Energieeffizienz durch Gebäudeautomation?

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1 Energieeffizienz durch? (Chancen und Grenzen des automatisierten Betriebs in Gebäuden) Prof. Dr. Michael Krödel Hochschule Rosenheim 14. Februar 2012 Seite 1 Prof. Dr. Michael Krödel 14. Februar 2012 Quelle: VDI Nachrichten, Seite 2 6. Januar 2012 Prof. Dr. Michael Krödel

2 Hilfreiche Geister im Gebäude Kennen Sie das noch? Quelle: uch24.de Nutzen Energieeffizienz Sicherheit Komfort 14. Februar 2012 Seite 3 Prof. Dr. Michael Krödel Hilfreiche Geister im Gebäude Kennen Sie das schon? Quelle: Belimo Que elle: Thermokon Quell le: Merten Quelle e: Eltako Quelle: Siemens Quelle: Wago uelle: Hager Q Automation die mit Hilfe von Maschinen realisierte Übertragung von Arbeit vom Menschen auf Automaten (Wikipedia) ist ki keine Technologie, sondern eine Methode zum optimierten Betrieb der TGA (techn. Gebäudeausrüstung): Energieeffizienz Sicherheit Komfort 14. Februar 2012 Seite 4 Prof. Dr. Michael Krödel

3 Energieeffizienz: Normen DIN V ("Energieausweis") Grundlegendes Bilanzierungsverfahren zur Berechnung von Energiebedarf von Gebäuden Festlegung egu g zur Zonierung von Gebäuden Bewertung der Energieträger Individuelle Behandlung der Gebäude- und Anlagentechnik sowie seit 12/2011 erweitert um Februar 2012 Seite 5 Prof. Dr. Michael Krödel Energieeffizienz: Normen DIN EN Energiemanagementsysteme (EMS) Norm zur Einführung eines EMS-Systems inkl. Vorgehensweise (Plan-Do-Check-Act) Ziel: Transparenz durch Monitoring! Rechtliche Grundlage: EMS-System voraussichtlich verpflichtend ab 2013 zur Gewährleistung von Energiesteuer- Reduktionen für das produzierende Gewerbe Empfehlenswerter Leitfaden unter Klima/Energie Energieeffizienz kostenlos downloadbar Kennzahlen Checklisten Adressen für die Akkreditierung... Umsetzung: z.b. Automationssystem zur Erfassung der Messwerte mit Weiterverarbeitung/ Auswertung durch eine EMS-SoftwareSoftware 14. Februar 2012 Seite 6 Prof. Dr. Michael Krödel

4 Integrale Energieeffizienz Integrale Energieeffizienz Kombination Sie die Maßnahmen! Verschärfung der Anforderungen an die Energieeffizienz von Gebäuden durch den Gesetzgeber Gestaltungsfreiheit der Kombinationen durch Sie! 14. Februar 2012 Seite 7 Prof. Dr. Michael Krödel Agenda : Warum & Wozu? Technologien & Systeme systematische & strukturierte Vorgehensweise 14. Februar 2012 Seite 8 Prof. Dr. Michael Krödel

5 Akzeptanz Die ist so zu planen und installieren, dass: die Bedienung intuitiv möglich ist (ohne jegliche Einweisung oder Anleitung) der Mensch die Erleichterung spürt und den Nutzen erkennt Vorgaben durch die Zielgruppe/ aus Sicht der Zielgruppe! Zielgruppe 14. Februar 2012 Seite 9 Prof. Dr. Michael Krödel Studie zu "Ambient Assisted Living" sant uninteressant interess Quelle: Kay Mattausch, "Einsatz von zur Unterstützung für altersgerechtes Wohnen" 14. Februar 2012 Seite 10 Prof. Dr. Michael Krödel

