichen Verkehr. Ihre Methodik und Aussagekraft sind allerdings sehr unterschiedlich. Viele der Studien sind nicht einfach zugänglich und bisher fehlte eine Übersicht und systematische Analyse. So weiss man in Schweden beispielsweise nicht genau, was in Deutschland bereits geforscht wurde und kann entsprechend nicht darauf aufbauen. Das Bundesamt für Verkehr (BAV) gab Urs-Peter Menti und seinem Team vom Institut für Gebäudetechnik und Energie deshalb den Auftrag, für Überblick und Klarheit zu sorgen.

Die Expertinnen und Experten sichteten und bewerteten die Studien, die ihre intensive Recherche an den Tag gebracht hatte. Am besten untersucht ist die Bahn, doch kann man viele der Massnahmen auf Tram und Bus übertragen. Aus denjenigen Studien, die die Forschenden als besonders relevant gewichteten, leiteten sie schliesslich einen Massnahmenkatalog ab, der zudem durch eigene Ideen angereichert wurde. Die Empfehlungen richten sich primär an Transportunternehmen und Hersteller. Auch Empfehlungen für weitere Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte sind darin enthalten.

Synthesebericht Energieeffizienz im Öffentlichen Verkehr


Kann ich mir das wie eine Sitzheizung im Auto vorstellen?
Das Auto ist hier ein guter Vergleich: Mindestens in teureren Wagen kann ich heute das Innenklima pro Sitz regeln und die einzelnen Sitze sind auch belüftet. Ähnliches wäre im Zug denkbar: Der Wagen ist minimal beheizt, aber wenn ein Sitzplatz besetzt ist, wird dort das Klima optimal und individuell konditioniert. Solche Massnahmen sind sicher primär bei neuen Fahrzeugen möglich, aber vielleicht lassen sich auch Lösungen entwickeln, die bei einer Nachrüstung eingebaut werden können.

Wir haben jetzt schon einige Male das Thema Lüftung erwähnt. Durch Covid-19 hat diese ja eine ganz neue Bedeutung erhalten. Haben Sie dadurch das Thema in Ihrer Studie anders gewichtet?
Ja. Zu Beginn der Studie lag der Fokus klar auf dem Thema Energiesparen. Mit der Pandemie rückten Gesundheit und Hygiene mehr ins Blickfeld. Damit ergeben sich schnell auch Zielkonflikte: Reduziert man die Zufuhr neuer Luft von aussen auf das hygienisch notwendige Mass, zum Beispiel mit Hilfe einer CO2-gesteuerten Lüftungsanlage, kann dadurch relativ viel Energie eingespart werden. Gleichzeitig kann ein maximaler Aussenluftwechsel in Räumen und Fahrzeugen nachweislich Ansteckungen mit dem Corona-Virus reduzieren. In diesem Fall ist ganz klar, dass dies, zumindest im Moment, Priorität hat. Nebenbei: Die vorhin geschilderte Lösung mit der Luftzufuhr und Luftabfuhr pro Sitzplatz wäre auch aus hygienischer Sicht eine sehr gute Lösung!

Gibt es nebst der Lüftung noch andere Zielkonflikte?
Die Fenstergrösse zum Beispiel. Natürlich wollen die Fahrgäste Aussicht haben, das Panorama geniessen. Aus dieser Perspektive gilt: je mehr Fenster, umso besser. Fenster im Zug haben jedoch noch nicht die gleiche energetische Qualität wie im Gebäude; grosse Fensterflächen treiben den Bedarf an Heizung und vor allem an Kühlung in die Höhe, insbesondere wenn im Sommer die Sonne direkt auf das Glas scheint. Hier braucht es kreative Ansätze: Sonnenstoren können wir in Tram und Zug aussen nicht anbringen. Vielleicht braucht es also Glas, das Licht durchlässt, aber gleichzeitig die Wärme draussen hält oder Gläser, die bei Bedarf abgedunkelt werden können, um eine Überhitzung im Sommer zu vermeiden.

