Energieeffizienz in der Gebäudeautomation

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1 Energieeffizienz in der Gebäudeautomation Geprüfte Applikationen für die Wärme- und Kälteversorgung Answers for infrastructure.

2 Effiziente LK-Regelung schont die Umwelt und erhöht den Komfort Intelligente Gebäudeautomation von Siemens kann den Energieverbrauch von Gebäuden um bis zu 30% reduzieren. Die erhöhte Energie effizienz und der damit niedrigere Verbrauch senken deutlich die Betriebskosten und leisten einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz ohne Einbußen beim Komfort. Denn Produkte und Systeme von Siemens sind darauf ausgelegt, in jedem Arbeitsund Wohnumfeld mit möglichst geringem Energieverbrauch ideale klimatische Verhältnisse zu schaffen. 2

3 Applikationen für eine grüne Zukunft Umfangreiches Sortiment zur Steigerung der Energieeffizienz Siemens bietet für jede Anwendung und jede gebäudetechnische Applikation die richtigen Produkte und Systeme. Das Portfolio umfasst alle Gebäudeautomationskomponenten für eine effiziente Energieaufbereitung, -verteilung und -nutzung. Diese sind alle optimal aufeinander abgestimmt, was für ein energieeffizientes Zusammenspiel sorgt. Investitionsschutz in jeder Phase des Gebäudelebenszyklus Siemens bietet volle Kompatibilität zur vorangehenden Generation. Die Lebensdauer der installierten Basis wird durch einfache Migration verlängert. Neue technische Innovationen und Applikationen helfen, die Energieeffizienz und den Komfort in Gebäuden zu steigern. Sämtliche Applikationen werden im einzigartigen, 800 m 2 großen LK-Labor unter realen Einsatzbedingungen geprüft und abgestimmt. Damit sind Ihre Investitionen gesichert von der Planungs- und Bauphase bis zur Bedienung und Modernisierung. Langjährige Erfahrung nutzen, der Umwelt zuliebe Seit Jahren betreibt Siemens ein systematisches Umweltmanagement und fördert umweltfreundliche Technologien und die Verbesserung der Energieeffizienz in Gebäuden. Mit großem Engagement bringt Siemens sein umfangreiches Wissen als Mitglied und Partner in verschiedenste Organisationen und Initiativen ein und prägt so aktuelle Standards. Weltweit ein zuverlässiger Partner Als erfahrener Partner führt Siemens nicht nur Produkte und Systeme zu energieeffizienten Lösungen zusammen, sondern liefert auch Unterstützung in allen Projektphasen von der Planung über die Installation und Inbetriebnahme bis zur Wartung. Auch beim Einsatz erneuerbarer Energien. Neben fundierten Schulungen und praktischen ilfsmitteln für die Dimensionierung und Produktauswahl stellt Siemens zudem ein weltweites Vertriebs- und Servicenetzwerk zur Verfügung. ighlights ohe Energieeinsparungen von bis zu 30% sowie Reduktion der CO 2 -Emissionen Intelligenter Komfort durch hohe Regelgüte und Einzelraumregelung Komplettes Sortiment für eine energieeffiziente Gebäudeautomation Investitionsschutz dank energieeffizienter Innovationen und hoher Qualität ohe Zuverlässigkeit auf Basis langjähriger Erfahrung von Siemens Umfassende Unterstützung durch einen zuverlässigen Partner Einsparpotenziale finden sich in allen Bereichen von den einzelnen Räumen bis zur Energieaufbereitung. Legende Sonneneinstrahlung Interne Fremdwärme und Wärmeflüsse nach außen eizung Kühlung 3

