Ennovatis ISSN März 2009

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1 I Deutsche Beiträge aus dem Projekt KENWO zum IEA-ECBCS Annex 46 Holistic Assessment Tool-kit on Energy Efficient Retrofit Measures for Government Buildings (EnERGo) Abschlussbericht zum BMWi Vorhaben KENWO-two-EnERGo Förderkennzeichen G 2. Titel der Reihe ennovatis Berichte zum Energiemanagement Mit Beiträgen von F. Schmidt, M. Herchenröder, A. Hermanns und N. Andresen Ennovatis ISSN März 2009

2 Impressum Herausgeber: ennovatis GmbH, Dechwitzer Straße 11 D Großpösna (bei Leipzig) Verfasser: F. Schmidt, M. Herchenröder, A. Hermanns und N. Andresen. Großpösna, Mai 2009 Ennovatis ISSN

3 I Kurzfassung Ziel des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens KENWO two EnERGo war die Einführung konkreter, ganzheitlicher und optimierter Energiekonzepte in praktischen Anwendungen weiter voranzubringen. Dazu sollten die deutschen Arbeiten in den internationalen Zusammenhang des Annex 46 gestellt werden, um aus den Anregungen der Annex Mitglieder zu lernen und zur Verbreitung unserer Ideen beizutragen. Dies ist im Vorhaben gut gelungen. Damit wurden eine höhere Akzeptanz von Energiemanagement, sowie eine erste Erschließung europäischer Märkte möglich. Die Umsetzung der Energiekonzepte kann mittels eines kostengünstigen Energiemanagementsystems überwacht und dadurch nachhaltig gestaltet werden. Im Vorhaben wurde versucht die Alternative Energie Einspar Contracting mit einzubeziehen und untersucht, wie sie die KENWO Ansätze sinnvoll ergänzen kann. Dies führte zu einem Projekt in Zusammenarbeit mit der US Army, in dem die Energieeffizienz des Flugsimulators in Illesheim untersucht und verbessert wurde. Wesentlicher Bestandteil des KENWO Ansatzes sind die Kombination von Verbrauchsmessungen und Bedarfsrechnungen. Im Annex 46 werden die Bedarfsrechnungen mit dem EnERGo Toolkit durchgeführt. Es basiert auf dem DIN V Kernel der Fraunhofer IBP. Ennovatis konnte im Rahmen des Projektes wertvolle Beiträge zur Validierung des Kernels leisten. Abstract The primary objective of the F&E project KENWO-two-EnERGo was to support the introduction of holistic and optimized energy concepts in practical applications. To reach this goal we contributed our experiences from the KENWO Project to the Annex 46 Project EnERGo to distribute our ideas in this international community and to get some feedback from external experiences. This proved to be a quite successful approach, resulted in several international projects and helped to open the international market to the KENWO products. The realisation of an energy concept becomes sustainable only if it is accompanied by ongoing or continuous commissioning. This could be achieved through an energy management system. In the frame of the annex 46 also energy performance contracting (EPC) was investigated. Up to the end of 2008 major contributions were made from the US and ennovatis only. These resulted in a major project to increase the energy efficiency of the Illesheim flight simulator facility. One major idea of the KENWO project was to evaluate consumption through demand calculations. In the frame of Annex 46 demand is calculated by the Fraunhofer IBP Kernel which implements DIN V Ennovatis has contributed to the validation of the Kernel by a series of calculations and parameter variations. Results are reported in the present report.

4 II Inhaltsverzeichnis 1 Das Projekt und seine Ziele Die Ausgangslage Ziele des Projektes EnERGo Ergebnisse des Projektes KENWO aus Sicht von KENWO-two-EnERGo Die Ziele des Projektes KENWO-two-EnERGo Gesamtziel des Vorhabens Wissenschaftliche Zielsetzung Technische Zielsetzung Struktur des Projektes Arbeitsplan und Meilensteine Die Partner des Projektes EnERGo Die wichtigsten Ergebnisse des Projektes Weiterentwicklung des vierstufigen Vorgehensmodells Energiekonzept im Rahmen von Subtask A Ergebnisse des Level 2 Assessment des Flugsimulators Illesheim im Rahmen von Subtask B Beschreibung unserer Erfahrungen mit Energy Performance Contracting im Rahmen von Subtask C Beiträge zur Validierung des Annex 46 Kernel im Rahmen von Subtask D9 1.5 Einordnung der Ergebnisse in den Stand von Wissenschaft und Technik zu Ende des Projektes Die Arbeitspunkte und ihre Ergebnisse AP 1 Allgemeine Beiträge zum Annex AP 2 Beiträge zu Subtask A Energy and Process Assessment Protocol for Industrial Buildings Energy and Process Assessment Protocol for Non-Industrial Buildings AP 3 Beiträge zu Subtask B AP 4 Beiträge zu Subtask C AP 5 Beiträge zu Subtask D AP 6 Abschlussbericht Verwertung Verwertung durch die ennovatis GmbH Veröffentlichungen aus dem Projekt Erschließung internationaler Märkte Installationen der Smartbox Schlussfolgerungen Was wir erreicht haben Mögliche nächste Schritte Literatur Folgende parallele Projekte haben die Arbeit stark befruchtet: Vorträge zum Projekt KENWO-two-EnERGo Internetauftritte Weitere Literatur und Arbeitsberichte...32

