Metering & Monitoring Intelligente Gebäude

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1 Center of Competence Energy & Sustainability Metering & Monitoring Intelligente Gebäude Christof Isselmann Hannover Messe

2 Agenda Politische Rahmenbedingungen im Rahmen der Energiewende 3 Aufbau der Energieversorgung der Zukunft 4 Einsatzbereiche von Metering & Monitoring Systemen 6 Metering & Monitoring als Beitrag zur Intelligenz eines Smart Buildings 7 Anforderungen an Metering & Monitoring Systeme 9 Metering & Monitoring Einsatz und Möglichkeiten in der Praxis 11 Fazit & Schlussfolgerungen 16 Seite 2

3 Wesentliche Einflussfaktoren zur Energieeinsparung und zur Nachhaltigkeit der Energieverwendung Energieeinsparung im Kontext der Weltwirtschaft Rechtliche Rahmenbedingungen CO2 Emission Reduktionsziele bis 2020 ggü und Anteil der Immobilien an Deutschlands Emmissionen Weltbevölkerung wächst exponentiell Mrd. Menschen Quelle: destatis.de Globale Erwärmung Weltweite Energieverbrauch wächst exponentiell Mrd. kwh p.a. (in 2010) Quelle: destatis.de Erneuerbare Energien Primärenergie ist endlich Energieeffizienz Energieeinsparziel Weltweit 25-40% Energieeinsparziel Europa 20% m Quelle: UNFCC-Dokument Quelle: Europäisches Parlament Motto Nachhaltigkeit CO2 Handel Innovative Technologien Energieeinsparziel Deutschland CO2 Ausstoß von Immobilien in Deutschland 40% 33 % Quelle: Endbericht der Enquete-Kommission Quelle: BMWi page 3

4 Die Energieversorgung der Zukunft ist dezentral orientiert und verfügt über intelligente Energienetze (Smart Grids) Konventioneller Energiefluss Energiefluss IT-Kommunikation Zukünftiger Energiefluss (Smart Grid) Erzeugung Verteilung Verwendung Erzeugung Verteilung Verwendung konventionelle Energieverteilung ist meist zentral strukturiert und gesteuert Der klassischer Energiefluss erfolgt von der Erzeugung (Kraftwerk) hin zu Verwendung (Verbraucher) erzeugte Menge Strom ist nur zu Teilen mit der Nachfrage abgestimmt Verluste der Transformation sind höher, da eine angebotsbasierte Energiebereitstellung vorliegt Smart Grid ist die Verschmelzung der Energieversorgungs- Infrastruktur und der IT-Infrastruktur Erzeugung Synchronisation von Angebot und Nachfrage durch Echtzeit Erfassung der Energieverbräuche zur Stabilisierung und Entlastung des Netzes. Durch IT-Infrastruktur, Kommunikations- und Steueralgorithmen ist eine Abstimmung von Angebot und Nachfrage möglich Sensibilisierung der Nutzer über den Energieverbrauch wird erreicht Seite 4

5 Status quo der intelligenten Netzinfrastruktur Kenntnis des Nachfrageverhaltens (Smart Home, Smart Building) Um das Nachfrageverhalten zu kennen ist eine Detailanalyse sowohl privater (Smart Home) als auch gewerblicher Immobilien (Smart Building) notwendig Smart Buildings ermöglichen die Steuerung und Regelung durch großflächigen und ganzheitlichen Einsatz von Gebäudeautomation Durch intelligente Gebäudeautomation (z.b. zeitliche Steuerung der Verbraucher) kann den Schwankungen der Energieerzeugung entgegen gewirkt werden Energieverbrauch wird exakt erfasst und automatisiert per Smart Meter an den Netzbetreiber übertragen; dadurch ist ein Abgleich von Energiebedarf und Energieerzeugung möglich; dies entlastet das Netz und hält es stabil. Genaue energetische Betrachtung benötigt mehr als eine Zählstelle pro Gebäude Einsatz von Metering & Monitoring - Systemen Seite 5

