Monitoring als Bestandteil energieeffizienter Gebäude Exportinitiative Energie. Oliver Rosebrock, , Wien
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- Harald Knopp
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1 Monitoring als Bestandteil energieeffizienter Gebäude Exportinitiative Energie Oliver Rosebrock, , Wien
2 Wer wir sind Technology and Innovation Network MNF UNIV.-PROF. DR.-ING. M. NORBERT FISCH Stuttgart Braunschweig Aachen Shanghai Bangkok Partner in Research + Science Steinbeis-TZ Stuttgart EGS-plan Stuttgart energydesign Braunschweig EGSplan Int. Bangkok Institut für Gebäudeund Solartechnik IGS TU Braunschweig Synavision RWTH Aachen TU Braunschweig renewable renewable energy energy applications integral integral energy energy concepts building building physics physics building services
3 Geschichte effizienter Gebäude Quelle: Fisch et al., in 6. EnergiePLUS, 2012
4 Entwicklung des Energiebedarfs Quelle: Fraunhofer IBP, in 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung, 2011
5 Entwicklung des Energiebedarfs 1980 Quelle: Fraunhofer IBP, in 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung, 2011
6 Entwicklung des Energiebedarfs Quelle: Fraunhofer IBP, in 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung, 2011
7 Anforderungen Bürogebäude Energie- Erzeugung Heizung Kühlung Lüftung Beleuchtung Automation Sonstige Systeme 1966 Wärme und Kälte monovalent Netzstrom: Bezug Manuelle Stellventile im Raum Zentrale Regelung: Ein/Aus Keine Fensterlüftung Regelung: Ein/Aus manuell Keine Telefonanlage 2016 Wärme- und Kälte multivalent Netzstrom: Erzeugung, Bezug und -Einspeisung Thermostatventile / Einzelraumregelung Zentrale Regelung: Witterungs- oder Bedarfsgeführt Ggf. Flächenkühlsysteme Mechanische Lüftung mit Zeitprogramm und Volumenstromregelung mindestens in Räumen mit höherer Personenbelegung Regelung: Präsenz- und Helligkeitssensoren, Dimmen Alle Gewerke Telefonanlage Kommunikationsnetze Einbruchmeldeanlage Brandmeldeanlage Sonnenschutzsteuerung Wetterstation Alarm Aufzug Zugangskontrolle Rauch- und Wärmeabzugsanlage (RWA) Videoüberwachung Rettungswegbeleuchtung
8 Anforderungen Bürogebäude Energie- Erzeugung Heizung Kühlung Lüftung Beleuchtung Automation Sonstige Systeme 1966 Wärme und Kälte monovalent Netzstrom: Bezug Manuelle Stellventile im Raum Zentrale Regelung: Ein/Aus Keine Fensterlüftung Regelung: Ein/Aus manuell Keine Telefonanlage 2016 Wärme- und Kälte multivalent Netzstrom: Erzeugung, Bezug und -Einspeisung Thermostatventile / Einzelraumregelung Zentrale Regelung: Witterungs- oder Bedarfsgeführt Ggf. Flächenkühlsysteme Mechanische Lüftung mit Zeitprogramm und Volumenstromregelung mindestens in Räumen mit höherer Personenbelegung Regelung: Präsenz- und Helligkeitssensoren, Dimmen Alle Gewerke Telefonanlage Kommunikationsnetze Einbruchmeldeanlage Brandmeldeanlage Sonnenschutzsteuerung Wetterstation Alarm Aufzug Zugangskontrolle Rauch- und Wärmeabzugsanlage (RWA) Videoüberwachung Rettungswegbeleuchtung