5 III 6 Anhang Beiträge zum Energy and Process Assessment Protocol Energy Report Illesheim German Country Report DIN V Softwarevergleich...33 Verzeichnis der Abbildungen Abbildung 1: Struktur des IEA IBCB Annex Abbildung 2: Beiträge zum Annex 46 aus dem Projekt KENWO-two-EnERGo Vom Benchmarking zur Zertifizierung und zur kontinuierlichen Betriebsüberwachung 7 Abbildung 3: Website Flugsimulator Illesheim... 8 Abbildung 4: Berechnung des Payback bei verschiedenen Finanzierungsmodellen.. 9 Abbildung 5: Vergleich der Monatswerte für Bedarf und Verbrauch des Verfügungsgebäudes der Uni Stuttgart in Abbildung 6: Messkonzept Level 2 Assessment Flugsimulator Illesheim...13 Abbildung 7: Datenpunkte Flugsimulator Illesheim...14 Abbildung 8: Energiebericht für die Trainingsfacility in Illesheim...15 Abbildung 9: Messung der Verbräuche an Strom (P) und Fernwärme (HC) auf Tagesbasis am Flugsimulator Illesheim...15 Abbildung 10: Energieverbrauch im gesamten Komplex...16 Abbildung 11: Power consumption of Chillers in Abbildung 12: Power consumption of Chillers in Abbildung 13: Outdoor temperature, heat consumption and power consumption of Chillers in Oct Abbildung 14: Outdoor temperature, heat consumption and power consumption of Chillers in March Abbildung 15: Auswirkungen von Fehlerbehebungen auf die Aussagen des Kernel...21 Abbildung 16: Einfluss Modellierumgebung auf Rechenergebnis (Quelle Martin Kusic, ArchiNea AG München Round-table der DIN Softwarehäuser)...22 Abbildung 17: Vergleich verschiedener Berechnungen des Bedarfs an Nutzenergie mit dem Verbrauch am Beispiel des Verfügungsgebäudes der Uni Stuttgart...24 Verzeichnis der Tabellen Tabelle 1: Die Arbeitspunkte des Projektes KENWO-two-EnERGo... 6 Tabelle 2: Verwertungen mit Zeithorizont...26

6 1 1 Das Projekt und seine Ziele 1.1 Die Ausgangslage Ziele des Projektes EnERGo Im Januar 2006 wurde mit den Arbeiten zum Annex 46 Holistic Assessment Toolkit on Energy Efficient Retrofit Measures for Government Buildings (EnERGo) begonnen. Der Annex strukturierte seine Aufgaben und Ziele in 4 Subtasks, die in der folgenden Abbildung etwas näher beschrieben sind: Abbildung 1: Struktur des IEA IBCB Annex 46 Die Arbeitspunkte des neuen Annex leiteten sich ähnlich wie die des Projektes KEN- WO aus den Erfahrungen des Annex 36, an dem ennovatis über seinen Gründungsvater beteiligt war, ab. Deshalb stimmten die Ziele der einzelnen Subtasks in weiten Bereichen mit denen des inzwischen erfolgreich abgeschlossenen Projektes KENWO überein, so dass in beiden Projekten ähnliche Arbeitspunkte auftauchten. Auf Grund dieser vielfältigen Gemeinsamkeiten bot es sich an, auf der Basis der Ergebnisse des Projektes KENWO Beiträge zum Annex 46 zu erbringen und andererseits die Ergebnisse von KENWO in der Diskussion mit den internationalen Partnern zu festigen und weiter zu entwickeln. Darüber hinaus ergab sich die Chance, die neue Anwendungen und neue Anwendungsgebiete für die in KENWO entwickelten Hard- und Softwarekomponenten zu erschließen Ergebnisse des Projektes KENWO aus Sicht von KENWO-two-EnERGo Im Rahmen des Vorhabens KENWO wurden kostengünstige und somit auch für größere Wohngebäude und kleinere Unternehmen erschwingliche Hard- und Softwarekomponenten entwickelt, die es erlauben, Energiecontrolling in einer Vielzahl von Gebäuden einzuführen.

