Smart Buildings intelligent vernetzen / effizient leben. Siemens Schweiz AG 2010

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1 Smart Buildings intelligent vernetzen / effizient leben

2 Inhalt Ist Energie sparen noch zeitgemäss? Wie intelligente Gebäude Energie verwalten. Was trägt die Gebäudeautomation zur Energieeffizienz bei? Seite

3 Ist Energiesparen noch zeitgemäss? Dr. Jürgen R. Baumann Experte für energetische Modernisierung und Energiedienstleistungen

4 Wir haben Energie im Überfluss zur Verfügung Quelle: Kernenergie 0.te Generation Fakt Nr. 1 Sonne liefert viel mehr Leistung, als die gesamte Menschheit braucht Einstrahlung 1430 W/m 2 (Solarkonstante) Erdradius r = 6000 km (6 x 10 3 km der 6 x 10 6 m) Fläche A einer Kreisscheibe: A = r 2 x Pi 1430 W/m 2 x 6 m x 6 m x x 3.14 = 1.62 x Watt mal grösser als Bedarf der Menschheit Behauptung Nr. 1 Pro Erdenbürger liefert die Sonne 20 Millionen Watt Annahme für Erdbevölkerung: 8 Milliarden Menschen (8 x 10 9 Menschen) 1.62 x Watt / 8 x 10 9 = 20 x 10 7 = Watt pro Erdenbürger Provokative Frage Nr. 1 Welchen Stellenwert hat eine 2000 Watt - Gesellschaft? Quelle: Hans-Jörg Leibundgut, 11/2010 Zero Emission LowEx Buildung Design Seite

5 Gibt es ein Energieproblem? Kernenergie der 0.ten Generation Fakt Nr. 2 99% der Erdkugel sind heisser als C 99.9% der Erdkugel sind heisser als 100 C Behauptung Nr. 2 Geothermie wird Bandenergie erzeugen (Strom, Wärme) Solare Energie, Wind, Wasser liefert die Spitzenenergie Provokative Frage Nr. 2 Gemessen am Energiefluss der Sonne und den Energievorräten in der Erde Gibt es überhaupt ein Energieproblem? Seite

6 Das Klimaproblem Und wie nun weiter? Fakt Nr. 3 Problem der Klimaerwärmung ist seit 1992 bekannt Tragfähigkeit der Atmosphäre für Kohlenstoff ist begrenzt, sogar fast erreicht Max. 2 C Ziel ist internationaler Konsens Behauptung Nr. 3 Jedem Erdenbürger steht ein Emissionsbudget von 1 Tonne CO 2 / Jahr zu Quelle: ETH 1-Tonnen Gesellschaft Provokative Frage Nr. 3 Wenn wir kein Energieproblem haben, ist es dann eher ein Technologieproblem? Fehlende Erntemaschinen? Fehlender Energie-Speicherplatz? oder ein Intelligenzproblem? Befassen wir uns intensiv mit falschen Themen? Seite

7 90% des Schweizer Energiebedarfs muss ersetzt werden Heute % Elektrizität aus Wasserkraft 10% Elektrizität aus Uran 80% fossile Treibstoffe und Brennstoffe 30% Energieeffizienz 60% Erneuerbare Energie Rest Fossile Energie 1 Tonne pro Einwohner und Jahr Seite

8 Schlussfolgerungen (1) Energiesparen ist notwendig beim Einsatz fossiler Energieträger (Öl, Gas, Uran) Es geht darum, rund 90% unseres Energiebedarfs zu ersetzen Elektrizität wird immer wichtiger Energieeffizienz und Erneuerbaren Energien gehört die Zukunft Für verschwendete Energie zahlen wir mindestens dreimal 1. Ineffizient verbrauchte Energie 2. Überdimensionierte Energieerzeuger und Energieverteilung 3. Schäden an unserer Mitwelt Effizienzpotential in Gebäuden ohne Erneuerung der Hülle Durch bessere Nutzung vorhandener Regelung 20% und mehr Durch Tausch mit effizienterer Regelung 30% und mehr Seite