6 In welchen Bereichen können Metering & Monitoring Systeme eingesetzt werden? Zweck/ Anwender Kommunen Gewerbe und Industrie Büro und Verwaltung Gesundheitseinrichtungen Erfassung von Energiearten End- und Sekundärenergie End-, Sekundärund Nutzenergie End-, Sekundärund Nutzenergie End-, Sekundärund Nutzenergie Aufschlüsselung Kommunen, z. B. auf Landkreisebene Werk, Abteilung und Produktionsanlage, Ausbringung PE Nach Stockwerk oder Abteilung Nach Gebäude, Station, Behandlungsschwerpunkt Verwendung der Daten Berichtswesen Energieund CO2-Bilanzen Berichtswesen KPI EMS DIN ISO 51 CSR Report CO2 Footprint Berichtswesen Rechnungswesen Nach Gebäude, Station CSR - Report Kennzahlen kwh/ EW; Haushalt m³/ EW; Haushalt CO2/ EW; Haushalt kwh/ m²; MA; PE / m²; MA; PE m³/ m²; MA; PE CO2/ m²; MA; PE kwh/ m²; MA, / m²; MA m³/ m²; MA CO2/ m²; MA kwh/ Bett; m²; Fall / Bett; m², Fall m³/ Bett; m², Fall CO2/ Bett; m², Fall Seite 6

7 Metering & Monitoring als Teilsystem der Intelligenz eines Smart Buildings mithilfe eines integrierten Energie Management Systems Diversifizierte Systeme in bestehenden Gebäuden bedürfen eines integralen Planungsansatzes zur Implementierung eines Metering & Monitoring Systems in ein integriertes Energiemanagement System eines Smart Buildings. Feldebene (Sensoren & Aktoren) Energieverbrauchszähler (Brennstoff, Strom, Wärme) Wasserzähler Sensoren (Druck, Feuchte, Anwesenheit,..) Aktoren Automatisierungsebene (Gebäudeintelligenz) Middleware Adaptivität (Module individuell einsetzbar) Komplexität Integriertes Energie Management System Betreiber Benutzer Aggregation der Daten Kontext herstellen Dimensionen (Filtern nach Nutzer, Zeitspanne, techn. Anlage, Organisation etc., Systemgrenzen) Optimierung Berücksichtigung der Behaglichkeitspräferenzen Konfiguration Analysieren und steuernd Eingreifen Managementebene (Kollabarative Netzwerke) ERP-Systeme z. B. MS Dynamics NAV, SAP Betrieb (z. B. GLT) Sonstige Dienstleistungen, Nachunternehmer / Dritte Seite 7

8 Präziser Blick auf die technischen Anforderungen an Metering & Monitoring Systeme Von einem Mess- und Zählkonzept zur Visualisierung Temperatur RLT m Feuchte Effizienz kann damit aufgezeigt und beurteilt werden Detailanalyse der Gebäudetechnik wird ermöglicht Neue Möglichkeiten für FM-Betreiber den Immobilienbetrieb des Kunden noch wirtschaftlicher und energieeffizienter zu gestalten Visualisierungsebene Visualisierung der Energieeffizienz PV-Anlage E-Station Präsenz Analysen/ Optimierungen Stamm- & Bewegungsdaten Managementebene Stromspeicher Wh Stromzähler Datenlogger & Automatisierungskomponenten Automatisierungsebene Wärmemengenzähler Durchflusszähler m³ Wh m Feldebene BHKW Heizkessel m³ Feldgeräte (präzise Messinstrumente) Temperatur, Feuchtemesser, Präsenzmelder, Stromzähler, Gaszähler, Wärme Seite 8

9 VPN-Tunnel Praxisbeispiel Metering & Monitoring Einsatz im Krankenhaussektor zur Erfassung von Energie-Versorgungstechnik Best Practice: M&M-Einsatz im Krankenhaus Wasser Visualisierung Strom m³ Wh Haus 1 Haus 2 Haus 3 Wärme Wh Wh BHKW BHKW Heizkessel Heizkessel Gas m³ m³ m³ m³ Durchflusszähler Wärmemengenzähler m³ Betreibereffizienz Möglich? Stromzähler Wh Seite 9

10 Energieperformance von Gebäudetechnik hier am Beispiel BHKW Metering & Monitoring zur Erfassung von Primärenergie (Gas) und Endenergie (Strom) und Nutzenergie (Wärme), erzeugt vom BHKW Bestimmung des tatsächlichen Wirkungsgrads von technischen Anlagen Darstellung der Wirkungsgradüberwachung Strom Überwachung des Zustandes der Anlage über Wirkungsgradänderung und Anlagenverfügbarkeit Visualisierung und energetische Bewertung Grundlage um Verbesserungen zu erschließen Gas Wärme η th = Q th Q zu = 87% kwh a kwh a = 0,59 93% η a = Q th+w el Q zu η el = W el Q zu η el = kwh a kwh a η el = 0,35 Elektrischer Wirkungsgrad = kwh a kwh a kwh a = 0,94 Thermischer Wirkungsgrad Gesamtanlagen Wirkungsgrad Seite 10