7 Kostengünstig meint dabei, dass die Kosten für die Einrichtung des Energiecontrollings nicht höher als 10 % der jährlichen Energiekosten betragen sollten. Bei einer jährlichen Kosteneinsparung durch das Energiecontrolling von etwa 5 % ergeben sich dann Amortisationszeiten von etwa 2 Jahren. Im Rahmen des Projektes KENWO haben wir uns auf folgende Anwendungen konzentriert: Kurzzeitmessungen zur Unterstützung von energetischen Analysen (Audits) und zum Erkennen von Energieeinsparpotentialen Langzeitmessungen zum Nachweis der Nachhaltigkeit von Maßnahmen und als Basis eines Continuous Commissioning Einbeziehung der Nutzer durch Einführung von Energieampeln Unterstützung der Betriebsüberwachung einschließlich der frühzeitigen Erkennung von Fehlern und deren Analyse bei einfacheren Anlagen durch regelbasiertes Monitoring. Die Anwendungen basieren auf der gleichen Hardware und unterscheiden sich lediglich durch die mit ihnen verbundenen Ziele, die daraus resultierenden Arbeitsabläufe (Workflows), die Zahl der verwendeten Messdaten sowie die Nutzeroberflächen, die der für die jeweilige Anwendung erforderlichen Kompetenz und dem Kenntnisstand der Nutzer angepasst sind. Im Projekt erzielten wir vier Hauptergebnisse, die im Abschlußbericht detaillierter vorgestellt wurden: 1. Durch die Standardisierung in Form eines 4 Stufen Modells wurde die Entwicklung optimierter Energiekonzepte transparenter, leichter einsetzbar und nachhaltiger umsetzbar. Als Ergebnis erhielten wir ein Vorgehensmodell für die Einführung von Energiemanagement, das zwar im Projekt ModBen weiterentwickelt wird, aber auch direkt in unsere Praxis übertragen werden konnte. Kern dieses Modells sind ein Minimalsatz von Datenpunkten, der für Energiemanagement notwendig ist. eine Bedarfsberechnung auf Basis der Option Individualrechnung der Norm DIN V Diese Bedarfsrechnung macht das energetische Verhalten 2

8 des untersuchten Gebäudes transparenter und erlaubt es, realistische Zielwerte für den Energieverbrauch des Gebäudes anzugeben. ein Visualisierungssystem, das im Sinne des intelligent monitoring hilft mögliche Verschwendungen und Ineffizienzen beim Gebäudebetrieb aufzudecken und durch geeignete Maßnahmen zu beseitigen. Das 4 Stufen Modell war Basis unserer Beiträge zu Subtask A des neuen Annexes und taucht deshalb in den Energy and Process Assessment Protocol Berichten auf. 2. Durch ein preiswertes, nutzerfreundliches und leicht anpassbares Datenerfassungssystem (smartbox) wurde ein wesentliches Hindernis für einen breiteren Einsatz von Techniken des Energiemanagements beseitigt. Auf Basis der Smartbox konnten wir unsere US Partner überzeugen, für den Flugsimulator in den Kasernen in Illesheim ein Level II Assessment durchzuführen, um zu zeigen, welche Einsparpotentiale dadurch möglich werden. Das führte zu einem Beitrag zu Subtask B, in dem wir ein Case Study Level II Assessment entwickelten. 3. Durch das Konzept der Energieampel wurde es möglich, die Ergebnisse des Energiemanagements auch für Nutzer verständlich darzustellen. Auf Basis dieser Darstellung kann man auch Nutzer motivieren, ihr Verhalten in Richtung höherer Energieeffizienz zu modifizieren. Die aktive Einbeziehung der Nutzer wurde im Rahmen des Annex 46 noch nicht diskutiert, da dort primär über die Verbesserung der Energieeffizienz durch technische Maßnahmen und - auch auf Grund unserer Anregungen - über die Verbesserung der Betriebsweise nachgedacht wird. 4. Durch kostengünstige Systeme und Einbeziehung der Nutzer wurde es möglich Energiemanagement auf Basis der KENWO Ergebnisse auch für die Wohnungswirtschaft interessant zu machen. Damit erschließt sich für das Energiemanagement ein großes und weites Anwendungsfeld. In vielen deutschen Projekten realisieren wir dieses Potential auf Basis von Contracting Verfahren. Unsere Erfahrungen aus solchen Projekten sind in unseren Beitrag zu SubTask C eingeflossen. Wesentlicher Bestandteil des KENWO Ansatzes ist die Kombination von Verbrauchsmessungen und Bedarfsrechnungen. Im Annex 46 werden die Bedarfsrechnungen mit dem EnERGo Toolkit durchgeführt. Es basiert auf dem DIN V Kernel der Fraunhofer IBP. Ennovatis konnte im Rahmen seiner Arbeiten zu Subtask D wertvolle Beiträge zur Validierung des Kernels leisten. 3

