Wärme-Kraft-Kopplung
Brückentechnologie für Gebäudewärme und Strom

Die dezentrale Stromerzeugung mittels Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) hat grosses Zukunftspotenzial. Neben Strom aus Solarenergie und Wasserkraft kann WKK einen verlässlichen und effizienten Beitrag zur Energiewende leisten.

Die Wärme-Kraft-Kopplungsanlage (WKK) ist eine hocheffiziente Heizung, die den Verbraucher gleichzeitig mit Strom und Wärme versorgt. Man spricht auch von Strom erzeugenden Heizungen. Diese können beispielsweise in den Wintermonaten einen wichtigen Beitrag zur Versorgungssicherheit und zur Stabilität des Stromnetzes leisten. Die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme kann zur Bereitstellung von Heizwasser und Warmwasser sowie in der Industrie und im Gewerbe für Dampf verschiedener Temperaturstufen oder Trocknungswärme verwendet werden. Da WKK-Anlagen bei den Verbrauchern installiert sind (also dezentral), sind sie effizienter als thermische (zentrale) Grosskraftwerke, bei denen die Abwärme nur teilweise genutzt werden kann. Ihr Wirkungsgrad beträgt 90%. Von den 90% der resultierenden Energie ist ein Drittel Strom. Aufgrund dieses hohen Wirkungsgrades lassen sich durch WKK fossile Brennstoffe einsparen. Gleichzeitig ist damit eine deutliche Verringerung der Schadstoff- und CO2-Emissionen verbunden. Dies gilt insbesondere durch die steigende Anreicherung von Erdgas mit Biogas.

Photovoltaik im Sommer – WKK im Winter
Bis 2035 soll der Atomstrom durch erneuerbare Energien ersetzt werden. Im Winterhalbjahr ist mit Unterdeckung in der Stromversorgung mit in der Schweiz erzeugter Elektrizität zu rechnen. Die in den letzten Jahren erfolgten Weiterentwicklungen der PV-Technologien lassen den Schluss zu, dass zukünftig Systemwirkungsgrade von 30 % zu erwarten sind. Daher ist anzunehmen, dass PV-Module überschüssigen Strom im Sommer erzeugen. Die dezentrale Stromerzeugung mit Wärme-Kraft-Kopplungsanlagen wird somit zukünftig eine wichtige Rolle spielen. Im Gegensatz zur Photovoltaik und Windkraft können WKK-Anlagen im Winter Strom und Wärme bedarfsgerecht und direkt beim Verbraucher erzeugen.

Visualisierung zukünftiger Energieverbrauch und Mix

Vorteile einer Strategie mit WKK und PV:

  • Die Sicherheit der Wärme- und Stromversorgung wird erhöht.
  • Das Gasnetz übernimmt auch die Funktion eines Stromspeichers, was in Anbetracht der bereits vorhandenen Infrastruktur sehr wirtschaftlich ist.
  • Die Installation einer PV-Anlage in einem WKK-versorgten Haus ist nicht zwingend. Denn die Kombination von PV und WKK ergibt sich in jedem Fall aufgrund der Netzkonvergenz.
  • Da jedes Gebäude ein anderes Energiebedarfsprofil (Strom / Wärme) hat, ist auch in den Wintermonaten eine zuverlässige Abdeckung gewährleistet.

Option «Elektrische Welle»
Mit einer mit Erdgas / Biogas versorgten WKK-Anlage ergibt sich eine interessante Option: Die als elektrische Welle bezeichnete Ergänzung mit einer Wärmepumpe. Dadurch lassen sich mit einem Einsatz von 100 % Erdgas / Biogas 180 % Wärme erzeugen. Die Wärmeerzeugung mit drei Modulen erlaubt die Zuschaltung der Aggregate je nach Wärmebedarf. Notwendig für diesen Betrieb ist eine zentrale Steuerung, die alle drei Module bewirtschaftet. Im Gegensatz zur mechanischen Welle ist die elektrische «Brücke» völlig wartungsfrei und bei einem relativ unwahrscheinlichen Ausfall eines Aggregates sind die beiden anderen voll einsatzfähig.