11 Visualisierung Möglichkeiten der Bereitstellung von managementtauglichen Informationen über Metering & Monitoring Weltweite geografische Einordnung von Gebäuden und Bezug zu regionalen Wetterstationen Witterungsbereinigung der Verbrauchswerte, Bildung und Überwachung entsprechender Kennwerte Daten nach Gebäudeklassen differenziert, wie z.b. Verwaltungsgebäude, Krankenhaus oder Industriegebäude Ranking nach Gebäudeverbrauchskennzahlen Benchmarking für unterschiedliche Gebäude. Benchmarking für unterschiedliche Kennwerte (je Bett, je m², je Produkt etc.) anlagenspezifische Benchmarks (zum Beispiel bezogen auf Wirkungsgrade etc.) Seite 11

12 Möglichkeiten von Metering & Monitoring in der Praxis Verbrauchsdaten energetisch auszuwerten Analysefunktion des energieeffizienten Betriebs Branchenspezifische Betrachtungsweise für eine detaillierte Auswertung des energetischen Nutzungsprofils eines Gebäudes. Erfassung und Visualisierung der Energieverbräuche Möglichkeit der visuellen Auswertung durch Lastgangbetrachtung bis in die 15-min Auflösung Spektralanalysen und Vergleich über Benchmarks mit Referenzwerten der Literatur oder Vergleichsgebäuden Einbeziehung von Wetterdaten für Analysen von geografisch zugeordneten Wetterstationen Vergleich der Benchmarks untereinander, um das Nutzerverhalten bestimmter Gebäudegruppen abzuleiten und wertvolle Informationen für die Planung von Neubauten zu ermitteln. Seite 12

13 Möglichkeiten von Metering & Monitoring in der Praxis Energiekosten auszuwerten Darstellung der Effizienz von Anlagen durch genaue Zuordnung von Energieverbräuchen Überschreitung von Soll-/ Normwerten führt zu Alarmmeldungen und Benachrichtigung der zuständigen Person. Verifizierung von Energieeffizienzmaßnahmen und Energiekostenreduzierung im direkten Vergleich zwischen den Jahren, Monaten oder Tagen Einbeziehung der Energielieferverträge Auswertung der Energiekosten in einer Management Summary Bereitstellung von Energieberichten Sensibilisierung für einen nachhaltigen Umgang mit Energie bis hin zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes Seite 13

14 Fazit M&M-Systeme bilden die Grundlage für den elektronischen Dialogprozess in Smart Buildings für einen optimierten Gebäudebetrieb Erfolgreiches Metering & Monitoring generiert umfassende Mehrwerte: Sicherstellung der Anlagenverfügbarkeit und Anlageneffizienz Nachhaltige Energie-Einsparungen durch kontinuierliche Überwachung Reduktion der Energie- und Instandhaltungskosten durch proaktive Betriebsführung möglich Zeitersparnis durch automatische Energiedatenerfassung Sensibilisierung der Mitarbeiter durch Verbrauchsvisualisierung Erfüllung von Kernanforderungen der DIN EN ISO 51 Metering & Monitoring Schlüsselfaktor aufgrund optimaler energieeffizienter Betriebsweise von technischer Anlagen Effekte können für die FM-Kunden transparent gemacht werden. Vgl. Seite 14

15 Metering & Monitoring Ein wichtiger Schritt zur Erreichung der energetischen Ziele der Bundesregierung Schlussfolgerungen und Ausblick Metering & Monitoring wichtiger Bestandteil auf dem Weg zur effizienten Energienutzung Analyse Algorithmen bis hin zum Vergleich von Gebäude und Branchengruppen Analyse der Energiedaten über Benchmarks mit Referenzwerten Energetischer Leistungswettbewerb von Gebäuden Sensibilisierung durch Transparenz der Energieflüsse im Gebäude Möglichkeiten von Einsparung im Energiesteuerbereich durch Anreizförderung Notwendig zur Einhaltung als Garant für die Energiewende regenerative Energieerzeugung, Einsparung von CO2-Emmission, Auffinden unwirtschaftlicher Betriebszustände sowie ineffizienter Anlagen belastbare Energieverbrauchsprognosen genaue Kenntnisse der Energienachfrage und -verbräuche 624x416//3/3/4/4/9/8/NeuesBild.jpg Seite 15

16 Energieeffizienz, wir machen s transparent!

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Abteilungsleitung CoC E&S Dipl.-Ing. Frank Katzemich Tel.: Mobil: Dipl. Des. Christof Isselmann Tel.: Mobil: page 17