9 4 1.2 Die Ziele des Projektes KENWO-two-EnERGo Gesamtziel des Vorhabens Ziel des Forschungs- und Entwicklungsvorhabens KENWO-two-EnERGo war es die Einführung konkreter, ganzheitlicher und optimierter Energiekonzepte in praktischen Anwendungen weiter voranzubringen. Dazu wurden die deutschen Arbeiten in den internationalen Zusammenhang des Annex 46 gestellt, um aus den Anregungen der Annex Mitglieder zu lernen und zur Verbreitung unserer Ideen beizutragen. Damit wurde eine größere Allgemeingültigkeit, eine höhere Akzeptanz und eine Erschließung europäischer Märkte möglich. Die Umsetzung der Energiekonzepte kann mittels eines kostengünstigen Energiemanagementsystems überwacht und dadurch nachhaltig gestaltet werden. Im Vorhaben wurde versucht die Alternative Energie Einspar Contracting mit einzubeziehen und untersucht, wie sie die KENWO Ansätze sinnvoll ergänzen kann. Dies führte zu einem Projekt in Zusammenarbeit mit der US Army, in dem die Energieeffizienz des Flugsimulators in Illesheim untersucht und verbessert wurde Wissenschaftliche Zielsetzung Das wissenschaftliche Ziel des Vorhabens war es, Anleitungen zur Entwicklung optimierter Energiekonzepte zu entwerfen, zu erproben und so aufzubereiten, dass solche Konzepte von einer Vielzahl von Fachleuten der Branche erstellt werden können. Die Basis der angestrebten Konzepte sind gemessene Verbrauchs- und Nutzungsdaten. Es werden Vorschläge entwickelt, wie mit einem Minimum an Messdaten ein Maximum an Optimierungshinweisen erhalten werden kann. Die Anleitungen sollen es erlauben, die Konzepte ähnlich effektiv zu erstellen, wie es jetzt schon im Wohngebäudebereich mit dem EnergieSparCheck und im Schulbereich mit dem Energy Concept Adviser möglich ist. Dazu wurden ausgehend von einer mit ennovatis Planning oder einem vergleichbaren Programm etwa auf Basis von DIN durchgeführten Grob- und Feinanalyse Regeln zur Ableitung von konkreten ganzheitlichen und optimierten Energiekonzepten entwickelt und über Workflows dokumentiert. Dies geschah im Austausch mit der wissenschaftlichen und technologischen Fachwelt im internationalen Rahmen, um so Spitzenergebnisse zu erbringen und die Wettbewerbsfähigkeit von Wissenschaft und Wirtschaft zu erhalten Technische Zielsetzung Das technische Ziel des Vorhabens ist es, neben den theoretischen Werkzeugen auch das ennovatis Datenerfassungssystem für den internationalen Einsatz zu ertüchtigen. Das System ermöglicht einen preisgünstigen Einstieg in den Bereich der Gebäudeautomation. Durch seine modulare und variable Konfiguration bietet es für unterschiedli-

10 che Nutzer eine individuelle und stets erweiterbare Lösung entsprechend ihrer Bedürfnisse und Fähigkeiten an. Wie erwartet haben wir erreicht, dass die vier Hauptergebnisse des Projektes KENWO durch die Beteiligung am Annex international akzeptiert und dadurch breiter eingesetzt werden können. 1. Durch ein preiswertes, nutzerfreundliches und leicht anpassbares Datenerfassungssystem kann ein wesentliches Hindernis für einen breiteren Einsatz von Techniken des Energiemanagements beseitigt werden. 2. Durch die Standardisierung des Vorgehens bei der Entwicklung optimierter Energiekonzepte können solche Konzepte transparenter, leichter einsetzbar und nachhaltiger umsetzbar werden. Als Ergebnis wird mit dem IT-Toolkit der Prototyp eines Produktes entstehen, das im Bereich nicht industrieller Gebäude für die Konzeptoptimierung ähnlich erfolgreich eingesetzt werden kann, wie der EnergieSparCheck und der Energie Concept Adviser im Bereich der Konzeptfindung. 3. Durch das Demonstrationsvorhaben konnten wir zeigen, dass die durch die Standardisierung verursachten Abweichungen vom möglichen Optimum klein sind, wenn man sie mit den Einspargewinnen durch den vermehrten Einsatz optimierter Energiekonzepte vergleicht. Optimierung soll dabei im Hinblick auf Ökologie und Ökonomie erfolgen. 4. Durch beide Effekte zusammen wurden weitere Anreize dafür geschaffen, neben den vielfältigen Forschungsvorhaben zur Betriebsüberwachung weitere Einsatzgebiete zu erschließen. Dies gilt insbesondere für die Einführung kostengünstiger Methoden zur frühzeitigen Erkennung von Fehlern und deren Analyse bei einfacheren Anlagen. Die Produkte des Annex 46 werden im Erfolgsfall in die Produkte der ennovatis integriert und etwa über das ennovatis Service Center Netzwerk und über Lizenzverträge interessierten Unternehmen zur Verfügung gestellt. Ein erster Schritt zur Erweiterung dieses Netzwerkes auf Länder außerhalb der Bundesrepublik wurde unternommen. Inzwischen bestehen Partnerschaften mit Unternehmen aus Österreich, der Schweiz und Luxemburg. Partnerschaften mit Unternehmen aus den restlichen Benelux Ländern sind in Vorbereitung. Ein erster Auftrag aus einem skandinavischen Land wurde erfolgreich abgearbeitet. Erste Dokumentationen insbesondere der Smartbox stehen dazu auch auf englisch zur Verfügung. 5

