Errichten von Niederspannungsanlagen

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1 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 8-1: Energieeffizienz VDE 0100-: Einleitung Die Planung von elektrischen Anlagen erfordert neben Beachtung z. B. der Normen der Reihe VDE 0100 und vieler anderer Parameter heutzutage zunehmend auch die des Einsatzes der Elektrizität, basierend auf einem modernen Energieeffizienz-Management. Die Effizienz wird durch Messung während der gesamten Lebensdauer der elektrischen Anlage überprüft, um dadurch die Chancen zur Identifizierung von Verbesserungsmöglichkeiten und Anpassungen zu erkennen. Die Planung und Durchführung von Umbaumaßnahmen oder Raumänderungen sollte, auch im Hinblick auf die elektrische Anlage, immer zur Steigerung der Energieeffizienz beitragen. Grundsätzliches Erkennen, wo und wie Energie verwendet wird, kann erfahrungsgemäß ohne jeden Kapitalaufwand bis zu 10 % Ersparnis einbringen, und zwar nur durch Nutzen von Änderungen im Verfahren und Verhalten. Dies wird typischerweise durch Einbindung von Messeinrichtungen in das Energiemanagementsystem erreicht, das alle Schlüsselparameter zusammenfasst. Anwendungsbereich Die Anforderungen und Empfehlungen gelten im Rahmen des Anwendungs be - reichs der Normen der Reihe VDE 0100 (Errichten von Niederspannungsanlagen) für neue elektrische Anlagen und die Modifizierung von existierenden Anlagen in Gebäuden oder Systemen. Sie gilt nicht für Produkte und behandelt nicht die Systeme für die Gebäudeautomatisierung. Begriffe Die allgemeinen Begriffe sind im VDE-Kompass und VDE-Kompass erläutert, siehe auch VDE (Allgemeine Grundsätze, Bestimmungen allgemeiner Merkmale, Begriffe) und VDE (Begriffe). 1

2 Für den Inhalt dieser Norm werden zusätzlich genannt: elektrische Energieeffizienz (EEE) (en: Electrical Energy Efficiency) Der Begriff Effizienz bezeichnet im Allgemeinen das Verhältnis zwischen einem erreichten Ergebnis und dem eingesetzten Aufwand. Bezogen auf die elektrische Energieversorgung bedeutet dies, durch einen systematischen Ansatz den effizienten Einsatz der Energie zu optimieren. Die Energieeffizienz berücksichtigt den Verbrauch (kwh), die Kosten der Elektrizität und die Umgebungseinflüsse. Effizienz-Maßnahmen (EM) (en: Efficiency Measures) Grad der Umsetzung von Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz einer elektrischen Anlage. elektrisches Energieeffizienzprofil Anzahl von Kriterien, die die elektrische Energieeffizienz einer elektrischen Anlage bestimmen. Kosteneffizienz Zur Berechnung der Kosteneffizienz einer Maßnahme zur Energieeinsparung bezieht man diese Energieeinsparung (erreichtes Ergebnis) auf die für diese Maßnahme benötigte Investition und die Betriebskosten (eingesetzte Ressourcen). elektrische Energieeffizienz-Klasse der Anlage (EIEC) (en: Electrical Installation Efficiency Class) Kombination von Effizienz-Maßnahmen (EM) und dem Energieeffizienz-Performance-Level (EEPL). Energieeffizienz-Performance-Level (EEPL) (en: Energy Efficiency Performance Level) Auch Ernergieeffizienz-Leistungsklasse genannt, ist der Grad der Verbesserung der Energieeffizienz, der durch die Einführung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz einer elektrischen Anlage erreicht wird. Die EEPL beschreiben die Minimalanforderung für: 2

3 die Verteilung des Jahresverbrauchs die Reduzierung der Blindleistung die Effektivität von Transformatoren Der Energieeffizienz-Performance-Level ist in fünf Klassen (von EEPL0 bis EEPL4 ) eingeteilt. Jede Klasse beinhaltet die vorangegangenen. elektrisches Energiemanagementsystem (EEMS) (en: Electrical Energy Management System) System in der elektrischen Anlage, das verschiedene Geräte und Baugruppen für das Energieeffizienz-Management enthält. passive Energieeffizienz-Maßnahmen Dies sind beispielsweise Maßnahmen zur Reduzierung von Wärmeverlusten durch Dämmung, der Einsatz von energieeffizienter Ausrüstung oder außen liegender, robuster Sonnenschutz. Die Anforderungen und Empfehlungen aus VDE zur elektrischen Energieeffizienz dürfen nicht die Anforderungen zur Sicherheit entsprechend den übrigen Teilen aus VDE 0100 beeinträchtigen. Lastprofil Elektrische Energie, die über einem festgelegten Zeitraum von einer Gruppe elektrischer Betriebsmittel oder von mehreren Stromkreisen der elektrischen Anlage verbraucht wird. Lastabschaltung Verfahren, bei dem elektrische Lasten über variable Zeiträume abgeschaltet werden, um den Verbrauch zu optimieren. Oberschwingungsgehalt der Spannung (THDu) (en: Total Harmonic Distortion of the Voltage Wave) Das Verhältnis des Effektivwerts der Oberschwingung (Spannung) zum Effektivwert der Grundschwingung (Spannung). Oberschwingungsgehalt des Stroms (THDi) (en: Total Harmonic Distortion of the Current Wave) Verhältnis des Effektivwerts der Oberschwingung (Strom) zum Effektivwert der Grundschwingung (Strom). 3