6 Warum GA? Energieeffizienz Optimierung von Ein- und Ausschaltzeitpunkten der TGA (z.b. Bedarf, thermisches Gebäudeverhalten) CO 2 -basierte Regelung der Raumluftqualität Vermeidung des gleichzeitigen Betriebes von Heizung und Klimatisierung Prioritätenregelungen bei mehreren Wärmeoder Kälteerzeugern Beleuchtungsregelung in Abhängigkeit von Tageslichteinfall und Präsenz Sonnenstandabhängiges Stellen/Fahren von Verschattungseinrichtungen Nachtlüftung Energiemonitoring (periodisches Erfassen von Verbrauchsdaten) sowie automatisiertes Energiecontrolling g (Bildung und Überwachung von KPI s) E S K 14. Februar 2012 Seite 11 Prof. Dr. Michael Krödel Amortisation Aufwand GA: ca. 1,0 % 1,5% der Gebäudeerstellungskosten * Betriebskosten: ca. 2,0% 4,0% der Gebäudeerstellungskosten * Einsparpotential durch GA: ca. 10% * ( ca. 0,2% 0,4% der GEK) Beispiel Bürokomplex, 50 Mio. Gebäudeerstellungskosten Investitions Kosten von/bis Einsparungen von/bis Amortisationszeit von/bis Jahre *: Quelle:, Merz/Hansemann/Hübner, Hanser Verlag Februar 2012 Seite 12 Prof. Dr. Michael Krödel

7 Agenda : Warum & Wozu? Technologien & Systeme systematische & strukturierte Vorgehensweise 14. Februar 2012 Seite 13 Prof. Dr. Michael Krödel Systemarchitekturen Integrierte Regelungen Jedes Gewerk wird über eine eigene integrierte Regelung gesteuert Keine Kommunikation zwischen den Gewerken kein übergreifend optimierter Betrieb! z.b.: Aktore en Quelle: Bud derus Sensoren ung Quelle: J Integrierte Regelung Integrierte Regelung Integrierte Regelung Integrierte Regelung Integrierte Regelung Beleuchtung Verschattung Heizung Kühlung Lüftung PIR = Passive Infrared (Bewegungsmelder) 14. Februar 2012 Seite 14 Prof. Dr. Michael Krödel

8 Systemarchitekturen Dezentrale (z.b. KNX, LON) Integration eines Mikro-Controllers () in jeden Sensor und Aktor Vernetzung aller Sensoren und Aktoren untereinander Anbindung an Inter-/Intranet oder weitere Systeme optional z.b.: t Quelle: Merte en Quelle: Hage er Management Ebene GLT Internet oder Intranet Weitere Systeme (z.b. DALI, BACnet, EnOcean) Sensoren z.b. Ethernet Gateway Gateway Feldeben ne: mations- Aktoren & Se nsoren Auto Ebene Beleuchtung Verschattung Heizung Wärme- Kühlung Lüftung Erzeugung PIR = Passive Infrared (Bewegungsmelder) GLT = Gebäude Leittechnik 14. Februar 2012 Seite 15 Prof. Dr. Michael Krödel Systemarchitekturen Zentrale (z.b. SPS, DDC) Anbindung aller Sensoren und Aktoren an einen zentralen Controller Anbindung an Inter-/Intranet oder weitere Systeme optional z.b.: Managem ment Ebene e Internet oder z.b. Ethernet GLT Intranet Quelle: Wago Quelle: Siemens Zentraler Controller z.b. Feldbus Weitere Systeme / Feldbus Systeme (z.b. DALI, M Bus, MP BUS, CAN BUS, Profibus, Profinet, CANopen, LON, KNX IP, KNX TP, BACnet, EnOcean, RS485) Feldeben ne: Aktoren & Se nsoren Sensoren Au utomations- Ebene Beleuchtung Verschattung Heizung Wärme- Kühlung Lüftung Erzeugung PIR = Passive Infrared (Bewegungsmelder) GLT = Gebäude Leittechnik 14. Februar 2012 Seite 16 Prof. Dr. Michael Krödel

9 Technologien und Systeme 14. Februar 2012 Seite 17 Prof. Dr. Michael Krödel Technologien und Systeme ktionalitä ät DDC Fun LON KNX (EIB) SPS Heimsysteme Raumautomation (Temperatur, Licht, Beschattung, etc.) Integrierte Regelungen (Mikrocomputer) in Anlagen und Einrichtungen Anlagenautomation (Heizung, Lüftung, Klima) 14. Februar 2012 Seite 18 Prof. Dr. Michael Krödel