11 6 1.3 Struktur des Projektes Arbeitsplan und Meilensteine Die Arbeiten wurden in 6 Arbeitspunkten durchgeführt. Sie sind in der Tabelle 1 auf der folgenden Seite dargestellt. AP Bezeichnung Soll Ist Entwicklungsphase AP 1 Generelle Mitarbeit im Annex 01/06-02/09 abgeschlossen AP 2 Beiträge zu Subtask A 08/06-12/08 abgeschlossen AP 3 Beiträge zu Subtask B 06/06-06/08 abgeschlossen AP 4 Beiträge zu Subtask C 01/07-09/08 abgeschlossen AP 5 Beiträge zu Subtask D 03/07-02/08 abgeschlossen AP 6 Abschlussbericht 10/08-02/09 abgeschlossen Tabelle 1: Die Arbeitspunkte des Projektes KENWO-two-EnERGo Die Ergebnisse wurden in 7 Halbjahresberichten ausführlich vorgestellt. Sie werden in diesem Bericht in ihren wesentlichen Punkten referiert. Die Zeitpläne haben sich entsprechend dem Fortschritt im Annex etwas anders gestaltet als ursprünglich angenommen. Trotzdem konnten wir unsere Arbeiten termingerecht abschließen. Obwohl der Annex erst Ende 2009 endet, sind unsere Beiträge im Wesentlichen fertig gestellt, so dass in der 2. Hälfte 2009 höchstens noch kleinere Anpassungen nötig sein werden, die wir auch außerhalb dieses Projektes und in Eigenleistung erbringen können. An den zusätzlichen Projekttreffen werden wir aber nur noch teilweise teilnehmen Die Partner des Projektes EnERGo Am Annex 46 nehmen Partner aus folgenden Ländern teil: USA, Finnland, Dänemark, Deutschland, Kanada, Frankreich, Italien und als Gast Russland. Eine Liste der Partnerländer und der sie vertretenden Personen steht auf der homepage des Annex Die wichtigsten Ergebnisse des Projektes Detaillierte Beschreibungen unserer Arbeiten zu den einzelnen Arbeitspunkten, sind im Kapitel 2 und im Anhang enthalten. Hier soll auf einige interessante Weiterentwicklungen, die auf Basis der KENWO Ergebnisse möglich waren, hingewiesen werden.

12 Weiterentwicklung des vierstufigen Vorgehensmodells Energiekonzept im Rahmen von Subtask A Wie schon in der Einleitung angedeutet, haben wir dazu beigetragen, das vierstufige Vorgehen zur Entwicklung eines Energiekonzeptes auch in anderen Projekten zu installieren und auf die dort gültigen Fragestellungen zuzuschneiden. Dies wird hier kurz dargestellt, ohne dabei auf weitere Details einzugehen. Damit deuten wir die Mächtigkeit unseres Ansatzes an. Sie ist einer der Gründe für den großen Erfolg des Projektes KENWO. Abbildung 2: Beiträge zum Annex 46 aus dem Projekt KENWO-two-EnERGo Vom Benchmarking zur Zertifizierung und zur kontinuierlichen Betriebsüberwachung Ergebnisse des Level 2 Assessment des Flugsimulators Illesheim im Rahmen von Subtask B Die Arbeiten zum Level 2 Assessment des Flugsimulator Illesheim sind auf einer eigenen Website dokumentiert Abbildung 3 zeigt die Einstiegseite mit den Jahreswerten vom Alternativ sind Monats- und Tageswerte darstellbar. Aus den Verläufen (Details dazu findet man in Kap. 2.3 und in Anhang 6.2) ist zu erkennen: Die Grundlast ist sehr hoch. Der Einfluss der Außentemperatur ist gering. Nacht- und Wochenendabsenkung finden kaum statt. Die Wärmerückgewinnung ist außer Betrieb. Die Kälteanlage 1 ist defekt. Das Einsparpotential ist beträchtlich. Wir haben es allein für das Gebäude des Flugsimulators auf geschätzt. Damit lässt sich der Tausch der gesamten Raum-

