Referat - Energie sparen ohne zu messen, kann man vergessen
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<strong>Energie</strong><strong>man</strong>agement und Facility Management<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. September 2006<br />
<strong>Energie</strong> <strong>sparen</strong> <strong>ohne</strong> <strong>zu</strong> <strong>messen</strong>,<br />
<strong>kann</strong> <strong>man</strong> <strong>vergessen</strong>!<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Simon Meier<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
1 Building Technologies
Von der 6000 Watt- <strong>zu</strong>r 2000 Watt-Gesellschaft<br />
Im Durchschnitt verbrauchen wir in der Schweiz mehr als 50‘000 kWh/Jahr<br />
52‘560 kWh<br />
365 Tage * 24 Std.<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
= 6 kW = 6‘000 Watt<br />
> 50% entfallen auf Bau, Unterhalt und Betrieb des Gebäudeparks<br />
1/3 geht auf das Konto Mobilität von Menschen und Gütern<br />
1/6 steckt in der grauen <strong>Energie</strong> von Importgütern<br />
Der globale Durchschnitt beträgt <strong>zu</strong>r Zeit 2‘000 W<br />
Bleibt der CO2-Ausstoss konstant, wird der CO2-Gehalt der Luft bis 2050<br />
auf > 500 ppm ansteigen (heute ca. 380 ppm, vorindustriell: 280 ppm)<br />
Die Folgen?<br />
Brienz<br />
2005<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
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2 Building Technologies<br />
Obwalden<br />
2005
Wie <strong>kann</strong> eine hohe Gesamteffizienz von Gebäuden<br />
erreicht werden?<br />
1. Komponenten mit hoher Effizienz<br />
Gebäude, Kessel, Brauchwarmwassererzeugung, Kältemaschinen,<br />
Wärmerückgewinnung, Lüftungs- und Klimaanlagen, Beleuchtung,<br />
Geräte, ...<br />
2. Optimales Zusammenspiel dieser Komponenten<br />
<strong>ohne</strong> Gebäudeautomationssystem lässt sich ein grösseres u/o komplexes<br />
Gebäude nicht gesamteffizient betreiben<br />
3. Bedarfsabhängiger Betrieb<br />
Hei<strong>zu</strong>ng, Lüftung, Klima, Licht, Geräte, ...<br />
4. Visualisierung der Schlüsselgrössen (Tran<strong>sparen</strong>z ⇒ Einsparungen)<br />
Monitoring ⇒ Controlling ⇒ Optimierung<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
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3 Building Technologies
Wie <strong>kann</strong> eine hohe Gesamteffizienz von Gebäuden<br />
erreicht werden?<br />
Soll bei einem Gebäude eine hohe Gesamteffizienz erreicht werden, genügt es nicht<br />
die besten verfügbaren Komponenten ein<strong>zu</strong>setzen.<br />
Diese Komponenten müssen untereinander abgestimmt sein - technisch, aber auch<br />
wie sie betrieben werden. Dieses optimale Zusammenspiel lässt sich in der Regel nur<br />
mit einem Gebäudeautomationssystem erreichen.<br />
Aber selbst wenn diese Subsysteme optimal auf einander abgestimmt sind, ist der<br />
Verbrauch <strong>zu</strong> hoch, wenn die Subsysteme nicht entsprechend des tatsächlichen<br />
Bedarfs gefahren werden; wenn beispielsweise Klimaanlagen ausserhalb der<br />
Nut<strong>zu</strong>ngszeit betrieben werden oder der Kältespeicher unnötigerweise geladen<br />
wurde, ...<br />
Systeme tendieren da<strong>zu</strong> chaotisch <strong>zu</strong> werden. Nutzer werden nachlässig. Sollwerte,<br />
Kennlinien, Schaltzeiten, ... werden verändert. Aber auch Nut<strong>zu</strong>ngen ändern<br />
dauernd. Nur wenn die Schlüsselgrössen in der Form von geeigneten Berichten<br />
visualisiert werden, diese Berichte analysiert werden und bei Bedarf Handlungen<br />
eingeleitet werden, <strong>kann</strong> der einmal erreichte, hohe Stand gehalten werden.<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
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4 Building Technologies
Welche Beiträge <strong>kann</strong> die Gebäudeautomation liefern?<br />
<strong>Energie</strong><strong>man</strong>agement-Funktionen – Bedarfsabhängiger Betrieb<br />
Hei<strong>zu</strong>ng: gleitende Kesselwassertemperaturregelung, Kesselfolgeschaltung,<br />
Heizkurve, Nachtabsenkung bzw. -abschaltung von Heizgruppen,<br />
Nut<strong>zu</strong>ng der freien Wärme in den Räumen, nut<strong>zu</strong>ngsabhängige<br />
Betriebsmode für Raumtemperatursollwert, …<br />
Lüftung/ Bedarfsgeregelte Lüftung mit CO2- oder VOC-Fühlern und energie-<br />
Klima: neutraler Zone (Temperatur, Feuchte), Freigabe aufgrund Präsenzfühler,<br />