4 Bürogebäude der Firma VGSZ Potenziale nutzen Energie sparen Dringender andlungsbedarf Gebäude sind für 40% des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich und weisen ein enormes Einsparpotenzial auf. Dabei zeigen sich große Unterschiede. Neue Gebäude benötigen bis zu 5 Liter eizöl-äquivalente pro m 2. Im Gegensatz dazu liegt der Verbrauch bei bestehenden Gebäuden bei rund 25, bei manchen sogar bis 60 Liter pro m 2. Gebäudeautomationsoptimierung, die sich rechnet Die Bauausführung kann den Energieverbrauch eines Gebäudes reduzieren. In Verbindung mit einer energieoptimierten Automation der gebäudetechnischen Anlagen reduziert sich der Energieverbrauch drastisch. Diese energieeffizienten Gebäude verbrauchen weniger Energie, verursachen weniger CO₂-Emissionen und bieten bessere Wohn- bzw. Arbeitsbedingungen. Die Energieeffizienz von Gebäuden lässt sich am besten steigern, wenn sie gebaut oder renoviert werden. Die eingesparten Energiekosten amortisieren die Investitionskosten meist in wenigen Jahren. Energieeffizienzpotenzial nach EN Damit das Energiesparpotenzial bei der Regelung, Steuerung und dem Betrieb von Gebäuden besser genutzt wird, wurde die Norm EN Energieeffizienz von Gebäuden Einfluss von Gebäude- automation und Gebäudemanagement eingeführt. Sie ermöglicht es, das Energiesparpotenzial der Gebäudeautomation anzugeben und daraus Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz abzuleiten. Die Effizienzklasse C beschreibt Funktionen, die standardmäßig in Gebäuden eingesetzt werden. Die Effizienzklasse B besteht aus höherwertigen Funktionen sowie Applikationen zur Überwachung des Energieverbrauchs durch das Gebäudeautomationssystem. och energieeffiziente Systeme lassen sich nur mit Gebäudeoptimierung und durch Einzelraumregelungen mit einer konsequenten Bedarfsregelung realisieren. Dabei erfolgt die Energieabgabe nur, wenn der Nutzer komfortable Bedingungen im Raum verlangt. So wird nur die jeweils wirklich benötigte Energiemenge mit der verlangten Temperatur produziert und verteilt. Die eu.bac-zertifizierung steht für geprüfte Qualität, Regelgenauigkeit und Energieeffizienz. ighlights ohes Energiesparpotenzial bei bestehenden Gebäuden Reduzierter Energieverbrauch, weniger CO₂-Emissionen und höherer Komfort durch Gebäudeautomation Berechnung des Einsparpotenzials mittels EN Rasche Amortisation der getätigten Investitionen Es wird nur die Energie zur Verfügung gestellt, die tatsächlich benötigt wird BACS Effizienzklassen EN och energieeffiziente BACS und TBM öherwertige BACS und TBM Standard BACS Nicht energieeffiziente BACS A B C D BACS TBM Building Automation and Control System Technical Building Management System 4