WKK ist die einzige Technologie, welche Gas-, Strom- und Wärmeversorgung verbindet und sichert. Die dezentral eingesetzten WKK-Anlagen produzieren hocheffizient Strom und Wärme. Kommt noch Power-to-Gas hinzu wird die Verbindung auch zwischen der Strom- zur Gasversorgung geschlossen und die Koexistenz der Infrastrukturanlagen für Gas, Strom und Wärme kann flexibel genutzt werden.

Dies wird insbesondere im Zusammenhang mit dem Zubau von Solar- und Windenergie erforderlich sein. WKK-Anlagen produzieren bedarfsgerecht Strom, auch wenn die Sonne nicht scheint, der Wind nicht bläst und im Winter ohnehin zu wenig Strom produziert wird. WKK-Anlagen können innert Minuten hochgefahren werden und die fehlende Leistung und Energie liefern.

Die Kombination von WKK und EWP ermöglichen eine effiziente Energienutzung

Die Gasverbund Mittelland AG (GVM) ist eine überregionale Erdgasversorgerin der Schweiz. Sie beschafft und transportiert Erdgas im Sinn einer Bündelung zu bestmöglichen Konditionen im Auftrag der ihr angeschlossenen 15 Lokalversorger und ihrer Direktkunden im Mittelland sowie in der Nordwestschweiz. Dazu betreibt die GVM einen eigenes Hochdrucknetz mit Übergabestationen.

Gasverbund Mittelland AG
Untertalweg 32
4144 Arlesheim
Tel 061 706 33 00
info@gvm-ag.ch
www.gvm-ag.ch

Digitale Veredelung mit IO-Link

Bei der Umsetzung von Industrie 4.0 geht es unter anderem darum, ein digitales Schattenbild einer Anlage zu erstellen, mit dessen Hilfe sich Prozesse optimieren lassen. Als mass – gebliche Informationsgeber dienen die vielen Sensoren, die ohnehin schon für die Steuerung der Maschine verbaut sind. Dank der IO-Link-Technologie liefern diese Sensoren weitaus mehr Daten als nur Schalt – signale oder Analogwerte. Die Starrag Technology GmbH in Bielefeld baut Werkzeugmaschinen und stattet diese umfangreich mit IO-Link-Sen – soren von ifm electronic aus.

Das Portal-Bearbeitungszentrum der Baureihe FOGS der Starrag Technology GmbH gehört zu den entsprechend ausgestatteten Maschinen. Diese werden im Maschinenbau, in der Luftfahrtindustrie oder in der Automobilindustrie, dort z. B. zur Fertigung von Presswerkzeugen für die Karosserieherstellung (Aussenhaut-Teile) eingesetzt. Die im Bild gezeigte Anlage dient in der Luftfahrtindustrie zur Bearbeitung von Fahrwerkskomponenten (Landebeine). Bei diesen komplexen Werkzeugmaschinen ist die sensorgestützte Überwachung aller Medien (z. B. Kühl- und Schmiermittel, Hydraulik, maschinentemperierung) eine zentrale ufgabe. Nur mit eng tolerierten Medientemperaturen, ruckwerten und Durchflussmengen st ein optimaler Werkzeugeinsatz im vollautomatisierten Produktionsprozess möglich.

Sensoren mit digitaler Schnittstelle
IO-Link ist eine robuste, auf Basis von 24-Volt-Signalpegeln basierte digitale chnittstelle, die über die normale Sensorleitung, lternativ zu Schaltsignalen, eine bidirektionale ommunikation mit der Steuerung rmöglicht. Die Sensoren übertragen per IOLink igitale Messwerte und Diagnoseinformationen an den IO-Link-Master, zum Beispiel ein EA-Modul, Gateway oder eine mit O-Link-Ports ausgestattete SPS. Die Sensoren erden dabei mit Standard-M12-Steckverbindern angeschlossen. Geschirmte Leitungen und damit verbundene Erdungen sind überflüssig. Man hat sich für Fluidsensoren von ifm electronic entschieden; der Sensorikspezialist aus Essen bietet das grösste Produktportfolio an Prozesssensoren mit IO-Link an.

Die zahlreichen IO-Link-Sensoren sind zentral parametrierbar.