Wärme- oder Enthalpierückgewinnung, Nut<strong>zu</strong>ng der freien<br />
Wärme bzw. Kälte der Aussenluft, Optimierung der Druckverluste<br />
sowie der Kälteerzeugung- und -verteilung, Kühldecken, TABS, …<br />
Licht: Präsenz- und tageslichtabhängige Beleuchtungssteuerung,<br />
geregelter Sonnenschutzeinsatz<br />
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5 Building Technologies
Von der 6000 Watt- <strong>zu</strong>r 2000 Watt-Gesellschaft<br />
> 50% der 6‘000 Watt entfallen<br />
auf den Bau, Unterhalt und Betrieb des Gebäudeparks<br />
• Bedarfsgeregelte Lüftung<br />
- 76 Räume (Hörsäle, Seminarräume, Praktikum, Universität Zürich)<br />
- Fläche: 15´000 m 2<br />
- Luftmenge: 385´000 m 3 /h<br />
Reduktion der Anlagenlaufzeit: > 40% (ggü. üblich progr. Schaltuhr)<br />
Quelle: <strong>Energie</strong>-Effizienz, Kosten und Komfort in Gebäuden des Dienstleistungssektors<br />
Projektbeteiligte: CEPE, ETH, Zürich (Centre for Energy Policy and Economics, Amstein und Walthert, Zürich,<br />
Hochschule für Technik und Architektur, Luzern, Zentrum für Integrale Gebäudetechnik.<br />
Bereich <strong>Energie</strong> + Gebäude, Horw<br />
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Quelle: B. Brechbühl, AWEL, Kt. ZH<br />
• Betriebsoptimierung: Effizienzgewinn zwischen einigen 10 bis wenigen<br />
100 MJ/m 2 EBF a, je nach Ausgangslage.<br />
• Beleuchtung inkl. tageslicht- und präsenzbasierte Regelung:<br />
Effizienzgewinne von rund 40 MJel /m2 EBFa bei Neubauten und von 60 bis<br />
120 MJel / m2 EBFa bei Erneuerungen im Gebäudebestand.<br />
6 Building Technologies
Welche Beiträge <strong>kann</strong> die Gebäudeautomation liefern?<br />
<strong>Energie</strong> <strong>sparen</strong> <strong>ohne</strong> <strong>zu</strong> <strong>messen</strong>, <strong>kann</strong> <strong>man</strong> <strong>vergessen</strong>!<br />
Mittels eines geeigneten Messkonzepts können die für die<br />
Betriebsoptimierung und -überwachung wichtigen Messgrössen<br />
automatisiert und in geeigneter zeitlicher Auflösung erfasst werden.<br />
Die Daten können im Hinblick auf die Visualisierung in die gewünschte Form<br />
verdichtet und sicher archiviert werden<br />
Verdichtung <strong>zu</strong><br />
- Tageswerten (Summen-, Mittel-, Höchst-, Tiefst-) oder<br />
- Alarmen (Verlet<strong>zu</strong>ng Budget, Handbetrieb, Sicherheit, … )<br />
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7 Building Technologies
Messkonzept<br />
Messgrössen<br />
• Hauptzähler Gebäude: Verbrauch Gas, Öl, Fernwärme, …<br />
Nur Liegenschaftszähler? ⇒ keine aussagekräftige Beurteilung des Verbrauchs<br />
der Einzelgebäude möglich!<br />
• Unterzähler<br />
-Gas für Kraft-Wärme-Kopplung<br />
- Elektrizität für Wärmepumpe(n), Elektrowärme, grosse Verbraucher<br />
-Wärme für Absorptionskälte, Trinkwarmwasser, RLT-Anlagen,<br />
Sondernut<strong>zu</strong>ngen (Wäschereien, Küchen, …)<br />
• Aussentemperatur für die Heizgradtagbereinigung<br />
Verlässlicher als lokal ge<strong>messen</strong>e Werte sind Werte vom Wetterdienst<br />
Ableseintervalle:<br />
falls automatisiert: Tageswerte<br />
falls Handablesung: Wochenwerte<br />
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Für weitergehendere Analysen<br />
⇒ feinere Auflösung<br />
8 Building Technologies
Messkonzept<br />
Messgrössen<br />
• Betriebsstunden (falls stetig ⇒ mittlere Aussteuerung)<br />
- Brennerstufen, andere Wärmeerzeuger<br />
- Pumpen (Kesselkreis, Hauptvorlauf, Heizgruppen, Speicherladung, Zirkulation)<br />
Falls automatisierte Messung:<br />
• Betriebsstunden<br />
- Handbetrieb, Störung<br />
- Zeit mit Rauchgaskondensation bei Brennwertkesseln, …<br />
• Anzahl Impulse (Anzahl Starts ⇒ Laufzeit pro Start, … )<br />
• Stellsignale: Mischventile, Absperrventile (Mehrkesselanlagen)<br />
• Temperaturen (nur wenn automatisierte Tageswerte)<br />
- Maximum: Kesselwassertemperatur, Hauptvorlauf, Speicher, Brennwertkessel,<br />
Fernwärme: Rücklauf<br />
- Mittelwert: Vorlauftemperaturen (Heizkreise, Wärmepumpen, WKK, …)<br />
- Minimum: Brennwertkessel, Fernwärme: Rücklauf, Speicher<br />
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9 Building Technologies
∑<br />
∅<br />
Max<br />
Min<br />
Teilklimaanlage: Typ 1a<br />
Mischluft - heizen / kühlen - Bedarfsgeregelte Lüftung<br />
EMgmt-Messgrössen: Prio 1:<br />