4 Planungsanforderungen und Empfehlungen Grundsätzliche Anforderungen Die Anforderungen und Empfehlungen aus VDE zur elektrischen Energieeffizienz dürfen nicht die Anforderungen zur Sicherheit entsprechend den übrigen Teilen aus VDE 0100 beeinträchtigen. Aktive Maßnahmen zur elektrischen Energieeffizienz dürfen nicht die passiven Maßnahmen zur Energieeffizienz von Gebäuden beeinträchtigen. Das Energieeffizienz-Management darf nicht die Verfügbarkeit und/oder die Versorgung oder den Betrieb unter einen vom Anwender gewünschten Grad absenken. Der Anwender muss jederzeit in der Lage sein, entsprechend seinen Bedürfnissen die elektrische Leistung zu nutzen. Anforderungen des Anwenders und die vorgesehene Verwendung der Anlage sind die ersten Aspekte für die Planung des elektrischen Energiemanagementsystems (EEMS). Der Planer muss Einrichtungen vorsehen, die es dem Anwender ermöglichen, automatische Funktionen manuell außer Kraft zu setzen. Die Entscheidungen des Anwenders hinsichtlich seines Verhaltensmusters in Bezug auf die Lasten bestimmen die Anforderungen an die Stromversorgungen. Planungsanforderungen Die Grundlagen der Planung umfassen z. B.: Ermittlung des Lastprofils; die Lasten (in kva) sind zusammen mit ihrer Betriebsdauer und/oder dem geschätzten jährlichen Verbrauch zu erfassen Klärung der Nutzung des Gebäudes, seiner Struktur Nutzungsfläche, um die bestmögliche Anordnung des Lastschwerpunkts zu erhalten Maximierung von Arbeitspunkt und Wirkungsgrad vorhandener Hochspannungs-/Niederspannungstransformatoren Bestimmung der Anzahl Anordnung der Hochspannungs-/Niederspannungs-Unterverteilungen der Länge und Querschnitte der Kabel/Leitungen im Hinblick auf Kabel- und Leitungsverluste Reduzierung der Blindleistung auf der Lastseite zur Verminderung der thermischen Verluste in der Installation 4

5 Reduzierung von Oberschwingungen auf der Lastseite, z. B. durch gezielte Auswahl von oberschwingungsfreien Geräten zur Reduzierung der thermischen Verluste in der Installation Einbeziehung der Verfügbarkeit örtlicher Energieerzeugung (Solar, Wind, Generator etc.) Empfehlungen Großprojekte können nach Bedarf in Zonen und darin enthaltene Maschen unterteilt werden, um die Effizienz und Übersichtlichkeit zu erhöhen. Unter einer Zone versteht man eine Fläche in m 2 oder einen Ort, an dem die Elektrizität verwendet wird, z. B. ein Gebäude, ein Stockwerk eines Gebäudes oder einen Wohnraum. Eine Masche ist ein Stromkreis oder eine Gruppe von Stromkreisen mit zugehörigen elektrischen Verbrauchsmitteln, die für ein Energieeffizienz-Management als geeignet betrachtet werden. Maschen können und müssen so gesteuert werden, dass die elektrische Energie immer so eingesetzt wird, dass die Anforderungen immer erfüllt werden, unter Berücksichtigung von Faktoren wie z. B. Tageslicht, Anwesenheit in einem Raum, Verfügbarkeit von Energie, Außentemperatur, anderen Aspekten, bedingt durch die Gebäudekonstruktion und passive Energieeffizienz-Maßnahmen. Das elektrische Energieeffizienz-Management ist eine Systembetrachtung mit dem Ziel, den Einsatz der genutzten Energie für bestimmte Dienstleistungen in einer sinnvoll festgelegten elektrischen Masche zu optimieren, unter Berücksichtigung aller notwendigen Informationen hinsichtlich technischer und wirtschaftlicher Aspekte. Messung Die Messung ist eine wesentliche Kenngröße zur Ermittlung der Energieeffizienz einer Anlage, die dem Nutzer seinen Verbrauch bewusst macht. Folglich müssen die Genauigkeit der Geräte Messbereich an die vorgesehene Nutzung und an die Last angepasst werden. Der Messbereich der Geräte muss an die Maximalwerte der Stromkreise angepasst werden. 5