13 lufttechnischen Anlagen mit einer Amortisationszeit von weniger als 5 Jahren finanzieren. Ein entsprechendes Angebot wurde der US Army vorgelegt. 8 Abbildung 3: Website Flugsimulator Illesheim Beschreibung unserer Erfahrungen mit Energy Performance Contracting im Rahmen von Subtask C Im Rahmen unserer Beiträge zu Subtask C wurde ein Länderbericht erstellt. Der Bericht basiert auf eigenen Erfahrungen mit ESPC (energy saving performance contract) Projekten, nimmt aber auch Ergebnisse anderer Projekte und Organisationen (vor allem Deutsche und Berliner Energie Agentur) mit auf. Zudem wird auf Europäische Projekte wie EUROCONTRACT ( hingewiesen. Ferner wurde ein erstes Tool in das Projekt eingebracht. Es erlaubt Amortisationszeiten zu bestimmen bzw. die Zahl der Maßnahmen so auszuweiten, dass die gewünschte Amortisationszeit erzielt wird. Das folgende Bild zeigt Input und Output für insgesamt 4 verschiedene Fälle (Case 4 bis Case 9 sind im Bild identisch). Variiert werden zunächst das Einsparpotential und dann die für Maßnahmen investierte Summe Geldes. Das Beispiel zeigt, dass es auf Grund der Energieeinsparungen möglich sein kann, zusätzliche Verbesserungen zu finanzieren.

14 9 ennovatis Contracting Calculator Input Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 Case 6 Case 7 Case 8 Case 9 Energy costs /a Saving potential % Savings /a Investivestment in energy Investment in retrofit Simple Payback a 1,8 2,2 2,9 4,4 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 4,2 Interestrate % Input calculated Balance start project Contracting Payback end of year Case 0 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 Case 6 Case 7 Case 8 Case 9 Abbildung 4: Berechnung des Payback bei verschiedenen Finanzierungsmodellen Beiträge zur Validierung des Annex 46 Kernel im Rahmen von Subtask D Im Rahmen der Validierung haben wir Rechnungen mit dem in unserer Software integrierten Kernel für folgende Gebäude durchgeführt: Ennovatis Hauptgebäude in Großpösna Verfügungsgebäude der Uni Stuttgart Demo Gebäude Barracs der Screening Arbeiten zu Subtask B Die Ergebnisse zu den beiden ersten Gebäuden sind im EM Demo Portal von ennovatis dokumentiert ( Die Ergebnisse zum dritten Beispiel haben dazu geführt, dass die Eingaben der Vergleichsrechnungen überprüft werden. Die Folgerechnungen sind zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Berichtes noch nicht durchgeführt worden. Unsere wichtigsten Schlussfolgerungen bezüglich des Kernel lassen sich wie folgt zusammenfassen: Der DIN V Kernel ist stabil und mindestens für Gebäude mit mittlerer Komplexität zuverlässig einsetzbar.

15 Im Rahmen des IEA Annex 46 Toolkit sollte man sich auf die erprobten Optionen beschränken und nicht alle Optionen des Kernel zulassen. Auch sollte man sich auf ausgewählte Gebäudetypen beschränken und dafür auch schon Geometrien und die anderen Eingabedaten vorgeben. Aufbauend auf diese Basisfälle sollten nur getestete Variationen ausgewählter Parameter zugelassen werden. Maßnahmen zur Erhöhung der Energieeffizienz sollten als Ganzes ausgewählt werden und die Eingaben dabei in einer konsistenten Form modifizieren. Alle Profile müssen transparent sein und für die einzelnen Klimazonen angepasst werden. Ansonsten ist es möglich auch Verbräuche gut eingestellter Anlagen vorherzusagen, wenn zur Berechnung des Bedarfes die Option Individualberechnung verwendet wird. 10 Abbildung 5: Vergleich der Monatswerte für Bedarf und Verbrauch des Verfügungsgebäudes der Uni Stuttgart in 2007 Damit lässt sich der Kernel auf Gebäude in allen beteiligten Partnerländern anwenden. 1.5 Einordnung der Ergebnisse in den Stand von Wissenschaft und Technik zu Ende des Projektes Im Rahmen des Projektes ist es uns gelungen unsere Ideen aus dem wissenschaftlichen Bereich so umzusetzen, dass sie Stand der Technik geworden sind. Sie haben sich auch im Kontext des Annex 46 Projektes bewährt und uns in die Lage versetzt, wesentliche Beiträge zu erbringen. Auch eine Anwendung der hier vorgestellten Methoden zur energetischen Optimierung ganzer Liegenschaften einschließlich ihrer Anlagen zur Energiebereitstellung und zur Nutzung regenerativer Energien scheint möglich.