Sensorparametrierung aus der Ferne
Ein grosser Vorteil von IO-Link ist die Möglichkeit, alle notwendigen Parameterdaten über die IO-Link-Anschlussleitung auf den Sensor zu laden. Die Sensorparameterdaten (z. B. Schaltpunkte, Schalthysterese, Displayfarbe) können zu Beginn einer Inbetriebnahme einmalig oder im laufenden Betrieb situationsabhängig von der Steuerung zum IO-Link-fähigen Sensor übertragen werden. Der Nutzen für den Kunden: In der Inbetriebnahmephase einer Maschine können die vorab projektierten Sensorparameter schnell, unkompliziert und sicher auf den Sensor übertragen werden. Im laufenden Bearbeitungsprozess, z. B. bei kleinen Losgrössen, lassen sich dank der IOLink- Technik bei Bedarf unterschiedliche Parametersätze für verschiedene Produkte individuell auf den Sensor einbringen. Zudem sind natürlich auch spätere Prozessoptimierungen via Fernwartung dank der steuerungsgestützten Parametrierung einfach per IO-Link durchführbar. In der Summe ist IO-Link damit eine Schlüsseltechnologie für Industrie-4.0-Anwendungen.

Daten doppelt gesichert
Einhergehend mit der steuerungsgestützten Sensorparametrierung bietet IO-Link ab der Version 1.1 eine automatisierte doppelte Datenhaltung der Sensorparameter im Device und im IO-Link-Master an. Dietmar Wallenstein, Leiter der Bereiche E-Konstruktion und Inbetriebnahme bei Starrag Technology, erklärt: «Ein grosser Vorteil von IO-Link ist die automatisierte Datensicherung der Sensordaten im Hintergrund. Jeder Sensor (Device) sendet automatisch seine Parametersätze um IO-Link-Master, wo sie dann als Backup gespiegelt abgelegt werden. Sobald ein Sensor ausgewechselt wird, findet ein automatisierter Datenaustausch mit dem neuen Gerät statt. Die Parameterdaten werden dann vom IO-Link-Master automatisch auf das IO-Link-Device übertragen. Das vereinfacht den Austausch eines Sensors erheblich und reduziert im Fehlerfall deutlich die Stillstandzeit an der Maschine. Gleichzeitig bedeutet das eine grosse Arbeitserleichterung für die Service- und Wartungsmitarbeiter.» Fehlerhaft parametrierte Sensoren gehören somit der Vergangenheit an. Der Sensortausch reduziert sich auf die mechanische Montage. Der Kunde kann den Austausch selbst durchführen. Das Wartungspersonal benötigt keine Kenntnisse bezüglich Sensorparametrierung, da diese automatisch im Hintergrund erfolgt. Ausfallbedingte Serviceeinsätze können so deutlich schneller und sicherer behoben werden. Das spart Kosten.

Bei Bedarf lassen sich die Prozesssensoren für jedes Werkzeug
individuell parametrieren.

Fehlerfreie digitale Messwertübertragung
Bisher werden Analogsignale von Sensoren über A/D-Wandler digitalisiert und in der SPS skaliert. Dies führt zu Ungenauigkeiten des eigentlichen Messwertes. IO-Link dagegen liefert die Messwerte vom Sensor digital an die Steuerung. Eine fehlerbehaftete Übertragung und Umrechnung von Analogsignalen entfällt. Die digital übermittelten Messwerte können direkt in der Leitwarte angezeigt werden. Dabei entspricht der übertragene Wert immer exakt dem gemessenen Wert. Abweichungen zwischen Vor-Ort-Anzeige und per Analogsignal ermitteltem Wert in der SPS treten nicht mehr auf. Auch Störeinflüsse, etwa durch elektromagnetische Felder auf das Analogsignal, gehören mit IO-Link der Vergangenheit ein.

Zwei Messwerte – ein Sensor
Moderne Prozesssensoren von ifm stellen häufig mehr als nur einen Messwert zur Verfügung. Dietmar Wallenstein dazu: «Häufig verarbeitet ein Sensor mehr als nur eine physikalische Grösse. Neben Durchflussmenge oder Druck kann so z. B. auch die Temperatur des Mediums über die IO-Link-Schnittstelle ausgelesen werden. Früher mussten wir dafür zwei Sensoren einsetzen.» Das spart Geld bei Hardware, Verkabelung und Montage, da statt zwei nur noch ein Sensor und damit nur noch eine Montagestelle erforderlich ist.