9 Monitoring Aufnahme/Erfassung von Sensordaten aus Gebäuden und gebäudetechnischen Anlagen Ziele: -Verbrauchserfassung -Erfassung von Betriebsstörungen -Steuern und Regeln von Anlagen -Bewertung von Effizienzen, Aufstellen von Bilanzen
10 Ist das Monitoring für Effizienz? Stromrechnung Gasrechnung
11 Endenergie (Strom) [kwh/a] Warum Monitoring? 70 Anlagentechnik Haushalt PV Erzeugung Erzeugung Erzeugung Verbrauch Verbrauch Verbrauch Berechnung Planung
12 Endenergie (Strom) [kwh/a] Warum Monitoring? 70 Anlagentechnik Haushalt PV Erzeugung Erzeugung Erzeugung Verbrauch Verbrauch Verbrauch Berechnung Planung
13 Endenergie (Strom) [kwh/a] Warum Monitoring? 70 Anlagentechnik Haushalt PV Erzeugung Erzeugung Erzeugung Verbrauch Verbrauch Verbrauch Berechnung Planung
14 Endenergie (Strom) [kwh/a] Warum Monitoring? 70 Anlagentechnik Haushalt PV Erzeugung Erzeugung Erzeugung Verbrauch Verbrauch Verbrauch Berechnung Planung
15 Endenergie (Strom) [kwh/a] Warum Monitoring? 70 Anlagentechnik Haushalt PV Dank Monitoring konnten die Planungswerte erreicht werden! Erzeugung Erzeugung Erzeugung Verbrauch Verbrauch Verbrauch Berechnung Planung
16 Die Praxis Einsparpotenziale: 5-30 % Endenergie bzw. Energiekosten Überhöhte Laufzeiten von Lüftungsanlagen Kühlen und Heizen gleichzeitig Fehlerhafte Hydraulik Ungenaue Kalibrierung von Sensoren Überhöhte Beleuchtungsinstallationen Falsche Regelungsstrategien / Soll- Werte Mangelhafte Betriebsüberwachung Fehlerhafte Anlagenergänzungen Fehlende Nutzerakzeptanz / -kenntnis
17 Praxisbeispiele LichtAktivhaus, Hamburg Aktivhaus+, FFM-Riedberg Gelsenwasser AG WGG, Neumarkt
18 Praxisbeispiele - Einfamilienhaus Modernisiertes Siedlerhaus aus den 1950er Jahren 172 m² Gebäudenutzfläche, 132 m² Wohnfläche Seit Dezember 2011 bewohnt (Familie mit 2 Kindern) Nutzung erneuerbarer Energien (PV, Solarthermie, WP+Erdwärme)
19 Praxisbeispiele - Einfamilienhaus Modernisiertes Siedlerhaus aus den 1950er Jahren 172 m² Gebäudenutzfläche, 132 m² Wohnfläche Seit Dezember 2011 bewohnt (Familie mit 2 Kindern) Nutzung erneuerbarer Energien (PV, Solarthermie, WP+Erdwärme)
20 Praxisbeispiele - Einfamilienhaus Modernisiertes Siedlerhaus aus den 1950er Jahren 172 m² Gebäudenutzfläche, 132 m² Wohnfläche Seit Dezember 2011 bewohnt (Familie mit 2 Kindern) 8 Stromzähler 5 Wärmemengenzähler (Durchfluss, ΔT, P, E) Nutzung erneuerbarer Energien (PV, Solarthermie, WP+Erdwärme)
21 Praxisbeispiele - Einfamilienhaus
22 Praxisbeispiele - Einfamilienhaus
23 Praxisbeispiele - Einfamilienhaus Ohne Monitoring: Permanentes nächtliches Auskühlen des Speichers und Deckung durch Wärmepumpe
24 Praxisbeispiele - Bürogebäude Baujahr 2004 ca m² NGF 36 Erdsonden je150 m 100 kwh/m²a Wärmebedarf 30 kwh/m²a Kältebedarf
25 Praxisbeispiele - Bürogebäude Weißes Haus Transparentes Haus Baujahr 2004 ca m² NGF 36 Erdsonden je150 m 100 kwh/m²a Wärmebedarf 30 kwh/m²a Kältebedarf
26 Praxisbeispiele - Bürogebäude Unausgeglichene Energiebilanz, nicht der Planung entsprechend. Anpassung der Lüftungsstrategie im Sommer & Heizungsstrategie im Winter Nahezu ausgeglichene Bilanz
