Sankey-Diagramm

Kernidee und Nutzen

Ein Sankey-Diagramm ist eine graphische Darstellung von Mengenflüssen. Im Unterschied zu einem einfachen Flussdiagramm werden Energien oder andere Mengen durch Pfeile dargestellt, deren Dicke proportional zur jeweiligen Menge ist: Ein breiter Pfeil steht also für einen größeren Fluss als ein schmaler Pfeil.

Sankey-Diagramme helfen besonders dabei, Energie- und Materialflüsse sichtbar zu machen. Dadurch lassen sich Ineffizienzen, Verluste und mögliche Einsparpotenziale im Umgang mit Ressourcen erkennen. Die Methode kann aber auch für andere Daten genutzt werden, die sich über die Zeit verändern, zum Beispiel für Wählerwanderungen zwischen Parteien.

Methodische Grundlagen

Für Sankey-Diagramme gibt es eigentlich keine festen Regeln, weil Sankey diese Darstellungsform eher beiläufig einführte und spätere Diagramme sich daran orientierten. Trotzdem beruhen solche Diagramme meist auf mehreren impliziten Annahmen.

In der Regel werden Mengengrößen dargestellt, die sich auf eine bestimmte Zeitperiode beziehen. Diese Mengengrößen sind extensive Größen, das heißt, sie können addiert werden. Die Breite eines Pfeils verhält sich proportional zur dargestellten Menge. Meist werden keine Bestandsgrößen berücksichtigt, also keine Lagerbildung. Außerdem wird stillschweigend angenommen, dass Energie und Masse erhalten bleiben.

Formen und Anwendungen

Es gibt nicht das eine typische Sankey-Diagramm. In den letzten 100 Jahren wurden viele verschiedene Formen erstellt und veröffentlicht. Die Mengenangaben können absolut oder relativ sein. Dargestellt werden können zum Beispiel Energieflüsse, Mengenflüsse oder Kostenflüsse.

Eine wichtige Anwendung ist das Energiefluss-Diagramm, auch Energieflussbild oder Wärmeflussbild genannt. Es zeigt die Energieumsätze pro Zeitspanne, also den Energiefluss, eines technischen Prozesses. Als Beispiel nennt der Artikel Wärmekraftanlagen.

Datenstruktur

Aus informationstechnischer Sicht sind Sankey-Diagramme Visualisierungen gerichteter Graphen. Ein gerichteter Graph besteht aus Knoten und gerichteten Verbindungen. Die Knoten bilden Zwischenstufen, zum Beispiel verschiedene Energieformen in einem Energieflussdiagramm. Die gewichteten Kanten stellen den Mengenfluss zwischen diesen Stufen dar; ihr Gewicht entspricht der jeweiligen Menge.

Wenn sich die Gewichte der ein- und ausgehenden Kanten jedes Knotens jeweils zu 1 addieren, werden alle Mengenflüsse dargestellt. Wenn das nicht der Fall ist, werden bestimmte Zu- oder Abnahmen ausgelassen. Als Beispiel nennt der Artikel die Truppenverluste in Minards Diagramm. Wegen der häufig dargestellten zeitlichen Dimension sind solche Graphen üblicherweise azyklisch, enthalten also keine Kreisläufe. Zyklische Prozesse können aber ebenfalls dargestellt werden, wie Sankeys Dampfkreislauf zeigt.

Geschichtliche Entwicklung

Vorläufer des Sankey-Diagramms veröffentlichte der französische Bauingenieur Charles Joseph Minard bereits 1844, unter anderem zur Verdeutlichung von Personenströmen und in ähnlicher Form für den weltweiten Baumwollhandel. Sein bekanntestes Werk entstand 1869: eine Grafik zu den Verlusten der französischen Armee während Napoleons Russlandfeldzug, die „Carte figurative des pertes successives en hommes de l'Armée Française dans la campagne de Russie 1812–1813“.

Der irische Ingenieur Captain Matthew Henry Phineas Riall Sankey verwendete 1898 eine ähnliche Darstellungsform, um Energieflüsse beziehungsweise Energieverluste realer und idealer Dampfmaschinen zu visualisieren. Er selbst nutzte diese Form nur dieses eine Mal. Im folgenden Jahrzehnt wurden ähnliche Informationsgrafiken international verwendet; 1908 wurden in der Rundschau der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure Sankey-Diagramme vergleichender Wärmebilanzen von Dampfmaschine/Gasmaschine sowie Hochofen/Koksofen abgedruckt.

In größerem Stil setzte Alois Riedler (1850–1936) Sankey-Diagramme ein, um Leistung und Energieverluste bei Kraftfahrzeugen darzustellen. Er war ein Pionier der Automobiltests auf Rollprüfständen. Danach gewannen Sankey-Diagramme besonders in Deutschland an Bedeutung, unter anderem weil Deutschland nach dem Ersten Weltkrieg wegen Reparationszahlungen sparsam mit Ressourcen umgehen musste. Die Diagramme wurden vor allem in der Stahlindustrie, der Zementindustrie und der Glasindustrie genutzt.

Später geriet die Darstellungsform zeitweise in Vergessenheit. In neuerer Zeit gewinnt sie wieder an Bedeutung, weil Energie- und Stoffstromanalyse beziehungsweise -management wichtiger werden und der Ruf nach höherer Material- und Ressourceneffizienz lauter wird.