Spart Kosten: Zwei Messwerte (Durchflussmenge und Temperatur) mit nur einem Sensor.

Diagnosedaten
Neben den Prozessdaten kann der IO-Link- Sensor aber auch Diagnosedaten zum eigenen Zustand des Device zur Verfügung stellen. Beispiel: Der Füllstandsensor erkennt kritische Ablagerungen und meldet sie an die Steuerung. Optische Sensoren erkennen selbstständig Verschmutzungen an der Linse und melden diese automatisch. Drucksensoren speichern minimale Druckeinbrüche und maximale Druckspitzen aus dem Prozess ab, summieren die Anzahl von Unter- oder Überschreitungen auf. Diese zusätzliche Funktionalität unterstützt den Anwender entscheidend in der zustandsorientierten Wartung. Diese erweiterten Zustandsinformationen reduzieren teure Stillstandzeiten und die Sicherheit für den Prozess wird erhöht.

Fazit
Mit der Implementierung von IO-Link bietet die Sensorik einen erheblichen Mehrwert. Dietmar Wallenstein fasst die Vorteile für Starrag Technology zusammen: «Industrie 4.0 ist in aller Munde und natürlich tragen wir in der Starrag diesem Megatrend Rechnung. Im Maschinenbau verstehen wir darunter u. a. die digitale Veredelung der Maschine. Deshalb setzen wir auf IO-Link. Die Sensoren liefern uns mit  kostengünstigen und robusten Schnittstellen mehr Informationen aus dem Prozess, den wir damit besser auswerten und optimieren können. Das ist einer der grossen Vorteile von IO-Link und ein Beitrag auf der Sensorseite, Industrie 4.0 mitzutragen.»

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Altgraben 27
4624 Härkingen
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Industrielle Bildverarbeitung

Erstes mobiles 3D-Sensorsystem mit integrierter 2D-Kamera und Overlay-Funktion – jetzt alles in einem!

Keine Sorgen mehr beim Rückwärtsfahren – 3D-Kamera ermöglicht aktiven Kollisionsschutz
An allen Containerhäfen der Welt helfen Reach stacker beim Stapeln und Umschlagen von Containern. Damit es beim dichten und schnellen Rangieren innerhalb der Containerterminals nicht zu Zusammenstössen kommt, bietet ifm electronic einen automatischen Kollisionsschutz an. Die häufigsten Unfälle geschehen beim Rangieren und Rückwärtsfahren. Denn: Die Augen des Fahrers sind nach vorn gerichtet, wenn er mit den bis zu 40t schweren und 14m breiten Containern an Auslegern durch die engen Containerstapel zirkelt.

Intelligenter Kollisionsschutz
Aktiven Schutz bietet die O3M-Kamera von ifm: Die integrierte 3D-Sensorik visualisiert auf einem Bildschirm im Cockpit nicht nur Hindernisse hinter dem Fahrzeug, sondern bestimmt auch deren Grösse, Position sowie deren etwaige Bewegung. Basierend auf dieser Erfassung des Umfelds und der Eigenbewegung des Reachstackers, bewertet das O3M-System die kritische Relevanz von Objekten. Es warnt den Fahrer vor genau den Hindernissen, die im Fahrweg liegen oder sich auf Kollisionskurs bewegen. Damit wird vermieden, dass der Fahrer durch zu viele Objektwarnungen in nicht kritischen Bereichen irritiert wird.

Keine zusätzliche Hard- oder Software nötig
Das O3M-System besitzt zwei integrierte Kameras: Eine herkömmliche 2D-Kamera und eine 3D-Kamera, die zu jedem Bildpunkt die exakte Entfernung ermittelt. Der Vorteil für den Anwender: Detektierte Objekte werden im ausgegebenen 2D-Bild farbig hervorgehoben. Kritische Hindernisse können z. B. rot herausgestellt werden, weniger kritische Objekte in Gelb oder Grün. Zudem kann in diesem Fall auch ein zusätzliches Warnsymbol ausgegeben werden. Die Generierung dieser Überblendung erfolgt komplett innerhalb des O3M – es ist also weder zusätzliche Hardware noch eine aufwendige Einrichtung oder Programmierung notwendig.