9 Ergebnis durch Gebäudeautomation: 49.5% weniger CO 2 in Steinhausen in 4 Jahren Beispiele für Siemens BT in Steinhausen Erneuerung der Gebäudeautomation, Systematische Ergänzung mit Energieeffizienzfunktion Anpassung der Nutzungszeiten Nutzung der Wärmerückgewinnung Betrieb nur noch mit Gas (anstelle teilweise mit Öl) Einbau eines prädiktiven Heizreglers Systematische Verhinderung des Betriebs ohne Nutzen Effekt Stromverbrauch Wärmebedarf CO 2 -Ausstoss (absolut) CO 2 -Ausstoss (mit Korrektur Heizgradtage) % % % - 55 % Seite

10 Schlussfolgerungen (2) Welche Priorität: Energiesparen oder Emissionsvermeidung? Das eine tun das andere nicht lassen Energieeffizienz ist das grösste virtuelle Kraftwerk, das wir haben Nega-Watt statt Mega-Watt Erneuerbare Energie steht im Überfluss parat Wir brauchen dringend beides Energieeffizienz und Erneuerbare Energien sind wie Zwillinge P.S. Das fossile Zeitalter geht zu Ende Als Erinnerung: Die Steinzeit endete nicht aus Mangel an Steinen Seite

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dr. Jürgen Baumann Experte für energetische Modernisierung und Energiedienstleistungen Siemens Schweiz AG Sennweidstr. 47 CH-6312 Steinhausen Phone: Mobile: Page 11 06/2011 Seite Wolfgang Hass, 3782 s

12 Wie intelligente Gebäude Energie verwalten Dr. Jürgen R. Baumann Experte für energetische Modernisierung und Energiedienstleistungen

13 Was ist ein Smart Building? Smart Grid, Smart Building, Smart Meter... Vokabeln, die heute zum täglichen Sprachschatz der Branchen in und um's Gebäude gehören. Der smarte Ingenieur schafft smarte Lösungen. "Smart" ist aber kein Standard, keine Norm. Oft sind nur die 5 Buchstaben (S-M-A-R-T) das Gemeinsame. Der Vortrag soll einige Gedankenmodelle im Bereich Smart Grid, Smart Buildings und die damit verbundenen Herausforderungen beleuchten. S pecific M easurable A chievable R ealistic T imely Smart apartment (engl.) Smart alec (engl.) Smart money (engl.) Smart bomb (engl.) = hübsche Wohnung = Naseweis = Schmerzensgeld = intelligente Bombe Seite

14 Seite

15 Megatrends shape our future Urbanization 2007: for the first time in history, more people live in cities than in rural areas. Today 280 million people live in megacities (> 10 million residents) 2030: 60 % of the world s population will live in cities Urban conglomerations contribute a high share of a nation s economic output: Tokyo provides 40% of Japan s GDP, Paris generates 30% of France s GDP. Demographic Change Average life expectancy worldwide will increase to 72 years in 2025 from 46.6 years in World population will grow from more than 6 billion now to 8 billion by % of the global population growth is taking place in developing countries. The 65+ generation will nearly double worldwide by 2030 (from 7% to 12%), Seite

16 Megatrends shape our future Climate Change The average global surface temperature has increased by 0.76 C compared to the 18th century. 11 of the 12 years between 1994 and 2005 rank among the 12 warmest since weather observations began. Greenhouse gas emissions haven risen dramatically since industrialization. Today we face the highest CO2 concentration in the atmosphere for the past 350,000 years. Globalization From 1950 to 2004, the volume of global trade has increased 27.5-fold. The number of global players has grown from 17,000 in 1980 to over 70,000 today. Ocean freight has increased over the past four decades from less than 6,000 billion ton-miles to over 27,500 billion ton-miles a year. Seite

17 Kondratieff - Zyklen Seite

18 General Trends and Hypotheses Overview Effective, Unobtrusive Safety and Security Environmental Pollution & Regulation Sustainability in Use of Resources Building Operation Evolution Pre-Fabricated Building Components Flexible Buildings > 600 Trends Trend Cluster Energy Environmental Policy Infrastructure Economy Social Technology Energy Efficiency and Supply Moving People and Goods Well-Being and Health within Building Optimized Building Cluster New Construction Material Information & Communication Integrated Building Life Cycle Management Quelle: PoF I BT Seite

19 Treiber Erhöhter Bedarf Verfügbarkeit / Sicherheit / Handhabarkeit Kosten eher nicht kwh Nachhaltigkeit / Umwelt Politik Seite

