Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur für Technisch Informationssysteme Gebäude Energie Management Umweltschonend und Rentabel Referent: Benjamin Döring Betreuer: Dr. Jörn Plönnings Dresden, 17.12.2009
Gliederung: 1. Motivation 2. Einordnung Gebäude Energie Management 3. Klassifizierung von Gebäuden 4. Methoden/Vorgehen 5. Gebäude Energiemanagement in privaten Gebäuden 6. Ausblick TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 2 von 30
1. Motivation Rund 40 % des europäischen Energieverbrauchs entfallen allein auf unsere Gebäude. Gebäude Industrie Verkehr TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 3 von 30
Zweckbauten private Gebäude Zwei Drittel der Energie, die in Europa in Gebäuden verbraucht wird, entfällt auf die privaten Haushalte. 33% 67% TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 4 von 30
30-50 % der für Beleuchtung verbrauchten Energie könnten gespart werden TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 5 von 30
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2. Einordnung Systematisches Energiemanagement: kontinuierliche Überwachung der Energieverbräuche Gleichbleibende Nutzungsqualität Alle Energiesparmöglichkeiten wahrnehmen TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 7 von 30
Maßnahmen: Beeinflussung des Nutzerverhaltens keine (materiellen) Investitionen Gebäudeautomation Investition Hardware/Software Verbesserung der Anlagentechnik Investition in Anlagentechnik Verbesserung des baulichen Zustandes bauliche Veränderung (hohe Investition) TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 8 von 30
3. Klassifizierung von Gebäuden Private Gebäude Energiesparende Automation wird als selbstverständlich betrachtet Heizungsanlagen: Automatisierte Brennersteuerung Optimierte Raumtemperaturregelung Zeitschaltprogramm zur Nachtabsenkung Lichtsteuerung: Außenbeleuchtung Bewegungsmelder BUS System zur zentralen Lichtsteuerung Zweckbauten Haben Funktionellen Sinn z.b.: Bürohäuser, Einkaufszentren, Krankenhäuser, Bahnhöfe, Tiefgaragen, Flughafenterminals Wirtschaftlichkeit und Energieeinsparung Kommunikation über Bussysteme Leitstand Komfort höhere Leistungsfähigkeit von Mitarbeitern Flexibilität (Umfunktionieren von Gebäuden) TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 9 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehlererkennung Optimierung TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 10 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung 4.1 Messwertbasiert TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 11 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung 4.1.1 Analyse des Gebäudebetriebs Betriebsdaten (Zählerdaten, Temperatur, Durchflüsse) Energiecontroling Benchmarking (Jährliche Daten) Vergleich mit Europaweit gesammelten Werten von anderen Gebäuden und Richtlinien Energiesignaturen (Monatliche/Tägliche) Veranschaulicht das Gebäudeverhalten in Abhänigkeit von verschiedenen Parametern TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 12 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung 4.1.2 Ermittlung des Verbesserungspotentials Durch Visualisierung mit: Zeitreihe (stündliche Daten) Streudiagramme - XY-Plots (stündliche Daten) Streudiagramm-Matrizen Rasterdiagramm (stündliche Daten) Tages Wochen Diagramme (stündliche Daten) Kastendiagramme TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 13 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung Zeitreihe: TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 14 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung Streudiagramm Streudiagramm-Matrix TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 15 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung Rasterdiagramme Tages-Wochen Diagramm TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 16 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung Kastendiagramme: TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 17 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung 4.2 Modellbasiert Ziel: Energiesparpotenzial ausfindig machen Mathematische Modelle Simulation des Gebäudes Vergleich von SOLL und IST Werten Resultat: Werte für den Normalverbrauch und optimale Gebäude- und Systemparameter TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 18 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs 4.2.1 Fehlererkennung und Diagnose Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung FDD (fault detection and diagnosis) Fehler werden als unbeabsichtigte Verschlechterung der geplanten Operation definiert. Beispiele für Fehler: Scheduling Probleme Gleichzeitiges Heizen und Kühlen Fehlerhafte Programmierung Falsch eingestellte Controller fehlende Kalibrierung Mangelnde Wartung Unter- und Überdimensionierung TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 19 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert 4.2.2 Optimierung Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung Verbesserung der Energieeffizienz oder des Raumklimas unter Berücksichtigung der äußeren Umstände (Wetter, Komfort und Anwesenheit von Personen) Voraussetzung: fehlerfreies System Ansatzpunkte: Überarbeitung der zeitlichen Planung (Beispiel: Zeiten in denen die Heizung arbeitet regulieren) Anpassung der Sollwerte (Beeinflusst auch zeitliche Planung) (Beispiel: Zimmertemperatur im gesammten Gebäude senken) Überarbeitung der Geräteauswahl (Beispiel: Wenn 2 Kühlaggregate vorhanden sind, in einem Moment aber nur eins gebraucht wird, wählt man das, was die höhere Effizienz hat) TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 20 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung Vorgehen: Off-line: Das Gebäude wird simuliert und die Simulation mit Wetterdaten gespeist, die Ergebnisse werden wieder in die Simulation eingebunden nützlich um generelle Steuerungsstrategien zu entwickeln On-line: Optimierung durch intelligente/lernende Controller, die sich den momentanen und künftigen Zustand des Gebäudes zu nutzen machen nahezu stündlich optimiert der tatsächlichen Funktionsweise TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 21 von 30
4. Methoden/Vorgehen 4.1 Messwertbasiert 4.2 Modellbasiert Analyse des Gebäudebetriebs Zusammenfassung Modellbasiert: Ermittlung des Verbesserungspotentials Fehler-erkennung Optimierung TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 22 von 30
5. Gebäude Energie Management in privaten Gebäuden Energieeinsparung durch intelligente Heizungssteuerungselemente TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 23 von 30
Digitale Thermostate (Temperatur und Timersteuerung) TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 24 von 30
Komforterhöhung durch Bewegungsmelder in Außenanlagen TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 25 von 30
Sicherheitserhöhung/ Energieeinsparung durch BUS betriebene Lichtsteuerung TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 26 von 30
Smartcase von Ennovatis: (2170 + Zubehör z.b. Sonden, Temperaturfühler, Messverstärker, Software) TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 27 von 30
Energiesparlampen: Sparen 80% der Energie im Vergleich zu herkömmlichen Glühlampen TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 28 von 30
6. Ausblick Vereinfachung durch Verwendung drahtloser Sensornetze Integration von digitalen Stromzählern Optimierung der Energietarife TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 29 von 30
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. TU Dresden, 22.02.2010 Gebäude Energie Management Folie 30 von 30