Gestufte Warnungen
Parallel zur visuellen Darstellung wird auf dem CAN-Bus eine Warnung versendet, die eine zusätzliche akustische Warnung sein kann oder sogar ein Bremseingriff. Diese Reaktion kann auch in Abhängigkeit der Entfernung zum Hindernis gestaffelt ausgelöst werden, das heisst, dass zuerst eine akustische und visuelle Warnung erfolgt. Falls der Fahrer nicht reagiert und die Situation kritischer wird, kann das Fahrzeug angebremst werden. Der integrierte PMD-3D-Chip von ifm erfasst Szenen und Objekte dreidimensional mit nur einer Aufnahme. Dabei werden Bewegungsverzerrungen, wie sie bei Linienscannern auftreten können, verhindert. Basierend auf der patentierten und mehrfach ausgezeichneten PMD-Technologie von ifm, wurde ein Sensorsystem entwickelt, das den rauen Umgebungsbedingungen im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen gerecht wird. Neben der robusten und gleichzeitig kompakten Bauform ist das O3M-Sensorsystem speziell für Anwendungen im Aussenbereich mit wechselnden Lichtverhältnissen oder direkter Sonneneinstrahlung ausgelegt. Der ifm- 3D-Sensor kommt ohne bewegliche Komponenten aus. Dadurch ist er besonders widerstandsfähig und verschleissfrei.

Vielseitig einsetzbar
Die mobilen 3D-Smart-Sensoren verfügen über einige integrierte Auswertefunktionen, die es ermöglichen, neben dem hier beschriebenen Kollisionsschutz eine Vielzahl anderer Applikationen zu lösen, z. B. Linienführung oder Bereichsüberwachung. Dabei wird eine hochentwickelte Algorithmik aus dem Automotive-Bereich eingesetzt, die für die zuverlässige automatische Objekterkennung von bis zu 20 Objekten sorgt. Die Parametrierung des Systems erfolgt in wenigen Schritten über den komfortabel zu bedienenden ifm-Vision-Assistant für Windows.
Dazu braucht der Anwender lediglich einige Parameter, z. B. zur Fahrzeuggeometrie, einzugeben.Die Einrichtung dauert in der Regel nur wenige Minuten, dann ist das System betriebsbereit. Das O3M-System ist ein mobiltaugliches autarkes Assistenzsystem, welches vorausschauend vor Kollisionen warnt und gegebenenfalls auch aktiv ins Fahrgeschehen eingreifen kann. ifm bietet eine preiswerte Lösung für mehr Sicherheit nicht nur in der Hafenlogistik.

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Generation FUTURO für das gesunde Raumklima

Mit der Generation FUTURO hat Flumroc bereits vor drei Jahren eine zukunftsweisende Produktreihe lanciert. Mit der innovativen Steinwolle-Generation setzte das Flumser Unternehmen neue Standards für natürliche und gesunde Baustoffe.

Bei der Herstellung der Dämmplatten der Generation FUTURO wird ein Bindemittel aus vorwiegend nachwachsenden Rohstoffen verwendet, dem kein Formaldehyd zugefügt wird. Damit erfüllen diese Produkte höchste Ansprüche an die Raumluftqualität und an Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC). Die Bewertung eco-1 beweist, dass die neuen Dämmplatten dort optimal geeignet sind, wo ein gutes Raumklima von zentraler Bedeutung ist und besonders ökologische Materialien gefordert sind. Sie eignen sich sowohl für den Innen- als auch für den Aussenbereich.

Brandschutz inklusive
Auch die Produkte der Generation FUTURO bieten einen herausragenden Brandschutz. Wie alle Flumroc-Produkte gehören auch sie zur Brandklasse A1 und sind somit nicht brennbar. Darüber hinaus haben die Steinwolle- Produkte der Flumroc einen Schmelzpunkt von über 1000 °C. Die Ausbreitung der Flammen wird dadurch gehemmt und verschafft so Bewohnern und Rettern wertvolle Zeit.