16 11 2 Die Arbeitspunkte und ihre Ergebnisse 2.1 AP 1 Allgemeine Beiträge zum Annex 46 Bisher fanden insgesamt 9 Experten Treffen unter reger Beteiligung von ennovatis statt. Unsere Beiträge sind in der Literaturliste und in den Anhängen aufgelistet. Das 10. Expertenmeeting wurde auf den Zeitraum 01. bis festgelegt. Ort Sankt Petersburg, Russland. Das 11. Expertenmeeting soll in der 48. Woche 2009 in Guatemala stattfinden. Das Abschlusstreffen ist für Januar 2010 in Orlando geplant. 2.2 AP 2 Beiträge zu Subtask A Energy and Process Assessment Protocol for Industrial Buildings Eine erste Endversion des Energy and Process Assessment Protocol for Industrial Buildings wurde unter Mitarbeit von ennovatis erstellt. Der Beitrag von ennovatis ist im Anhang 6.1 wiedergegeben. Er ist relativ einfach gehalten, da sich der Bericht einem Wunsch der amerikanischen Partner folgend hauptsächlich auf Level 1 Arbeiten konzentriert, dafür aber eine Vielzahl von Energiesparmaßnahmen auflistet. Dem Vorschlag von ennovatis folgend soll im 2. Bericht (Energy and Process Assessment Protocol for Non-Industrial Buildings) beschrieben werden, wie die Prozeduren bei Vorliegen eines Energieausweises modifiziert werden müssen, wie der Übergang vom Energie Audit Level I zu den Level II und Level III erfolgen kann und wie man die Ergebnisse des Energie Audits umsetzen und durch Energiemanagement zu nachhaltigen Energieeinsparungen gelangen kann. Der gesamte Bericht findet sich auf der Homepage des Annex 46 unter Energy and Process Assessment Protocol for Non-Industrial Buildings Eine erste Version des Energy and Process Assessment Protocol for Non-Industrial Buildings wurde unter intensiver Mitarbeit von ennovatis erstellt. Aufbauend auf eine Vorlage der finnischen Partner (Granlund im Auftrag der USA) wurde das Konzept für das Kapitel 7 CONTINUOUS COMMISSIONING erstellt:

17 12 Die Arbeiten wurden inzwischen abgeschlossen. Der gesamte Bericht findet sich in Kürze auf der Homepage des Annex 46 unter Eine erste interaktive Version findet man unter Eine interaktive Suchmaschine für Energieeinsparmaßnahmen findet man unter AP 3 Beiträge zu Subtask B Anfang 2007 wurde im Gebäude des Flugsimulators in Illesheim ein Level 1 Audit durchgeführt. Dabei ergaben sich einige Probleme, die nicht eindeutig gelöst werden konnten. Zu den offensichtlichen Fehlern gehörten ein zu hoher Energieverbrauch der HVAC Systeme mit Nicht funktionierende Steuer- und Kontrolltechnik Laufzeit der Systeme unabhängig von Nutzung des Simulators Keine variable Luftzufuhr Keine Anpassung der Hydraulik Keine funktionierende Wärmerückgewinnung. Als Lösungsvorschläge wurden diskutiert Einführung einer DDC Anpassung der Anlagenlaufzeiten an die tatsächliche Nutzung Bestimmung des tatsächlichen Bedarfs an Luftwechsel, Wärme und Kälte Einbau von Frequenzumformern zur Anpassung der Verbräuche an den Bedarf Einbau von geschwindigkeitskontrollierten Pumpen Ersatz aller Systeme, deren Lebensdauer abgelaufen ist.

18 Detaillierte Messungen sollten das Potential der Lösungsvorschläge aufzeigen und helfen, die einzelnen Maßnahmen zum Energiesparen finanziell transparenter zu machen. Das Messkonzept (Abbildung 6 und Abbildung 7) wurde im Januar 2008 vorgelegt und mit den Energiebeauftragten des Simulators besprochen. 13 Abbildung 6: Messkonzept Level 2 Assessment Flugsimulator Illesheim

