FIEMSER. Auf Wissen bauen. Friendly Intelligent Energy Management System for Existing Residential Buildings. Fraunhofer IBP

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1 FIEMSER Friendly Intelligent Energy Management System for Existing Residential Buildings Auf Wissen bauen

2 Friendly Intelligent Energy Management System for Existing Residential Buildings übersetzt.. Benutzerfreundliches Energiemanagement-System für bestehende Wohngebäude

3 Wer ist an dem Projekt beteiligt?

4 Wer ist an dem Projekt beteiligt? Projektpartner Kurzzeichen Land Organisation Form 1 Fundación TECNALIA (Labein) TECNALIA-LAB Spanien Forschungseinrichtung 2 Centre scientifique et technique du bâtiment CSTB France Forschungseinrichtung 3 Fraunhofer Institut Bauphysik FRAUNHOFER Deutschland Forschungseinrichtung 4 UCD Clarity UCDNUID Irland Universität 5 Acciona Infraestructuras ACCIONA Spanien Unternehmen 6 TENESOL TENESOL Frankreich Unternehmen 7 PHILIPS CONSUMER LIFESTYLE B.V. PCL Netherland Unternehmen 8 Thales Communications S.A. TC Frankreich Unternehmen

5 Was sind die Ziele des Projekts? Prototyp- Entwicklung einer benutzerfreundlichen Steuerung, die lokale, regenerative Energie-Erzeugung und lokalen Energieverbrauch zeitlich aufeinander anpasst Förderung der lokalen Energie-Erzeugung und Speicherung dadurch Entlastung der (Strom-)Netze Einbindung der Hausbewohner in das Energiemanagement des Hauses Entwicklung eines einfachen, verständlichen Bedienkonzepts Einsparung von 30% Primärenergieverbrauch durch FIEMSER System soll sich zur einfachen und kostengünstigen Nachrüstung in bestehenden Wohngebäude eignen

6 Was sind die Ziele des Projekts? Flexibel anpassbar an unterschiedliche Gegebenheiten und Klimazonen Das System soll sowohl in der Anschaffung wie auch im Einbau und Betrieb kostengünstig sein und selbst wenig Energie verbrauchen Evaluierung des fertigen Systems auf Praxistauglichkeit Es soll kein Produkt sondern ein Prototyp bzw. ein Verfahren entwickelt werden (Grundlagen-Arbeit > später Produktentwicklung durch Industrie)

7 Warum fördert die EU ein solches Projekt? Im Energiemarkt wird es viele Änderungen geben: EU-Ziel der CO 2 Reduktion Förderung der erneuerbaren Energien Gebäudeleittechnik-Systeme (GLT) könnten zur Energie-Einsparung im Wohnungsbau beitragen, sind dort jedoch wenig verbreitet FIEMSER soll den GLT-Einsatz im Bestand forcieren helfen Die Topologie der Energienetze wird sich ändern > mehr Dezentralisierung Energietarife für Stromkonsum sowie für Stromeinspeisung werden sich zukünftig stündlich ändern (in der Industrie ist das heute schon üblich) Europaweiter Einsatz des Systems wird angestrebt

8 Wie sollen die Ziele erreicht werden? Ziel: Anpassen des Energieverbrauchs an die Energieerzeugung Im Idealfall wird gewonnene regenerativ Energie sofort genutzt Vorausberechnung der zu erwartenden Energieernte des kommenden Tages auf Basis von Wetterhersagen im Stundenraster (T, rf, Wind_v, GS..) Benutzer erstellen zeitliche Nutzungsprofile ihrer Energieverbrauche Zeitliches Verschieben der Energie-Verbrauche sofern möglich Ziel: Entlastung der Strom- und ggf. Wärmenetze Verwendung von lokalen Speichern für Wärme und Strom Austausch überschüssiger oder fehlender Energie innerhalb lokaler, gebäudeübergreifender Netze (Grids)

9 Wie sollen die Ziele erreicht werden? Ziel: Kostenersparnis Abfrage der stündlichen Strompreise für Abnahme und Einspeisung des folgenden Tages über Tarifserver im Internet Information der Gebäudenutzer über Energieverbrauch und Einbindung in das Energiemanagement des Hauses > Bewusstmachen Schieberegler zur Orientierung: ökologisch < > ökonomisch Ziel: Flexibilität Modulares Konzept der Steuersoftware Mehrsprachige Benutzeroberfläche Automatische Anpassung der Regelstrategien an die jeweilige Klimazone Eigene Konfigurations-Oberfläche für Installateur

10 Wie sollen die Ziele erreicht werden? Ziel: Einfache Nachrüstbarkeit in bestehende Gebäude Entwicklung und Verwendung von funkbasierten Sensoren und Aktoren Ziel: Hohe Benutzerfreundlichkeit und Akzeptanz Komplexität des Systems wird von den Benutzern fern gehalten Einfache Einstellmöglichkeiten (Ökologisch < > Ökonomisch) Wahlweise Bedienung über Web-TV, Smartphone oder PC Benutzer hat das letzte Wort!