6 Energieeffizienz-Maßnahmen Die folgende Auslistung zeigt beispielhafte Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz in elektrischen Anlagen: Da mehr als 95 % der Betriebskosten eines Motors durch den Energieverbrauch entstehen, führt die Wahl einer höheren Motor-Energieeffizienz-Klasse zu beträchtlichen Energieeinsparungen. Siehe auch VDE (Drehende elektrische Maschinen Teil 30-1: Wirkungsgrad-Klassifizierung von netzgespeisten Drehstrommotoren) Lösungen für Beleuchtungssteuerungen können die Energieeffizienz um mehr als 50 % verbessern. Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC, en: Heating, Ventilation and Air Conditioning) können durch ein Feldbussystem (Aktuator-Sensor-Interface) zur der Raumbedingungen, z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, usw., in Abhängigkeit von der Nutzung und Belegung der einzelnen Räume kostenorientiert optimiert werden. Die Auswahl der Transformatoren bezüglich des Typs muss auf dessen Energie effizienz gerichtet werden. Die Leitungsquerschnitte und die Gesamtarchitektur können optimiert werden, um die Verluste zu reduzieren. Die Reduzierung der Blindleistung verbessert die Energieeffizienz. Die Empfehlungen für einen maximalen Spannungsfall in der Verbraucheranlage sind enthalten in VDE , Tabelle G 52.1 (Teil 5-52: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Kabel- und Leitungsanlagen). Siehe auch VDE-Kompass Grundsätzlich kann im Bereich der Gebäudetechnik durch geeignete Automatisierungssysteme eine optimale Energieeffizienz realisiert werden, bei gleichzeitig hohem Nutzerkomfort. Auch in Gebäudebereichen mit seltener menschlicher Präsenz kann durch den Einsatz von Präsenzmeldern für mehr Energieeffizienz gesorgt werden. Energieeffizienz-Parameter Die folgenden Ausführungen sind ein vereinfachtes Beispiel eines Verfahrens zur Bewertung der Energieeffizienz einer elektrischen Anlage. Die Maßnahmen zur Energieeffizienz sind in fünf Klassen eingeteilt (von EM0 bis EM4). Jede Klasse beinhaltet die vorangegangene: EM0: Anlage mit sehr niedriger Effizienz 6

7 EM1: Anlage mit niedriger Effizienz EM2: Anlage mit Standard-Effizienz EM3: Anlage mit erhöhter Effizienz EM4: Anlage mit optimaler Effizienz Tabelle 1 zeigt für bestimmte Anwendungsbereiche die Maßnahmen zur Energieeffizienz der Klassen EM0 bis EM4 zur: Bestimmung des Lastprofils (kwh) Anordnung erforderlichen sanalyse für Motoren erforderlichen sanalyse für Beleuchtung Anforderung an die Messung elektrischer Energie (kwh) und Leistung (kw) Anwendungsbereich EM0 EM1 EM2 EM3 EM4 Bestimmung des Lastprofils (kwh) Wohngebäude Wohnungen gewerblich Anordnung Wohngebäude Wohnungen Anlage an einem Tag Anlage an einem Tag innerhalb 60 % Anlage jeden Tag in einer Woche Anlage jeden Tag in einer Woche innerhalb 40 % Tabelle 1 Parameter (Auszug) für die Energieeffizienz EM0 bis EM4 (Quelle: VDE 0100-: , Auszug Tabellen B.1 B14) Anlage jeden Tag in einem Jahr Anlage jeden Tag in einem Jahr innerhalb 25 % permanente Protokollierung des Lastprofils des Verbrauchs der Anlage permanente Protokollierung des Lastprofils des Verbrauchs der Anlage innerhalb 10 % der Entfernung von der optimalen am weitesten entfernten Last. 7