5 Ursprüngliche Funktion Funktion nach Sanierung Raumregelung Thermostat ohne Kommunikation Einzelraumregelung mit: Präsenzmelder, Fensterkontakt, Zeitprogramm pro Zone Zeitprogramm Feste Schaltzeiten Ein-/Ausschaltoptimierung eizgrenze eizgrenzenschalter Bedarfsregelung Mehrere eiz- und Kältekreise Keine Auswertung Bedarfsregelung Wärme-/Kältebedarf Keine Auswertung Bedarfsregelung Regelung der Vorlauftemperatur eizung Außentemperaturabhängig Bedarfsgeführt (Innentemperatur) Kühlung Konstant Bedarfsgeführt (Innentemperatur) Regelung der Pumpen Ein/Aus Pumpen mit variabler Druckdifferenzregelung Verriegelung eizung/kühlung Keine Vollständige Verriegelung Regelung der Erzeugertemperaturen Konstantwert Von der Last abhängig Betriebsabfolge der Erzeuger Fixe Umschaltung Aufgrund Erzeugernutzungsgrad Energiesparfunktionen, die für die prognostizierte Verbesserung sorgen. Fallstudie Energieeinsparung von 30% Ausgangslage Das vor 25 Jahren erbaute Bürogebäude der Firma VGSZ gilt beim Betreiber als Sanierungskandidat. Eine Energieverbrauchsanalyse ergab im Quervergleich mit dem übrigen Gebäudebestand und mit vergleichbaren Objekten einen Mehrverbrauch von 45%. Gebäudenutzung Das sechsstöckige Gebäude verfügt im Erdgeschoss über ein Personalrestaurant, den Empfangsbereich und Sitzungszimmer. Die fünf Bürogeschosse sind mit zwei zentralen Infrastrukturbereichen und außen liegenden Einzel- und Gruppenbüros identisch aufgebaut. Bisheriges Anlagenkonzept Die Bürogeschosse sind mit Klimakonvektoren ausgerüstet, die im Vierleitersystem für die Beheizung und die Kühlung der Räume sorgen. Die Temperaturregelung erfolgt durch einen eingebauten Thermostat, der von den Raumnutzern eingestellt werden kann. Die Jalousien lassen sich motorbetrieben verstellen. Die Schaltung der Beleuchtung erfolgt über manuell zu betätigende Taster. eiz- und Kältekreise wurden bei diesem Gebäude längsfassadenbezogen geplant und realisiert. Die Versorgungstemperatur für die eizkreise wird aufgrund der Außentemperatur geregelt, die Kältekreise werden auf einem konstanten Wert gehalten. Die Wärme- und Kälteerzeugung liefern ihre Energie das ganze Jahr mit einem konstanten Sollwert. Lösungsvorschlag Der für den Sanierungsentscheid verantwortliche Leiter der Abteilung Dienste beauftragte Siemens damit, den Energieverbrauch des Gebäudes nachhaltig zu reduzieren. Mit dem von Siemens entwickelten EPC-Tool (Energy Performance Classification Tool), das auf der EN basiert, konnte dem Auftraggeber nach kurzer Zeit ein Lösungsvorschlag mit einem Energiesparpotenzial von mehr als 30% präsentiert werden. Dieser beruht im Wesentlichen auf einer Einzelraumregelung in den Büroräumen und der Vernetzung der Rauminformationen mit der Verteilung und der Energieerzeugung. Basierend auf dem oben stehenden Lösungsvorschlag kann mit dem Specification Text Selection Tool (STST) eine neutrale, funktionale Ausschreibung erstellt werden. ighlights Energiesparpotenzial von 30% durch Einzelraumregelung und intelligente Gebäudeautomation Berechnung der Energieeinsparungen durch Tools von Siemens Umfangreiches, flexibles Sortiment zur einfachen Installation und Inbetriebnahme Kompetente Beratung zur Steigerung der Energieeffizienz STST ermöglicht das effiziente Erstellen einer umfassenden, neutralen und funktionalen Ausschreibung für BACS 5

6 Applikationen für die Einzelraumregelung Wohlfühlen mit gutem Gewissen Wie lässt sich in Räumen bei optimalem Komfort Energie sparen? Die Antwort darauf liefern die Einzelraumregler von Siemens mit ihrer hohen Regelgüte und intelligenten Energiesparfunktionen. Sie sorgen für die individuelle, bedarfsgerechte Anpassung des Raumklimas zu den gewünschten Zeiten. Minimierte Regelabweichung Einzelraumregler mit motorischen Antrieben von Siemens regeln präzise in einem extrem schmalen Toleranzbereich von ± 0,2 Kelvin (zertifiziert von eu.bac) bei gängigen Raumthermostaten schwankt die Temperatur dagegen um 1 2 Kelvin. Die hohe Regelgüte erlaubt es, den Raum mit einem tieferen Sollwert und somit energiesparend zu betreiben. Individuelle Raumtemperaturen Ortsspezifische Energieabgabe: In jedem Raum kann eine individuelle Raumtemperatur gewählt werden, die den gewünschten Komfortbedingungen entspricht. Zeitgenaue Energieabgabe: Individuelle Zeitprogramme und Präsenzmelder sorgen dafür, dass die Temperatur nur für die Dauer der Raumbelegung von Pre-Komfort auf Komfort angehoben wird. Zudem aktivieren sie den Energiesparbetrieb in der Nacht, an Wochenenden, Feiertagen und während den Ferien. Legende 30 C 23 C Außentemperatur Komfortbetrieb Sollwert Raumtemperatur Economybetrieb Öffnen Schließen Pre-Komfortbetrieb Sonneneinstrahlung Interne Fremdwärme und Wärmeflüsse nach außen eizung Fensterkontakt Erkennt der Regler über einen angeschlossenen Fensterkontakt, dass ein Fenster geöffnet wird, werden automatisch die Regelventile im Raum geschlossen, die Energieabgabe gestoppt, der Schutzbetrieb aktiviert, um Schäden zu vermeiden. Dies verhindert Energieverschwendung und fördert das Energiebewusstsein der Benutzer. Stellantrieb eizen/ Kühlen Kühlung Regelbetrieb 6