20 Treiber Kraftwerke viele kwh = hoher Umsatz wenige Reserven glatter Lastgang wenig Wettbewerb Energy Broker hohes Volumen Dezentralisierung - Vernetzung variable Tarife Distribution hohes Volumen Dezentralisierung - Vernetzung Verbraucher geringe Energiekosten geringer Invest Sorgenfrei-Paket Komfort Seite

21 Challenges today on our grids Growing demand Growing share of renewables EU-directive on renewable energy: Limiting peak demand 20% Renewable of end-use Energies by 2020 Increasing distributed generation Seite

22 Challenges in grid operation require new technological solutions Generation To maintain grid stability: Generation=Consumption is required Load Stochastic Renewables Large number of Prosumers Smart Grids will ensure active load management and grid reliability Seite

23 Grid facts from US und Europe Seite

24 From: Primary equipment condition not well known and not overall integrated Situation up to now: no communication Waste of transport capacity most of the time Equipment maintenance and investment planning based on experience Operational risk or waste of OPEX or CAPEX Seite

25 Consumer / Prosumer Seite

26 What we know about buildings Life cycle costs and consumption Consume 40% of world-wide energy Produce 21% of CO 2 Transport 28% Industry 31% 41% Buildings Industry (direct emissions from primary energy usage) Forestry 14% Agriculture / waste 22% 18% Industry (indirect emissions through power usage) 11% Buildings power 13% (indirect emissions through power usage) 8% Buildings (direct emissions 14% from primary energy usage) Transport 40% life cycle cost of a building is consumed in energy Life cycle costs Cost 20% Years % Operation cost 60% Design Build Operation / Renovation Energy cost 40% Demolition Seite

27 Smart Building contributes to the solution Improves energy efficiency Stores energy 59% 41% Buildings 35% Ventilation Air Conditioning Nonresidential 23% Other process heat 15% Others 65% Lighting 6% Residential 10% Hot water 46% Heating Generates energy Schedules shiftable consumptions Seite

28 Energiebedarf im Lifecycle Energy consumption in buildings 100% No BACS* 90% BACS* without Energy Monitoring 80% BACS* with Energy Monitoring 70% 60% 0 BACS* with additional energy efficiency measures t Seite

29 Evolution of Building Management Market and competition Building Performance and Energy Efficiency are today's market drivers Building Control HVAC Control Functional Controllers Building Automation Building Automation, DDC Building Management systems Building Performance Energy Management Green Buildings Intelligent Buildings, TBS Integrated Building Management systems Remote building management Smart Buildings IT Convergence Smart Consumption Buildings to the Grid Micro generation Net Zero Energy Buildings Enhanced building management Smart Cities Seite

30 Fernwärme Dampf Fernkälte Energie - Ernte Energie - Optimierung Energiekosten - Optimierung Strom aus der Steckdose Energie - Speicher Energie - Resourcen Seite Energie - Konverter

31 Die Energie - Player Strom aus der Steckdose Energie - Verbraucher Energie - Optimierung Energie - Ernte Bezug von Energie Rückspeisung Alternative / ergänzende Energiezufuhr: Fernwärme/-kälte,Gas, Dampf, Öl, etc. Infrastruktur (Licht, HLK, Warmwasser, Pumpen, Aufzüge, Rolltreppen,etc.) Produktionanlagen E-Cars Isolation Building Mgmt. Systems (BMS) Sensibilität und User-Verhalten Photovoltaik Solarthermie Windgenerator Energie - Resourcen Gas Öl Diesel / Benzin Holz Biomasse etc. Energie - Speicher Wasserspeicher (Staussen) Eisspeicher Betonkühlung Change Phase Material (Latentwärmespeicher) Energie - Konverter BHKW Generatoren Seite

32 Building Energy Management System plays a key role in the Smart Consumption Building Energy Management System (BEMS) Shaping Shifting Co-Generation Energy portfolio management Reduce consumption based on critical event Shift consumption to low tariff times to reduce peak load Use CHP, PV or Uninterrupted Power Supply for Co-generation Replace one energy source by a more costcompetitive alternative Consumption to grid Demand Base load Supply Demand Consumption to grid 0h 24h 0h 24h CHP = combined heat and power Seite

