Gebäudeautomatisierung zur Steigerung der Energieeffizienz

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1 Gebäudeautomatisierung zur Steigerung der Energieeffizienz EOR FÜR KMU: Energieeffizienz in Unternehmen Themennachmittag Gebäudeautomatisierung Dipl.-Ing. Philipp Bauer Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 1 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Anwendungsbereiche der Gebäudeautomation Anwendungsbereiche: Bedienung und Visualisierung Gebäudeautomation Beleuchtung Sonnenschutz und Jalousie Schutz und Sicherheit Heizung/ Klima/ Lüftung Energiemanagement angelehnt an [Quelle] commercialbuildings Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 3 Philipp Bauer 17. Mai

2 Anwendungsbereiche der Gebäudeautomation Grundfunktionalität in den Anwendungsbereichen: Beleuchtung: Konstante Helligkeit; Lichtszenen Sonnenschutz und Jalousie: Strahlungsregulierung Heizung/Klima/Lüftung (HVAC): Individuelle Einzelraumregelung über Zeitschaltung, Fernzugriff oder Detektion der Anwesenheit zum bedarfsgerechten Betrieb; witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung, Regelung der Umwälzpumpe, ; Optimierung des Einsatzes verschiedener Energiesysteme (z.b. Solar+ BHKW+ Brennwerttechnik) Energiemanagement: Energiemessung; Energieaufzeichnung; Energievisualisierung; Lastüberwachung; Lastabschaltung Schutz und Sicherheit: Brandschutz; Evakuierung; Zugangskontrolle; Einbruchsicherheit Bedienung und Visualisierung: Automatisierte Abläufe; zentrale Steuerung; Fernzugriff Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 4 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Anwendungsbereiche der Gebäudeautomation Kategorisierung: [Quelle] The Walt Disney Co. Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 5 Philipp Bauer 17. Mai

3 Gliederung Anwendungsbereiche der Gebäudeautomation Motivation Von Energietransparenz über Kosten-Nutzen-Analyse zur Energieeffizienz Energietransparenz Kosten-Nutzen-Analyse Energieeffizienz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 6 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Motivation: Steigende Rohstoffpreise [Quelle] Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 7 Philipp Bauer 17. Mai

4 Motivation: Energiebedarf von Gebäuden [Quelle] Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 8 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Motivation: Technologiereife DDC: Direct Digital Control Zeit Ursprung Ende 1980er Ende 1990er Zentrale Leittechnik Festverdrahtung leistungsfähigere Mikrocomputersysteme Dezentralisierung DDC nahe Anlage Geringerer Verkabelungsaufwand Miniaturisierung Abermalige Leistungssteigerung µc lokale Intelligenz Busschnittstellen auf Platine [Quelle] Merz, Hansemann, Hübner: Gebäudeautomation Hanser Verlag 2010 Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 9 Philipp Bauer 17. Mai

5 Motivation: Politische Ziele EU Zielpaket (20% weniger Treibhausgas als 1990, 20% Anteil an erneuerbaren Energien, 20% weniger Primärenergieverbrauch) [Quelle] DIN EN (Energieeffizienz von Gebäuden Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement) Bestrebungen: Gebäudeautomation in EnEV 2012 [Quelle] HS Biberach, Prof. Martin Becker Smart Grid: Ausbau der Erneuerbaren, demand side management, E-mobility, dezentrale Versorgungsstrukturen, stromerzeugende Heizung, etc. Smart Meter (80% der Kunden bis 2020) [Quelle] Drittes EU Binnenmarktpaket laut [Quelle] Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 10 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Anwendungsbereiche: Bedienung und Visualisierung Gebäudeautomation Beleuchtung Sonnenschutz und Jalousie Schutz und Sicherheit Heizung/ Klima/ Lüftung Energiemanagement angelehnt an [Quelle] commercialbuildings Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 11 Philipp Bauer 17. Mai

6 Marktverbreitung nach Anwendungsbereich in Deutschland: Licht und Beschattung Heizung Klima Lüftung Management [Quelle] Merz, Hansemann, Hübner: Gebäudeautomation Hanser Verlag 2010 Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 12 Philipp Bauer 17. Mai V Netz Spannungsversorgung M Busleitung Übertragungsmedien: Twisted Pair (KNX.TP verdrillte Kupferleitung) Power Line (KNX.PL - Stromnetz) Radio Frequency (KNX.RF Funk) Ethernet (KNXnet/IP) Projektierung und Inbetriebnahme: Engineering-Tool-Software ETS Bus-Arbitrierung: CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 13 Philipp Bauer 17. Mai