7 Temperaturschwankung K 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Raumsollwert Minimale Regelabweichung Gängige Regelabweichung Zeit Einsparpotenzial bis zu 10% K K K K 30 C 24 C 30 C 23 C 30 C 26 C 20 C 28 C Einsparpotenzial bis zu 12% 3-3 C 21 C 3 C Einsparpotenzial bis zu 5% 7

8 Applikationen für eine energieeffiziente Verteilung Sparen, ohne zu verzichten dank optimierter Verteilung Um höchste Energieeinsparungen zu erzielen, genügt es nicht nur, für die Raumregler entsprechende Applikationen einzusetzen. Auch in der Energieverteilung lässt sich einiges optimieren, um den Energie verbrauch zu senken. Und das ohne jede Einbuße beim Wohn- und Arbeitskomfort. Ein-/Ausschaltoptimierung Dank Einschaltoptimierung schaltet der Regler die eizung rechtzeitig ein, damit die festgelegten Sollwerte in den Räumen zu Beginn der Belegung erreicht sind. Der Regler schaltet die eizung vor dem Ende der Belegungszeit unter Einhaltung des Komfortbetriebs wieder aus. Dies spart Energie in der Nacht, an Wochenenden und während den Ferien. Legende 30 C Regelbetrieb Wärme- und Kältebedarfsregelung Die Energiebedarfssignale (Ventilstellungen und Temperaturen) aus den Räumen werden gesammelt und pro eiz-/kältekreis zusammengefasst und ausgewertet. Die daraus abgeleitete Bedarfsmeldung wird an die Erzeugung und Verteilung weitergeleitet, wo Durchflussmengen und Vorlauftemperaturen auf den tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Pre-Komfortbetrieb Wärmeerzeuger Außentemperatur Komfortbetrieb Öffnen Vorlauftemperatur Schließen Pumpe Sollwert Raumtemperatur Bedarfsregelung Sonneneinstrahlung 23 C Stellantrieb eizen/ Kühlen Uhrzeit Interne Fremdwärme und Wärmeflüsse nach außen eizung 5:00 Kühlung 8

9 5:00 5:00 10 C 5:00 17 C 0 C 8:00 17:00 21 C 5 C + Sa/So 17 C Einsparpotenzial bis zu 7% 0 C 21 C 0 C 20 C 0 C 19 C Verteilung Erzeugung Einsparpotenzial bis zu 10% 9

10 Bedarfsregelung der Vorlauftemperatur Die Versorgungstemperatur wird aufgrund der Ventilstellungen in den Räumen bereitgestellt. Dabei werden Fremdenergieanteile und verminderter Energiebedarf berücksichtigt. Bei geringem Energiebedarf schließen die Gruppenventile und schalten die Pumpe aus. Reduzierte Mediumstemperaturen ergeben kleinere Wärmeverluste. Bedarfsregelung der Pumpe Bei verminderter Energienachfrage schließen die Raumregelventile und der Differenzdruck im Rohrnetz steigt. Die Konstantregelung des Differenzdrucks reduziert den Volumenstrom und die Förderleistung der Pumpe nimmt ab. Damit sinkt der Energieverbrauch. Noch höhere elektrische Energieeinsparung erzielt die Drehzahlregelung mit variablem Differenzdruck. Legende 30 C Regelbetrieb Öffnen 23 C K 21 C 23 C Pumpe Stellantrieb eizen/ Kühlen Vorlauftemperatur Pre-Komfortbetrieb Außentemperatur Komfortbetrieb Volumendurchfluss Schließen Sollwert Raumtemperatur Bedarfsregelung Neutralzone Sonneneinstrahlung Interne Fremdwärme und Wärmeflüsse nach außen eizung Kühlung Verriegelung eizen/kühlen Der Raumregler verhindert über die Sequenz eizen/kühlen Energieverluste. Die bedarfsgeführten /K-Sollwerte verhindern, dass der Raum gleichzeitig beheizt und gekühlt wird. Bewegt sich die Raumtemperatur innerhalb der eingestellten Neutralzone zwischen den beiden /K-Sollwerten, wird der Raum weder beheizt noch gekühlt. Je weiter die /K-Sollwerte aller Einzelraumregler auseinander liegen, desto effizienter ist die Verriegelung der Versorgung. 10