8 Anwendungsbereich gewerblich EM0 EM1 EM2 EM3 EM4 sanalyse für Motoren Wohngebäude Wohnungen gewerblich innerhalb 60 % der Effizienzklasse der Motoren von 30 % der installierten Leistung in allgemeinen Teilen, falls vorhanden der Motor- Effizienzklasse für weniger als 50 % der installierten Leistung sanalyse für Beleuchtung Wohngebäude Wohnungen gewerblich Position Position innerhalb 40 % der Effizienzklasse der Motoren von 30 % der installierten Leistung in allgemeinen Teilen, falls vorhanden der Motor- Effizienzklasse für 50 % der installierten Leistung Position mit natürlichem Licht Position mit natürlichem Licht innerhalb 25 % der Effizienzklasse der Motoren von 50 % der installierten Leistung in allgemeinen Teilen, falls vorhanden der Motor- Effizienzklasse für 70 % der installierten Leistung Position mit natürlichem Licht Position mit natürlichem Licht Tabelle 1 (Fortsetzung) Parameter (Auszug) für die Energieeffizienz EM0 bis EM4 (Quelle: VDE 0100-: , Auszug Tabellen B.1 B14) der Haupteinspeisung innerhalb 10 % der Entfernung von der optimalen am weitesten entfernten Last. der Effizienzklasse der Motoren oder Antriebe von 70 % der installierten Leistung in allgemeinen Teilen, falls vorhanden der Motor-Effizienzklasse für 90 % der installierten Leistung Steuerung entsprechend der natürlichen Lichtquelle und der Gebäudeanwendung und des Lampentyps Steuerung entsprechend der natürlichen Lichtquelle und der Gebäudeanwendung und des Lampentyps 8

9 Anwendungsbereich EM0 EM1 EM2 EM3 EM4 Messung der elektrischen Energie (kwh) und Leistung (kw) Wohngebäude Wohnungen gewerblich zentrale Messung bei großen Betriebsmitteln, falls vorhanden Messung bei großen Betriebsmitteln zentrale Messung bei großen Betriebsmitteln, falls vorhanden, und Messung je Zone oder Anwendung Messung bei großen Betriebsmitteln und Messung je Zone oder Anwendung zentrale Messung bei großen Betriebsmitteln, falls vorhanden, und Messung je Zone oder Anwendung Messung bei großen Betriebsmitteln und Messung je Zone oder Anwendung zentrale Messung bei großen Betriebsmitteln, falls vorhanden, und Messung je Zone, Anwendung und Masche Messung bei großen Betriebsmitteln und Messung je Zone, Anwendung und Masche Tabelle 1 (Fortsetzung) Parameter (Auszug) für die Energieeffizienz EM0 bis EM4 (Quelle: VDE 0100-: , Auszug Tabellen B.1 B14) VDE bietet noch weitere Anwendungsbereiche mit entsprechenden sanalysen. Effizienzklassen der gesamten elektrischen Anlage (EIEC) Die Zusammenfassung von Effizienz-Maßnahmen (EM0 bis EM4) und Energieeffizienz-Leistungsklassen (EEPL0 bis EEPL4) kann von den Unternehmern, Hauseigentümern oder Endverbrauchern verwendet werden, um ein Konzept für ein Profil zur Erhöhung der elektrischen Energieeffizienz ihrer elektrischen Anlage zu erreichen. In der Praxis muss die folgende Zusammenfassung exakt nach den ausführlichen Anweisungen in der Norm durchgeführt werden: EM0 und EEPL0 entspricht EIEC0 EM1 und EEPL1 entspricht EIEC1 EM2 und EEPL2 entspricht EIEC2 EM3 und EEPL3 entspricht EIEC3 EM4 und EEPL4 entspricht EIEC4 EIEC0 bis EIEC4 sind die fünf Energieeffizienz-Klassen elektrischer Anlagen; die Klasse EIEC4 ist die höchste: 9

10 EIEC 0: Anlage mit sehr niedriger Effizienz EIEC 1: Anlage mit niedriger Effizienz EIEC 2: Anlage mit Standard-Effizienz EIEC 3: Anlage mit erhöhter Effizienz EIEC 4: Anlage mit optimaler Effizienz Das Profil kann auch als Basis für eine zukünftige Kennzeichnung der elektrischen Anlage von Gebäuden verwendet werden. Dokumentation Überwachen, Überprüfung, Instandhaltung und somit auch die Erhaltung der Leitungsfähigkeit der elektrischen Anlage liegen in der Verantwortung von: Betreiber oder Anwender Energie-Manager Prüfung Die Effizienz aller in der elektrischen Anlage eingeführten Maßnahmen soll über die gesamte Lebensdauer gewährleitet werden. Dies ist durch dauernde messtechnische Überwachung und regelmäßige Prüfung zu erreichen. Die Prüfungen zur Energieeffizienz können z. B. als ergänzender Bestandteil im Rahmen der Prüfungen nach VDE (Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 6: Prüfungen) durchgeführt werden. Wartung Die Wartung der Anlage dient der Erhaltung des angemessenen Zustands. Sie muss auf Basis von wirtschaftlichen und energieeffizienten Gesichtspunkten erfolgen. Anhang Auswahl zusätzlich notwendiger Kenntnisse DIN EN ISO Energiemanagementsysteme Anforderungen mit Anleitung zur Anwendung DIN EN Energieaudits Teil 1: Allgemeine Anforderungen 10