10 Agenda : Warum & Wozu? Technologien & Systeme systematische & strukturierte Vorgehensweise 14. Februar 2012 Seite 19 Prof. Dr. Michael Krödel Energieeffizienz: Normen DIN EN Grundlegende Bewertung vom Einfluss der auf die Energieeffizienz von Gebäuden Checkliste zur systematischen Abfrage vom Automationsgrad der Gewerke Bestimmung von Energieeffizienz i Klassen von Gebäuden (A, B, C, D) Bestimmung von Energieeffizienz Faktoren von Gebäuden... sowie indirekt auch Ableitung und Bewertung von sinnvollen Maßnahmen 14. Februar 2012 Seite 20 Prof. Dr. Michael Krödel

11 Tool T l "Gebäude-IQ" "G bä d IQ" Energieeffizienz E i ffi i Basis: DIN EN Februar 2012 Seite 21 Prof. Dr. Michael Krödel Seite 22 Prof. Dr. Michael Krödel Schnellbewertung S h llb Karten zur Schnellbewertung von Automation und Energiemanagement auff die di Energieeffizienz E i ffi i von Gebäuden Vereinfachte Kriterien der DIN EN als Grundlage 14. Februar 2012

12 Planungsprozess Phasen 1 Beratung 2 Planung (Fachberater oder planer) Ergebnisse / Dokumente Anforderungen aus Nutzersicht (Funktionen der ) Auswirkung auf Energieverbrauch und Gebäude IQ (Abschätzung) Gebäudegrundrisse inkl. aller für die relevanten Elemente Anlagenschema und Datenblätter Datenpunktliste splaner ntegrations In 3 Umsetzung (Fachunternehmen/ Systemhaus) Systemstruktur Materialliste Software Programm inkl. Dokumentation Installation inkl. Dokumentation Inbetriebnahme 4 Betrieb Abnahmeprotokoll Einweisungsdokument und Handbuch Kontaktdaten für Servicefälle Vereinbarung zur weiteren Optimierung 14. Februar 2012 Seite 23 Prof. Dr. Michael Krödel Weblink Kostenlose Downloads/Infos Tool "Gebäude-IQ" Schnellbewertung (rote und gelbe Karte) Beratungs- und Planungsleitfaden inkl. Beispiel und Vorlagen Technologievergleich (ca. Mitte 2012) Zielgruppenanalyse/ Ausstattungspakete 14. Februar 2012 Seite 24 Prof. Dr. Michael Krödel

13 Chancen für (Haus-)Hersteller /B Bauträger tä / etc. Ja, aber das brauche ich nicht! Nicht wenn sinnvolle und einfache Funktionen festgelegt werden. Tipps/Hinweise Kundenanalyse /-befragung... das ist nicht bedienbar!... die Anforderungen an die Bedienung vorher festgelegt werden (auch z.b. Prioritäten zwischen manueller/ automatischer Bedienung). "Just do it"... die passende Technologie für den Neutrale Beratung nutzen jeweiligen Anwendungsfall Vergleichsangebote über unterschiedliche Technologien anfordern (zentral/dezentral, mit/ohne... das ist zu teuer! Feldbussysteme) ausgewählt wird. (Vorgaben z.b. gemäß "Beratungs- und Planungsleitfaden")... Energieeinsparungen genutzt werden. DIN EN / Tool "Gebäude-IQ"... im Fehlerfall habe ich ein Problem!... Individuallösungen vermieden werden. Ausstattungspakete bilden Chancen durch Effiziente Abwicklung / Support Standardlösungen Differenzierung (Marketing) 14. Februar 2012 Seite 25 Prof. Dr. Michael Krödel Agenda - "Zugabe" Projekte (Auszug) 14. Februar 2012 Seite 26 Prof. Dr. Michael Krödel