27 Praxisbeispiele - Bürogebäude Unausgeglichene Energiebilanz, nicht der Planung entsprechend. Ohne Monitoring: Anpassung der Heizungsstrategie Dauerhafte Erwärmung des Erdreichs Nahezu ausgeglichene Bilanz keine Kühlung mehr möglich rechtliche Probleme
28 Praxisbeispiele - Schule Willibald-Gluck Gymnasium mit Turnhalle, Neumarkt i.d.opf. Bauherr: Landkreis Neumarkt 4-stöckiges Schulgebäude (DG Technik) rund Schüler NGF rund m² zwei innenliegende Atrien Dreifeld-Turnhalle im Nordosten NGF rund m² Bezug Winterschuljahr 2015/2016
29 Praxisbeispiele - Schule WÄRME- UND KÄLTEQUELLEN WÄRME- UND KÄLTEERZEUGUNG WÄRME- UND KÄLTEÜBERGABE Agrothermie m² Erdwärmekollektor Wärmetauscher 200 kwth Klassenzimmer Betonkernaktivierung Kühlen Klassenzimmer Betonkernaktivierung Heizen Bohrpfähle unter Schulgebäude 96 Stück Serverabwärme Wärmepumpe 42,8 kwth Wärmepumpe 42,8 kwth Pufferspeicher Liter Flurbereich EG Fußbodenheizung Technikraum DG Lüftungsanlage mit WRG Heizregister und Adiabate Abluftbefeuchtung Turnhalle Fußbodenheizung Sportboden Erdgasnetz Stadtwerke Neumarkt Gas-Brennwertkessel 400 kw Turnhalle Warmwasser Duschen Turnhalle Lüftungsanlage mit WRG und Heizregister
![Eintrags- / Entzugsmengen [MWh] Praxisbeispiele - Schule Agrothermie Entzug](/docs-images/80/80741883/images/30-1.jpg "Energiepfähle Entzug Agrothermie Eintrag Energiepfähle Eintrag Agrothermiefeld")
30 Eintrags- / Entzugsmengen [MWh] Praxisbeispiele - Schule Agrothermie Entzug Energiepfähle Entzug Agrothermie Eintrag Energiepfähle Eintrag Agrothermiefeld Wärmeentzug: Wärmeeintrag: 61,8 MWh (61,5 MWh/a) 43,6 MWh (70,7 MWh/a) Energiepfähle Wärmeentzug: Wärmeeintrag: 107,9 MWh (101,7 MWh/a) 46,2 MWh (102,3 MWh/a)
31 Praxisbeispiele - Schule Betriebszeiten IST-Zustand Optimierung Bemerkungen Winterzeit beide Quellen - Parallelbetrieb Prio 1: Energiepfähle Energiepfähle: Soleeintrittstemperatur > 3 C Übergangszeit beide Quellen - Parallelbetrieb Prio 1: Agrothermiefeld Sommerzeit beide Quellen - Parallelbetrieb Prio 1: Energiepfähle Regeneration der Energiepfähle Umschaltung Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Energiepfähle x x x x x x x x Agrothermiefeld x x x x x x
32 Praxisbeispiele - Schule Betriebszeiten IST-Zustand Optimierung Bemerkungen Winterzeit Übergangszeit Sommerzeit beide Quellen - Parallelbetrieb beide Quellen - Parallelbetrieb Prio 1: Energiepfähle Prio 1: Agrothermiefeld Energiepfähle: Soleeintrittstemperatur > 3 C Verhinderung Mischtemperatur Effizienz Kein beide Dauerbetrieb Quellen - Prio von 1: 2 Pumpen Parallelbetrieb Energiepfähle Ohne Monitoring: ineffizienter Dauerbetrieb und Mischbetrieb Regeneration der Energiepfähle Umschaltung Jan Feb Mär Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Energiepfähle x x x x x x x x Agrothermiefeld x x x x x x