Bei den Fenstern gibt es aber auch noch einen anderen Zielkonflikt: Um die Wärmeverluste zu minimieren, sind die Gläser mit einer feinen Metallschicht beschichtet. Diese Schicht reduziert die Wärmeabstrahlung nach aussen. Gleichzeitig schwächt sie das Empfangssignal für die Mobiltelefonie derart ab, dass in jedem einzelnen Wagen ein sogenannter Repeater installiert werden muss, der das Signal wieder verstärkt. Diese Repeater verursachen einen recht hohen Stromverbrauch und produzieren dazu noch Abwärme, die wieder gekühlt werden muss. Einem Forschungsteam an der EPFL ist es nun gelungen, beim Glas die Metallschicht mittels Laser in ganz feinen, kaum sichtbaren Streifen abzutragen und so die Abschwächung des Empfangssignals massiv zu reduzieren, ohne die thermischen Eigenschaften des Glases merklich zu beeinflussen. So kann zukünftig auf die Repeater verzichtet werden, was nicht nur Energie, sondern auch Kosten spart.

Woran könnten sinnvolle Massnahmen scheitern?
Für Fahrzeuge des öffentlichen Verkehrs gibt es – zurecht! – viele Vorschriften, meist aus Sicherheitsgründen. Über die kann man sich natürlich nicht hinwegsetzen, auch wenn es Energie einsparen würde. Darüber hinaus ist der öffentliche Verkehr ein hochsensibler Bereich: Die Kundenzufriedenheit ist zentral, der Betrieb muss jederzeit gewährleistet sein – das macht Experimente schwierig.


Gebäudetechnik für Züge

Wenn es um den Bereich Heizung, Lüftung und Kühlung geht, dann funktioniert ein Zugwagen, ein Bus oder ein Tram ganz ähnlich wie ein Gebäude. So hat sich in den rund 100 ausgewerteten Studien denn auch gezeigt, dass die meisten der untersuchten Massnahmen aus der Gebäudetechnik bekannt sind. Trotzdem können viele Massnahmen nicht 1:1 vom Gebäude auf Verkehrsmittel übertragen werden: Bei einem Zug, Tram oder Bus fallen zusätzliches Gewicht und Platzbedarf viel stärker ins Gewicht als bei einem Gebäude.


Sind auch die Kosten ein Problem?
Ja – diese können bei der grossen Anzahl an Fahrzeugen schnell in die Millionenhöhe gehen. Nur: Man muss auch die möglichen Einsparungen in Betracht ziehen. Gerade im Bahnverkehr war Energiesparen lange kein Thema, unter anderem auch, weil die Energiekosten pauschal bezahlt werden mussten. Die Transportunternehmen hatten also gar nichts davon, wenn sie ins Energiesparen investierten. Dadurch, dass die Energiekosten immer mehr nach effektivem Verbrauch verrechnet werden, steigt auch die Motivation, hier zu sparen. Aber auch so gilt weiterhin: Die Investitionen müssen sich auch lohnen.

Wie kann man sich dessen sicher sein?
Hier kann ein Energiemonitoring helfen. Wenn man den aktuellen Energieverbrauch besser kennt, kann man auch das Sparpotenzial besser abschätzen. Wichtig ist dabei, dass das Monitoring selbst keine hohen Kosten verursacht. Bei neuen Fahrzeugen ist ein Monitoring-System oft schon standardmässig eingebaut. Für ältere Fahrzeuge könnten wir uns am Institut für Gebäudetechnik und Energie vorstellen, ein kostengünstiges, einfach anwendbares System zu entwickeln, wie wir es kürzlich schon für Gebäude gemacht haben.

Ihre Konsequenz aus der Studie?
Ich möchte gerne im Computer-Modell das aus Komfort- und Energiesicht bestmögliche Fahrzeug simulieren und dann schauen, was davon sich auch wirklich umsetzen lässt. Die Ansprüche der Fahrgäste an den Komfort haben sich in den letzten 100 Jahren massiv verändert und ich bezweifle, ob der technische Fortschritt in allen Belangen damit Schritt gehalten hat. Es wäre an der Zeit, aus Gebäudetechnik-Perspektive den Zug neu zu denken.

Interview: Senta van de Weetering, Hochschule Luzern HSLU

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