19 14 Nr. name media Device installation site sensor devices comment Basic datra 1 P_MAIN power optical counter transformator facility optical sensor with pulse output main power consumption 2 S_C1 power current transducer 150A electricity facility amper probe 3 S_C2 power current transducer 150A electricity facility amper probe 4 S_C3 power current transducer 150A electricity facility amper probe measurement of working state of chiller1 (new) via ampere probe, calculation of power consumption via technical specifications or calibration measurement of working state of chiller2 via amper probe, calculation of power consumption via technical specifications or calibration measurement of working state of chiller3 via amper probe, calculation of power consumption via technical specifications or calibration 5 P_HVAC power power counter heating facility power counter with pulse output counter with pulse output, current 125A, mesurement via current transducers 6 F_HR heat flow meter heating facility flow counter with pulse output heat flow from heat recovery unit 7 F_HB heat flow meter heating facility flow counter with pulse output heat flow into building 8 T_HR_FR heat temperature sensor heating facility PT1000 temperature from heat recovery forerun 9 T_HR_R heat temperature sensor heating facility PT1000 temperature from heat recovery return 10 T_HB_FR heat temperature sensor heating facility PT1000 temperature from building heat forerun 11 T_HB_R heat temperature sensor heating facility PT1000 temperature from building heat return 12 T_A air temperature sensor heating facility PT1000 enviroment air temperature 13 T_C_FR cold temperature sensor HVAC facility PT1000 temperature cold forerun 14 T_C_R cold temperature sensor HVAC facility PT1000 temperature cold return 15 T_AHU1.1 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature in AHU1 in air mixer 16 T_AHU1.2 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature from AHU1 into building 17 T_AHU2.1 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature in AHU2 in air mixer 18 T_AHU2.2 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature from AHU2 into building 19 T_AHU3.1 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature in AHU3 in air mixer 20 T_AHU3.2 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature from AHU3 into building 21 T_AHU4.1 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature in AHU4 in air mixer via temp/analog-converter 22 T_AHU4.2 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature from AHU4 into building via temp/analog-converter 23 T_AHU5.2 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature from AHU5 into server via temp/analog-converter 24 T_AHU1.0 air temperature sensor HVAC facility PT1000 Channel air temperature from the building to the exhaustion of AHU1 25 T_UH1 air temperature sensor UH1 combined temperature+humidity sensor air temperature in training area 26 H_UH2 air humidity sensor UH1 combined temperature+humidity sensor air humidity in training area Additional measurement 27 T_AH64 air temperature sensor AH64 combined temperature+humidity sensor former training area, now storage, utilisation profile 28 A_AH64 humidity humidity sensor AH64 combined temperature+humidity sensor former training area, now storage, utilisation profile 29 T_AHU2.0 air temperature sensor HVAC facility PT100 Channel Air temperature from the building to the exhaustion of AHU2 30 T_AHU3.0 air temperature sensor HVAC facility PT100 Channel air temperature from the building to the exhaustion of AHU3 31 T_AHU4.0 air temperature sensor HVAC facility PT100 Channel air temperature from the building to the exhaustion of AHU4 32 P_C1 power power counter electricity facility power counter with pulse output measurement of real power consumption of chiller1, counter with pulse output, current 125A, mesurement via current transducers 33 P_C2 power power counter electricity facility power counter with pulse output measurement of real power consumption of chiller2, counter with pulse output, current 125A, mesurement via current transducers 34 P_C3 power power counter electricity facility power counter with pulse output measurement of real power consumption of chiller3, counter with pulse output, current 125A, mesurement via current transducers 35 P_H power power counter electricity facility power counter with pulse output measurement of power consumption of humidifier unit 36 F_C cold flow meter HVAC facility flow counter with pulse output temporary measurement of cold flow via ultrasonic meter to create an average flow/consumption profile to calculate the further cold consumption 37 T_C_R_AHU1 cold temperature sensor HVAC facility PT100 Channel cold flow return from AHU1 to monitor regulation 38 T_C_R_AHU2 cold temperature sensor HVAC facility PT100 Channel cold flow return from AHU2 to monitor regulation 39 T_C_R_AHU3 cold temperature sensor HVAC facility PT100 Channel cold flow return from AHU3 to monitor regulation 40 T_C_R_AHU4 cold temperature sensor HVAC facility PT100 Channel cold flow return from AHU4 to monitor regulation 41 T_C_R_AHU5 cold temperature sensor HVAC facility PT100 Channel cold flow return from AHU5 to monitor regulation heat counter to meter the real heat consumption of HVAC with MBUS- 42 HC_HVAC heat heat counter HVAC facility heat counter with mbus-interface Interface to get acces to temperatures and flow Abbildung 7: Datenpunkte Flugsimulator Illesheim Mit den Messungen zum Level 2 Audit für den Flugsimulator in Illesheim wurde Mitte Juli 2008 begonnen. Inzwischen sind die Messungen abgeschlossen und in einem Bericht (Abbildung 8 und Anhang 6.2) und einer Website (Abbildung 3) dokumentiert. Die wichtigsten Ergebnisse sind: 1. Allgemeiner Verbrauch des Simulatorgebäudes (Abbildung 9) An einem normalen Werktag werden ca kwh/d an elektrischer Energie benötigt. An den Wochenenden reduziert sich der Verbrauch auf ca kwh/d. Die Grundlast scheint also zu hoch zu sein. Dabei ist fast kein Einfluss der Außentemperatur festzustellen. Die Heizleistung ist dagegen fast zu vernachlässigen. Auch sie ist nahezu konstant. Ausreißer sind auf Fehler im Betrieb zurückzuführen.

20 15 Abbildung 8: Energiebericht für die Trainingsfacility in Illesheim Abbildung 9: Messung der Verbräuche an Strom (P) und Fernwärme (HC) auf Tagesbasis am Flugsimulator Illesheim