33 Energie - Management Supply Demand Consumption to grid Ziel: Erzeugung folgt Verbrauch (Bedarf) 0h 24h Optimal: Erzeugerkurve = Lastkurve neue Möglichkeiten: - Arbeit vorziehen bzw. verschieben - Arbeit in die Last-Täler verlagern - Speicher im Last-Tal füllen - Speicher im peak entladen - event. Start von Hilfsaggregaten Preis-optimierter Energieeinkauf Verkauf: Rückspeisung ins Netz Seite

34 Smart Grid: Secure and intelligent power supply for the mobility of tomorrow Today Tomorrow Generation Transmission HV Distribution MV Seite

35 Energy savings are possible, in every building in every business Certification, usage, behavior = range of variation ca. 30% Hospital School Residential Restaurant Hotel Shopping Center Office 26% 26% 27% 41% 41% 49% 52% 1) High energy efficiency (Class A) compared to standard equipment (Reference Class C) EN Impact of BACS and TBM on energy performance of buildings Seite

36 Energy-Saving Performance Contracting Investments are financed by energy savings Clinical Center Bremerhaven Additional savings of energy price increase Annual energy cost 2 m p.a beds Energy-Saving Performance Contracting -40% CO 2 = tons ,-- savings p.a. Energy and operational costs Cost before program Start of positive environmental impact Savings to fund investment Reduced cost due to performancebased solutions Duration of program Customer savings Time [Years] Customer to retain all savings Enables customers to modernize and optimize buildings, financed by energy savings Seite

37 Buildings can perform well over their lifetime Sierra Nevada College (USA) Borås Schools (SWE) University of Arts Berlin (GER) 7% higher upfront cost pay back in 15 years LEED Platinum Building Payback in few month Reduction of 824,000 kg CO 2 per year GreenBuilding Partner Status for customer Annual reduction of 1,180t CO 2 Design and build Maintain and operate Renew and revitalize -60% -65% -30% -22% -28% Financing for modernization of HVAC equipment Energy Water District heat Water Energy Seite

38 Unsolved open issues Renewables Limited energy storage capacity Average electricity trading prices (Rp. / KWh) between Switzerland and adjacent countries, Mo Tu We Th Fr Sa So Reverse feeding of electricity Local energy storage buying price selling price Electric Vehicle Batteries Used as Storage Batteries for Home Power: - Supply 8 kw of power, enough to power electrical appliances in an average household. - Recharge in 30 minutes. - Current battery cost 0.5 EUR / KWh - Hydro pumps costs 0.1 EUR / KWh Source: Baumgartner, Schweizerische Electrizitätsstatistik 2010 Seite

39 Energy Efficiency Natural Light Supported by High Efficient Artificial Light / OLED Solar Energy on Roof and Facade Elements Passive Climate (no HVAC), by Thermal Insulation 0.15 W/(m²K) Phase Change Material Regulating Room Climate Prism Windows Guiding Light in Dependence on the Sun Position Part of Smart Grid Including Energy Trading Energy Storage Cars Buffer Energy as Part of the Overall Energy Concept Earth Heat Exchange and Outgoing Heat Exchange Quelle: PoF I BT Seite

40 Water Sustainability Rain Water Disinfection by Natural Light Rain Water Collection and Treatment Solar Thermal Hot Water Energy Savings in High Rise by Less Pumping Effort Part of load shifting potentials In Smart Buildings Collection and Recycling of Wastewater in the building Water Quality Monitoring Quelle: PoF I BT Seite

41 To: Integration of distributed energy resources and storage Advanced Energy Management Smart Grid: e-cars Distributed Energy Resources Seite Solar Wind Smart Metering Smart Buildings Increasing number of distributed small generators replace large generator production Integration of distributed generation and consumption into energy balancing Downsizing of large generation Significant reduction of CO 2

42 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wolfgang Hass BAU CTO Head Innovation Mgmt. I BT BAU Gubelstrasse 22 CH-6300 Zug Phone: Mobile: Seite Page /2011 Wolfgang Hass, 3782 s

43 Was trägt die Gebäudeautomation zur Energieeffizienz bei? Dr. Jürgen R. Baumann Experte für energetische Modernisierung und Energiedienstleistungen

44 Was ist überhaupt Gebäudeautomation? thermisch Intelligenz Speicher elektrisch Gebäudeautomation Seite

45 Was ist überhaupt Gebäudeautomation? Gebäudeautomation ist keine Technologie! Seite

46 Was ist überhaupt Gebäudeautomation? Gebäudeautomation ist eine Methode zur Erreichung bestimmter Ziele Energieeffizienz, Wirtschaftlichkeit, Komfort, Sicherheit, Seite