Ökologischer Kreislauf
Der verwendete Rohstoff Stein kommt vorwiegend aus der Region und die Steinwolle wird grösstenteils in der Schweiz verwendet. So können die Wege kurz gehalten werden. Darüber hinaus sind die Produkte zu 100% wiederverwertbar – Flumroc nimmt Baustellenreste und Steinwolle aus Rückbauten zurück und setzt diese wieder bei der Herstellung neuer Flumroc-Dämmprodukte ein.

Die neue Ökologie-Broschüre
Flumroc nimmt die Verantwortung als Industrieunternehmen wahr. Von den Rohstoffen über die Herstellung bis zu zahlreichen Umweltengagements – mehr dazu in der neuen Ökologie-Broschüre von Flumroc. Jetzt online unter www.flumroc.ch verfügbar!

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Fax 081 734 12 13
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Das Naturtalent für die Fassade

Die verputzte Aussenwärmedämmung mit Flumroc-Steinwolle ist eine sichere Wahl. Das Naturtalent COMPACT PRO von Flumroc greift auf die natürlichen Eigenschaften des Steins zurück. Sechs Talente für eine hochwertige und sichere Gebäudehülle sind in einem Produkt vereint.

Brandschutz
Bei mehrgeschossigen Gebäuden ab 11 Metern werden höhere Anforderungen an den Brandschutz gestellt. Während bei brennbaren Dämmungen Brandriegel Pflicht sind, kann mit Steinwolle unabhängig von Höhe und Nutzung vollflächig gedämmt werden. Denn ohne zusätzlichen Planungsaufwand und aufwendige Materialwechsel ist der Brandschutz mit eingebaut. COMPACT PRO brennt nicht, tropft nicht ab und entwickelt keinen gefährlichen Rauch. Darüber hinaus bietet der Schmelzpunkt von über 1000 °C mehr Sicherheit für die Bewohner und Retter.

Eine unkomplizierte, vollflächige Dämmung mit COMPACT PRO. Bild: LOSYS.GMBH

Schallschutz
Vor allem in Städten und Agglomerationen ist die Lärmbelastung ein Problem, denn Lärm beeinträchtigt die Lebensqualität und belastet die Gesundheit. Mit einem schalldämmenden Wandaufbau kehrt Ruhe ein. COMPACT PRO von Flumroc verbessert die Schalldämmung massgeblich. Im Vergleich zu einer mit EPS gedämmten Backsteinwand wird der wahrgenommene Lärmpegel sogar halbiert.

Wärmedämmung
Der Wärmeverlust über die Gebäudehülle im Winter bleibt mit einer Steinwolldämmung gering. Damit kann Heizenergie gespart werden. Das Raumklima bleibt im Winter, aber auch im Sommer angenehm. Und mit COMPACT PRO bleibt die Dämmleistung über die gesamte Lebensdauer der Fassade erhalten.

Die Steinwolldämmplatte COMPACT PRO vereint sechs natürliche Talente.

Formstabilität
Die Gebäudehülle schützt das Gebäude vor jeder Witterung. Besonders in Übergangszeiten mit grossen Temperaturschwankungen ist dies eine Herausforderung. Denn tagsüber kann sich die Putzoberfläche und die darunterliegende Dämmung durch direkte Sonneneinstrahlung stark erwärmen, während nachts die Temperatur wieder unter den Gefrierpunkt fällt. Auch bei Temperaturschwankungen von 60 °C bleiben die Steinwolldämmplatten von Flumroc formstabil.

Diffusionsoffen
Die Feuchtigkeit in der Luft nimmt im Innenraum durch Kochen, Duschen und wegen Bewohnern oder Pflanzen zu. So unterscheidet sich der Dampfdruck der Innenluft vom Dampfdruck der Aussenluft. Ein diffusionsoffenes Bauteil lässt den Feuchtigkeitsaustausch zwischen Innen- und Aussenluft zu und fördert ein angenehmes und gesundes Innenraumklima. COMPACT PRO ist diffusionsoffen und steht einem selbstregulierenden Feuchtigkeitsaustausch nicht im Weg.

Ökologie
COMPACT PRO überzeugt mit einer positiven Gesamt-Energiebilanz. Denn bei einer Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten ist die graue Energie nach maximal zwei Heizperioden bereits amortisiert. Gebrauchte Steinwolle und Steinwollreste können ausserdem zu 100 Prozent wiederverwertet werden. So schliesst sich der Kreis

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