33 Praxisbeispiele - Schule STROMERZEUGUNG VERTEILUNG UND SPEICHERUNG ELEKTRISCHE VERBRAUCHER PV-Anlage 216 kwp Schuldach Wechselrichter Beleuchtung Schule und Turnhalle Nutzerstrom Schule und Turnhalle PV-Anlage 75 kwp Turnhallendach PV-Einspeisung Wechselrichter Batterie- Management Wärmepumpen, Umwälzpumpen und Regelung Netz-Strombezug Beladen Entladen Lüftungsanlagen und Regelung Batterie- Wechselrichter Öffentliches Stromnetz Stadtwerke Neumarkt VRF-Batterie 130 kwh
34 Praxisbeispiele - Schule AC-Seite DC-Seite Energie AC IN kwh Beladen Verluste WR Beladen: 6 % Energie DC IN kwh Entladen Batterie- Wechselrichter Energie AC OUT kwh Verluste WR Entladen + Aggregate: 6 % Energie DC OUT kwh Wirkungsgrad (AC): 51 % VRF-Batterie (CellCube) 130 kwh Interne Verluste CellCube: 37 %
![Beladen / Entladen [kwh] Wirkungsgrad [%] Praxisbeispiele - Schule](/docs-images/80/80741883/images/35-1.jpg "Beladen: Entladen: 29.080 kwh 14.")
35 Beladen / Entladen [kwh] Wirkungsgrad [%] Praxisbeispiele - Schule Beladen: Entladen: kwh kwh Beladen Entladen Wirkungsgrad
36 Praxisbeispiele - Schule AC-Seite DC-Seite Energie AC IN kwh Beladen Verluste WR Beladen: 6 % Energie DC IN kwh Energie AC OUT kwh Ohne Monitoring: Entladen Verluste WR Entladen + Aggregate: 6 % Batterie- Wechselrichter Erkennung des Wirkungsgrades nicht möglich Energie DC OUT kwh Ladung aus dem Netz im Winter nicht erkannt Wirkungsgrad (AC): 51 % VRF-Batterie (CellCube) 130 kwh Interne Verluste CellCube: 37 %
37 Praxisbeispiele - Mehrfamilienhaus Quelle: egs-plan Quelle: egs-plan 17 Wohneinheiten 4 Geschosse 1600 m² Wohnfläche Quelle: egs-plan Quelle: egs-plan
38 Praxisbeispiele - Mehrfamilienhaus Welche Probleme können beim Monitoring entstehen?
39 Praxisbeispiele - Mehrfamilienhaus Welche Probleme können beim Monitoring entstehen?
40 Praxisbeispiele - Mehrfamilienhaus Welche Probleme können beim Monitoring entstehen? Quelle: egs-plan
41 Praxisbeispiele - Mehrfamilienhaus Welche Probleme können beim Monitoring entstehen? Funktionsfähigkeit der Zähler muss überprüft sein! Quelle: egs-plan
42 Ausblick
43 Die Praxis AMEV Technisches Monitoring Technisches Monitoring als Instrument zur Qualitätssicherung Quelle: Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen
44 Monitoring AMEV Technisches Monitoring Monitoring durch unabhängigen Dritten Empfehlung für Bauten 2 Mio. (KG ) Planungsziele erreicht
45 Monitoring AMEV Technisches Monitoring In bereits realisierten Projekten betrugen diese weniger als 0,5 % der Gesamtbaukosten. Dem erhöhten Aufwand steht jedoch ein finanzieller Nutzen in der Betriebsphase gegenüber, der im Vergleich zu einem fehlerbehafteten, nicht optimierten Betrieb vor allem aus den eingesparten Betriebs- und Energiekosten resultiert. Aus den vorliegenden Erfahrungen kann mit einer Einsparung von mindestens 10 % der jährlichen Energiekosten gerechnet werden. (Arbeitskreis Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV), Technisches Monitoring, 2017)
46 Ohne Monitoring keine Energieeffizienz!
47 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
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