11 2 C 40 C 2 C 37 C Einsparpotenzial bis zu 3% 0 C 21 C 0 C 17 C Einsparpotenzial bis zu 50% K K K K K K 21 C 21 C 23 C 22 C 21 C 23 C 23 C 21 C 23 C Einsparpotenzial bis zu 5% 11

12 Applikationen für eine energieeffiziente Erzeugung Effiziente Regelung in der Energiezentrale Auch die gezielte Regelung der Energieaufbereitung erhöht die Energieeffizienz eines Gebäudes. Ob eizkessel oder Kältema schine Erzeuger, die nur dann und so lange in Betrieb sind, wie ihre Leistung benötigt wird, verbrauchen weniger Energie. Und Erzeugertemperaturen, die dem realen Bedarf entsprechen, reduzieren Energieverluste. Regelung der Erzeugertemperatur Durch die Auswertung der Wärme- bzw. Kältebedarfssignale kann die Erzeugertemperatur auf den effektiven Temperaturbedarf der Verbraucher abgestimmt werden. Die Leistung wird in Stufen oder modulierend entsprechend höher oder niedriger geschaltet. Wärme- bzw. Kälteverluste im Erzeuger durch unnötig hohe bzw. niedrige Temperaturen werden so minimiert. Legende 30 C Pre-Komfortbetrieb Außentemperatur Komfortbetrieb Regelbetrieb Öffnen Betriebsabfolge der Erzeuger Stehen für die Energieaufbereitung mehrere Erzeuger zur Verfügung, gibt die Prioritätenregelung entsprechend dem Bedarf diejenigen Aggregate für den Betrieb frei, die in ihrer Leistung und in ihrem Wirkungsgrad dem momentanen Energiebedarf bestmöglich entsprechen. Die durchdachte Schaltung der Betriebsabfolge wirkt auf die Erzeuger so ein, dass diese mit einem hohen Nutzungsgrad betrieben werden und sorgt für einen energieoptimalen Betrieb. Vorlauftemperatur Schließen Kühlung Sollwert Raumtemperatur Bedarfsregelung Sonneneinstrahlung 23 C Pumpe Stellantrieb eizen/ Kühlen Interne Fremdwärme und Wärmeflüsse nach außen eizung Kühlung 12

13 K K K 28 C 23 C 28 C 22 C 28 C 26 C Verteilung C Erzeugung Einsparpotenzial bis zu 3% 0 C 21 C 0 C 22 C 0 C 19 C Bedarf K1 Wärmepumpe Kessel 1 Kessel 2 K1 K2 St2 stetig 50 kw COP = 4,7 Gas modulierend 100 kw = 1,1 Öl 2-stufig 100 kw = 0,9 WP WP K1 K1 K2 St1 WP K2 St1 WP Sequenz Einsparpotenzial bis zu 3% 13