11 Grundsätzlicher Aufbau des FIEMSER Systems HVAC System Energy Storage Renewable Generation CHP Active Systems for Energy Saving Lighting System Utilities Electrical Appliances FIEMSER Home User

12 Aufbau der FIEMSER Hardware

13 Wo soll das System eingesetzt werden? In bestehenden und neuen Ein/Zwei-Familienhäusern Im Geschosswohnungsbau (Neu- und Altbau) In Gebäuden, die an Nahwärmenetze angeschlossen sind (als zentrales Energiemanagementsystem in sogenannte Grids ) FIEMSER ist (noch) nicht konzipiert für Gewerbebauten und Nutzgebäude

14 Wie könnte man Energieerzeugung und Verbrauch aufeinander anpassen? Bewohner erstellen einfache Nutzungsprofile für das Gesamtgebäude.. Wochentag (zwischen 8.00h und 13.00h..) Wochenende (voraussichtliche Raumnutzung) Urlaub.. und für einzelne Räume Kinderzimmer (0h 7h genutzt, 7h 13h ungenutzt, 13h..17h..) Arbeitszimmer (0h 8h ungenutzt, 8h 11h genutzt, 11h 13h..) Danach werden nur noch diese Nutzungsprofile festgelegt Präsenzsensoren überprüfen, ob der Raum wirklich nach Plan genutzt wird Bei Nichtnutzung Abschaltung von Verbrauchern nach definierter Zeit

15 Wie könnte man Energieerzeugung und Verbrauch zeitlich aufeinander anpassen? Nutzungszeiten auch für größere Haushalts-Geräte festlegen Waschmaschine Wäschetrockner Geschirrspüler

16 Vorausberechnung des Energieverbrauchs (Energiemenge und zeitlicher Verlauf) Gebäude-Wärmebedarf wird aufgrund folgender Daten vorausberechnet: Wettervorhersage im Stundenraster durch Bewohner vordefinierte Raum-Nutzungspläne (Profile) Voraussichtlicher elektrischer Energiebedarf ergibt sich aus: durch Bewohner vordefinierte Geräte-Nutzungspläne durch Energiebereitstellung für HKL-Geräte Neuartige Hausgeräte werden zukünftig zwei Ein -Schalter haben : Sofort ausführen Gerät bereit Wurde Gerät bereit gewählt, dann entscheidet die FIEMSER Steuerung, wann ein Gerät eingeschaltet wird

17 Beispiel für Energieverbrauchsprofil

18 Abschätzung der unvorhersehbaren Energieverbrauchs Es gibt natürlich Geräte im Haus, deren Nutzung individuell ist Küchenherd, Mikrowelle Staubsauger Unterhaltungselektronik Haarfön Wie kann man deren Energieverbrauch trotzdem abschätzen? Soweit möglich Zuordnung von Steckdose zu Geräten Elektrische Leistungsmessung an jeder Steckdose Selbstlernendes System (Relation zwischen Nutzungsplänen und tatsächlichem Verbrauch)

19 Abschätzung der voraussichtlichen Energieerzeugung aus erneuerbaren Energien Möglichst genau Wettervorhersage der energetisch relevanten Größen in stündlicher Auflösung Globalstrahlung Außenluft-Temperatur Relative Luftfeuchte Windgeschwindigkeit Geografische Daten Standort Ausrichtung des Kollektors Technische Daten der regenerativen Energieerzeuger Leistung Wirkungsgrad..

20 Realer Verlauf energetisch wichtiger Wetterdaten

21 Vorhersage der Globalstrahlung in Stundenauflösung

22 Vergleich Vorhersage <> realer Verlauf

23 Welche elektrischen Energieerzeuger werden unterstützt? Nicht steuerbare aber voraussagbare erneuerbare Energieerzeugung Photovoltaik Windgeneratoren Steuerbare Energieerzeugung/Bereitstellung aus erneuerbarer Energie BHKW mit Biomasse

24 Welche thermischen Energieerzeuger/quellen werden unterstützt? Nicht steuerbare aber voraussagbare erneuerbare Energieerzeugung Thermische Solarkollektoren Erdreich-Luftwärmetauscher (Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung) Steuerbare Energieerzeugung/Bereitstellung aus erneuerbarer Energie BHKW (mit erneuerbarer Energie betrieben (z.b. Biogas) Pellet-/Hackschnitzel-Kessel Erdreich-Luftwärmetauscher Wärmepuffer Wärme aus dem Grid-Nahwärmenetz

25 Welche thermischen Energieerzeuger/quellen werden unterstützt? Steuerbare Energieerzeugung aus konventioneller Energie Öl/Gasboiler/thermen Wärmepumpe (mit konventioneller Energie betrieben) Klimageräte BHKW (mit Primär-Energie betrieben) Nahwärmenetz (mit konventioneller Energie betrieben)

26 Welche elektrischen Energiespeicher werden unterstützt? Batteriespeicher Speicher in Elektrofahrzeugen

27 Welche thermischen Energiespeicher werden unterstützt? Pufferspeicher (Wasser) Phasenwechselspeicher (Salzhydrid, Parafin..) Grid-Systeme = lokale, gebäudeübergreifende Wärmespeicher bzw. Wärmenetze

28 FIEMSER sollte auch normale Steuerungs- Aufgaben übernehmen Um die Fähigkeiten des Systems voll auszuspielen, sollte es neben dem übergeordneten Energiemanagement auch klassische GLT-Aufgaben aus folgenden Gründen übernehmen: Sensoren und Aktoren sind bereits vorhanden Benutzerschnittstellen sind ebenfalls vorhanden Trotzdem Möglichkeit zur einfachen Bedienung der HLK-Geräte und der Beleuchtung System macht den Bewohnern Vorschläge Sonnenschutz hochfahren, anstatt Licht ein Licht ein, anstatt Sonnenschutz hochfahren Stosslüftung anstatt Lüftungsanlage an Benutzer hat immer die letzte Entscheidung

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