47 Die Funktionen in der Gebäudeautomation Sinnvolle Schritte Dichte Hülle Nutzung der Umweltenergie Effiziente Heiz-, Kühl- und Lüftungssysteme Effiziente Geräte Der entscheidende Schritt Anwesenheits- und bedarfsgerechte Regelung Kein Betrieb ohne Nutzen! WRG L Strom 20% Wärme 80% Umweltenergie WRG A Seite

48 Was verstehen wir unter Raumautomation? Abgabe Verteilung Erzeugung Richtung des Energieflusses Heizen Wärme notwendig? Rohrsystem/ Mischer Heizkessel Kühlen Rohrsystem Licht erforderlich? Kühlaggregat Nur die Raumautomation kann über Sinn oder Unsinn einer Energieabgabe entscheiden! Beleuchtung Beschattung RAUM Raumautomation Kabeltrassen/ Unterverteilungen Information an Erzeugung / Monitoring Anlagenregler Trafo/Hauptverteilung Seite Keine unnötige Abgabe Optimierte Bereitstellung

49 Was verstehen wir unter Raumautomation? Ergonomie - behagliche Raumtemperatur und Belüftung - Ausleuchtung und Blendfreiheit am Arbeitsplatz Nutzungsflexibilität - aufgrund veränderter Arbeitsinhalte - aufgrund veränderter Organisation oder Vermietung Energieeffizienz - bezüglich Beleuchtungsenergie - bezüglich Kälte- und Wärmeenergie Seite

50 Gesamtheitliche Systembetrachtung Die horizontale Systemdurchgängigkeit Geringere Installationskosten Reduzierter Koordinationsaufwand Grundlage für beste Energieeffizienz SIA Seite

51 Gesamtheitliche Systembetrachtung Die vertikale Systemdurchgängigkeit Koordination verschiedener Raumzonen (Zeitschaltprogramme, etc) Bedarfsorientierte Steuerung der Primäranlagen Monitoring SIA Seite

52 Gesamtheitliche Systembetrachtung 1 x 1 Segment 4 x 1 Segment 4 x 2 Segment 4 x 4 Segment 1 Raum Raum 4 Räume Installationsschwerpunkt 4 Räume 4 Räume Seite

53 Gesamtheitliche Systembetrachtung Phase 1: Grundausbau 1 Segment ISP Installationsschwerpunkt M M M M M M Seite

54 Gesamtheitliche Systembetrachtung Phase 2: Mieterausbau Horizontale und vertikale Systemdurchgängigkeit ISP Installationsschwerpunkt M M M M M M Seite

55 Gesamtheitliche Systembetrachtung Phase 3: Umnutzung im Betrieb Horizontale und vertikale Systemdurchgängigkeit ISP Installationsschwerpunkt M M M M M M Seite

56 Intelligente Verbindung der Gewerke im Raum Minimieren von Energieverbrauch für künstliche Beleuchtung Tageslicht Nutzung Konstantlicht Regelung Energieoptimierung Energieoptimierung durch intelligente Verknüpfung der Gewerke: HLK Licht Jalousien Intelligenter Raumbetrieb Bedarfsabhängige Steuerung und Regelung Szenen Steuerung Energiesparfunktion Seite

57 Die Energieeffizienz geht jeden was an Das Smart Building ist kein Utopie Wir sind bereits auf dem Weg dahin! Seite

58 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Hubert Furrer Leiter Marketing und Verkauf Siemens Schweiz AG Sennweidstr. 47 CH-6312 Steinhausen Phone: Mobile: Page 58 06/2011 Seite Wolfgang Hass, 3782 s

59 Inhalt Ist Energie sparen noch zeitgemäss? Referent: Dr.Jürgen Baumann Wie intelligente Gebäude Energie verwalten. Referent: Wolfgang Hass Was trägt die Gebäudeautomation zur Energieeffizienz bei? Referent: Hubert Furrer Seite

60 Weitere Informationen Am Siemens-Stand: - Etage Stand B70 Präsentationen können heruntergeladen werden unter:

61 Smart Buildings intelligent vernetzen / effizient leben Seite

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