7 230V Netz P P Spannungsversorgung DDC- Automationsger ät Busleitung Übertragungsmedien: Zweidrahtleitung 230V-Netz Funkübertragung ( MHz, 900MHz, 2.4GHz) Koaxialleitung Lichtwellenleiter Infrarot Projektierung und Inbetriebnahme: Diverse CAE-Tools Bus-Arbitrierung: prädiktiv p-persistentes CSMA-Verfahren Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 14 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Leitrechner BACnet über Ethernet Gebäude1 Gebäude3 Gebäude5 Gebäude2 Gebäude4 Datenübertragungssysteme: Ethernet ARCNET(Attached Resource Computer Network) MS/TP (Master-Slave/Token-Passing) LonTalk Neues Gebäude Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 15 Philipp Bauer 17. Mai

8 Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 16 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Technologieinnovation im Bereich der Funksysteme: Mittlerweile breit am Markt verfügbare Systeme Kinderkrankheiten behoben Sinkende Preise in den letzten Jahren Achtung: Standby-Energiebedarf! Exkurs Zukünftige Anwendungsszenarien der Gebäudeautomation: Ambient Assisted Living: Technologie für ein selbstbestimmtes Altern Smart Grid: Steuerung einzelner Verbraucher (HKL, Elektroauto, Waschmaschine, Trockner, Gefriertruhe, Kühlschrank, ) Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 17 Philipp Bauer 17. Mai

9 Der Weg zur Energieeffizienz Energieeffizienz (ISO 9000): Verhältnis zwischen dem erzielten Ergebnis und den eingesetzten Mitteln Energieeffizienz von Gebäuden: Verhältnis Eingesetzte Energie zu Erreichung gewünschter Eigenschaften Energietransparenz Kosten/ Nutzen- Analyse Von Energietransparenz über Kosten-Nutzen-Analyse zur Energieeffizienz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 18 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Der Weg zur Energieeffizienz Zielfragestellung: Was wird wo mit welchen Kosten und welchem Nutzen eingesetzt? Energieeffizienz Energietransparenz Kosten/ Nutzen- Analyse Energieeffizienz Keine Synthese ohne (belastbare) Analyse (Leitspruch aus Naturwissenschaft) Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 19 Philipp Bauer 17. Mai

10 Energietransparenz Energietransparenz = Basis für Energieeffizienz Schritte zur Energietransparenz: Energiemonitoring Teilnehmergenaue Energieflussaufzeichnung Energieanalyse Statische Analyse der gesammelten Daten Gebäudeautomatisierung Energieflüsse kategorisierbar in Prozess Gebäudeunterhaltung Aufdecken von Schwachstellen durch Analyse Energieanalyse (sehr unternehmensspezifisch): Eingesetzte Energiearten Möglichkeiten von Mitnutzung/Synergien aufdecken Know-How ist im Unternehmen, Sensibilisierung wichtig! Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 20 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Kosten/Nutzen-Analyse Bewertung der durch Energietransparenz herausgearbeiteten Energieanteile und damit verbundener Einsparmöglichkeiten Am teuersten ist das ständige Vorhalten jeglicher Funktionalität. Werkzeuge zur wirtschaftlichen Abwägung etwa von Neuanschaffungen gemäß Vortrag Rentabilität als Entscheidungskriterium für Investitionen von A. Herbst, IREES GmbH (im Rahmen der Vortragsreihe EOR für KMU, ) Glühlampenparadoxon Verbesserungen bereits durch interne aufmerksame Analyse möglich Umfangreich von Energieberater vor Ort durchführbar Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 21 Philipp Bauer 17. Mai

11 Energieeffizienz Auf Basis von Energietransparenz und Kosten/Nutzen-Analyse wird Energieeffizienz nun erreicht durch: Ablaufänderung Verhaltensänderung Gebäudeautomatisierung Darüber hinaus: Möglichkeiten der Prozesssteuerung über Gebäudeautomationssysteme In größerem Kontext: Energiecontrolling online; dynamisch; permanente Aufzeichnung und Auswertung der Verbrauchswerte; automatische Anpassung der Steuer- und Regelalgorithmen Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 22 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Beispiel aus Forschung zu Energietransparenz Phasen des Projektes: 1. Energieverbrauch messen und transparent machen Erfassung mittels Flukso, Anzeige online und auf chumby 2. Steuerung von wärmespeichernden Verbrauchern (Tiefkühltruhen, Wärmepumpen) Steuerung auf chumby, Kommunikation über digitalstrom (?) 3. Installation in bis zu 1000 Testhaushalten, Vermarktung [Quelle] Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 23 Philipp Bauer 17. Mai

12 Beispiel aus Forschung zu Energietransparenz Projekt mysmartgrid von Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern: [Quelle] Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 24 Philipp Bauer 17. Mai 2011 Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Lehrstuhl für Automatisierungstechnik 25 Philipp Bauer 17. Mai