14 Investitionen, die sich schnell amortisieren Die Berechnung mit dem von Siemens entwickelten EEC-Tool* ergibt für die energieoptimale Lösung mit den vorgeschlagenen Energiesparfunktionen folgende Werte: Energieträger Verbrauch vor Sanierung Einsparungen Verbrauch Kosten Prozentual eizöl Liter Liter EUR 29% Elektrizität kwh kwh EUR 48% Insgesamt kwh kwh EUR 32% Zusätzlich zu den oben stehenden Energieeinsparungen wird die CO 2 -Emission um 30% reduziert. Die Modernisierung der Gebäudeautomation wurde parallel mit einer Innenraumrenovierung durchgeführt. Dadurch konnten der Einbau und der Anschluss der Einzelraumregler sowie die Vernetzung mit den neuen Primärautomationsstationen mühelos durch geführt werden. Investitionskosten: Automationskomponenten EUR Verdrahtung, Installation EUR Inbetriebnahme EUR Gesamtkosten EUR Die einfache Amortisation ohne Abzinsung und ohne Inflation beträgt ca. 5 Jahre. Weitere Informationen zum Thema Energieeffizienz finden Sie im Internet unter Energieeinsparung bezogen auf die Fallstudie Thermisch 20% Thermisch 7% Elektrisch 55% Thermisch 2% Elektrisch 48% Erzeugung Verteilung Verbrauch/Räume * Energy Efficiency Calculation Tool

15 Produktsortiment Die folgenden Produkte tragen zur Erfüllung der Effizienzklasse A nach EN bei. DESIGO in Verbindung mit Einzelraumreglern RXC/RXB/RXL Für große und komplexe Gebäude Synco 700 in Verbindung mit Einzelraumreglern RXB/RXL und RDG/RDF Für mittlere Gebäude und anspruchsvollere Aufgaben Feldgeräte Für alle Einsatzgebiete: Fühler für alle Medien Luftklappenantriebe Ventile und Stellantriebe 15

16 Answers for infrastructure. Megatrends prägen die Zukunft Der demografische Wandel, die zunehmende Verstädterung, die Veränderung des Klimas sowie die Globalisierung der Wirtschaft verändern die Welt. All diese Megatrends beeinflussen unser Leben und prägen unsere Denk- und Arbeitsweise in verschiedenen Sektoren der Wirtschaft. Innovative Technologien als Antworten auf die wichtigsten Fragen Mit über 160 Jahren Forschung, Ent - wick lung und Ingenieurwesen und mit über aktiven Patenten beweist Siemens, dass Innovationen in den Be - reichen Medizin, Energie, Industrie und Infrastruktur die Lebensqualität der Menschen und die Produktivität von Unter nehmen nachhaltig verbessern. Und zwar global genauso wie lokal. öhere Produktivität und Effizienz während des ganzen Lebenszyklus Building Technologies bietet intelligent integrierte Infrastrukturlösungen für Industrie- und Zweckbauten, Wohngebäude und öffentliche Einrichtungen. Ein umfassendes und umweltbewusstes Portfolio an Produkten, Systemen, Lö sun gen und Dienstleistungen für Niederspannungs-Energieverteilung und elektrische Installationstechnik, Gebäu de automation, Brandschutz und Sicherheit sorgt während des ganzen Lebenszyklus für: optimalen Komfort und höchste Energieeffizienz in Gebäuden, Schutz und Sicherheit von Menschen, Geschäftsprozessen und Werten, Steigerung der Produktivität. Siemens Schweiz AG Industry Sector Building Technologies Division International eadquarters Gubelstraße Zug Schweiz Tel Siemens AG Industry Sector Building Technologies Division Rödelheimer Landstraße Frankfurt am Main Deutschland Tel Siemens Schweiz AG Industry Sector Building Technologies Division Sennweidstraße Steinhausen Schweiz Tel Siemens AG Österreich Industry Sector Building Technologies Division Siemensstraße Wien Österreich Tel Siemens SA Industry Sector Building Technologies Division 20, rue des Peupliers 2328 Luxembourg/amm Luxembourg Tél Die Informationen in diesem Dokument enthalten allgemeine Beschreibungen der technischen Möglichkeiten, die im Einzelfall nicht immer vorliegen müssen. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind daher im Einzelfall bei Vertragsschluss festzulegen. Siemens Schweiz AG, 2011 Bestell-Nr de 0,

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