14 Solar Decathlon Europe 2010 Ziele: 1.Sensibilisierung und Bewusstseinsbildung in der Bevölkerung zu den Themen energieeffizientes und nachhaltiges Bauen 2.Studierende entwerfen, planen und bauen ein Plusenergiehaus, das nur durch Sonnenenergie betrieben wird. (Decathlon = Zehnkampf 10 Disziplinen zur Bewertung der Häuser) 14. Februar 2012 Seite 27 Prof. Dr. Michael Krödel Solar Decathlon Europe 2010 Wettbewerb SDE (Solar Decathlon Europe) Hochschule Rosenheim ist Vize-Weltmeister! zweiter Platz / bestes europäisches Team (quasi also Europa-Meister) 1. Platz in den Teildisziplinen: "Komfort (comfort conditions)" "Energiebilanz (electrical energy balance)" "Lichtdesign (lighting design)" 14. Februar 2012 Seite 28 Prof. Dr. Michael Krödel

15 Solar Decathlon (USA) Solar Decathlon - Washington, D.C. (2002, 2005, 2007, 2009, 2011, 2013, 2015) 14. Februar 2012 Seite 29 Prof. Dr. Michael 5. Mai Krödel 2010 Solar Decathlon Europe 2010 Madrid, Villa Solar (unterhalb des Royal Palace Garden) 14. Februar 2012 Seite 30 Prof. Dr. Michael 5. Mai Krödel 2010

16 SDE: Rahmenbedingungen Wettkampfdauer: 10 Tage (im Juli 2010) Energiebezugsfläche beträgt 74 m 2 Benötigte Energie muss aus der Sonnenenergie gewonnen werden Positive Energiebilanz über die Wettkampfwoche von min. 40 kwh Simulation der Jahresverbräuche eines normalen Haushalts Dezentrale Wasserversorgung über Tanks Maximale Eindringung g ins Erdreich 50 cm 14. Februar 2012 Seite 31 Prof. Dr. Michael Krödel SDE: Das Haus (Team Rosenheim) 14. Februar 2012 Seite 32 Prof. Dr. Michael Krödel

17 SDE: Fotos 14. Februar 2012 Seite 33 Prof. Dr. Michael Krödel SDE: Fotos 14. Februar 2012 Seite 34 Prof. Dr. Michael Krödel

18 SDE: Fotos 14. Februar 2012 Seite 35 Prof. Dr. Michael Krödel SDE: ti Anlagentechnik Kühldecke Wärmepumpe Wärme und Kältepuffer DDC (Automationsstation) ca. 200 Datenpunkte für Sensoren & Aktoren Durchgeführte Optimierungen Ermittlung der Leistung der Kühldecke Ermittlung von COP / EER der Wärmepumpe Raumtemperaturregelung mit der Kühldecke Verfahren zur schnellstmöglichen Temperaturabsenkung (Besucherzeit Wettbewerb) Optimierung von Volumenstrom vs. Pumpenleistung Energieeinsparung bei der Kälteerzeugung 14. Februar 2012 Seite 36 Prof. Dr. Michael Krödel

19 Null-Energie-Stadt N ll E i S d 70 Hektar Fläche ca. ca qm Nutzfläche 52 Gebäudekomplexe Bausubstanz aus den 30er Jahren o p ettsa e u g (ga (ganzheitlich)! e t c )! Komplettsanierung 14. Februar 2012 Seite 37 Prof. Dr. Michael Krödel Seite 38 Prof. Dr. Michael Krödel Null-Energie-Stadt N ll E i S d 14. Februar 2012

20 Null-Energie-Stadt "Voher" "Nachher" 14. Februar 2012 Seite 39 Prof. Dr. Michael Krödel Null-Energie-Stadt Primäranlage Neuauslegung des Wärmenetzes (19,5 MW 3 MW 0,7 MW) Holzhackschnitzel-Heizung Einführung Solarkollektoren 2000 qm Einführung Photovoltaik Positive Energiebilanz Regelung und Steuerung Optimierter Anlagenbetrieb (inkl. Wetterprognose) Nachweis von Energieeinsparungen Verfahren der autonomen Optimierung der Betriebsparameter t (!) Monitoring 14. Februar 2012 Seite 40 Prof. Dr. Michael Krödel

21 Kontakt Energie und Gebäudetechnologie Prof. Dr. Ing Michael Krödel Hochschule für angewandte Wissenschaften Fachhochschule Rosenheim Hochschulstraße Rosenheim Telefon Mobil E Mail michael.kroedel@fh rosenheim.de Web Februar 2012 Seite 41 Prof. Dr. Michael Krödel