Prio 2:<br />
∅<br />
Max<br />
Min<br />
oder<br />
3, 4 3, 4, 11<br />
11<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
∅<br />
∑<br />
∑ 1 (ϑ 11 - ϑ 3 ) heizen mit MI<br />
je ein Zähler pro Ventilatorstufe<br />
∑<br />
12<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
∑ BetrStd pro Stufe falls geschaltet oder stufig geregelt<br />
∑ Freigabezeit + ∅ Aussteuerung falls stetig geregelt<br />
∑<br />
∑<br />
∅<br />
∑ 2 (ϑ12 - ϑ11 ) heizen mit LE<br />
∑ 3 (ϑ11 - ϑ12 ) kühlen mit LK<br />
je ein Zähler pro Ventilatorstufe<br />
Sequenzregelung<br />
Abschnitt 3.8.3<br />
∅<br />
Max<br />
ϑ<br />
∅<br />
Max<br />
Fig. 3-9 Regeln und Steuern von<br />
Lüftungs- und Klimaanlagen<br />
10 Building Technologies<br />
CO 2
<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
Betriebsoptimierung und Controlling in Zusammenhang mit<br />
verteilten Gebäuden u/o komplexen Prozessen<br />
Gebäude 1<br />
Gebäude 2<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
zentrale Administration<br />
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.......<br />
Gebäude 3<br />
Gebäude 4<br />
11 Building Technologies
<strong>Energie</strong>buchhaltung mit EMC (Energy Monitoring & Controlling Solution)<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
https://eadvantage.siemens.com<br />
12 Building Technologies
Wie funktioniert EMC?<br />
Ein Web-Browser genügt, und Sie können gleich loslegen<br />
Manuelle Zählerablesung:<br />
Eingabe über Web-Browser<br />
Benutzer mit Web-Browser<br />
(z. Bsp. Berichte generieren / analysieren)<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
www<br />
Firewall<br />
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.......<br />
Zentrale<br />
EMC-Serverfarm<br />
(Rechenzentrum)<br />
Automatisierte Zählerfernauslesung<br />
Erfassung über Web-fähigen Datalogger<br />
GA-System<br />
13 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
User Management – Struktur und Rollen<br />
SuperUser S R SU-Stellvertreter<br />
(Representative)<br />
AdvancedUser<br />
BasicUser<br />
Rechte<br />
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A<br />
A<br />
B B B B B B<br />
anlegen/<strong>zu</strong>ordnen<br />
nur <strong>zu</strong>ordnen<br />
A<br />
Partner<br />
AdvancedUser<br />
BasicUser<br />
B B<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
A A A<br />
Rechte von Partnern<br />
anlegen/<strong>zu</strong>ordnen<br />
nur <strong>zu</strong>ordnen<br />
P<br />
.......<br />
R<br />
B B B B<br />
Die Kompetenzen können personengenau festgelegt werden<br />
P- Stellvertreter<br />
(Representative)<br />
14 Building Technologies
Arbeiten mit der EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
3<br />
Navigationsverknüpfungen<br />
1<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Baumstruktur<br />
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2<br />
.......<br />
Funktionsmenü<br />
15 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
Baumstruktur - Ebenen<br />
<strong>Energie</strong>stadt Meilen:<br />
„organisatorische“ Sicht<br />
Filterfunktion<br />
<strong>zu</strong>r Bildung von Gruppen für<br />
die Auswertung<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
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.......<br />
16 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
Erstellen von Berichten<br />
1<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
2<br />
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.......<br />
3<br />
4<br />
17 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
Hauptverbrauch mit Heizgradtag-Bereinigung<br />
4<br />
3<br />
a)<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
1<br />
b) c) d) e) f) g)<br />
2<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
Monatswerte: 1.1.2000 bis 31.8.2006<br />
18 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
Berichte<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
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.......<br />
19 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
<strong>Energie</strong>signatur<br />
Differenz ca.<br />
900 CHF/Woche<br />
Der Zusammenhang zwischen Aussentemperatur und Wärmeverbrauch ⇒ im Normalfall linear<br />
±10% normal(untersch. Nut<strong>zu</strong>ng der freien Wärme (Sonneneinstrahlung, Geräte, Personen)<br />
Bei den Ausreissern nach unten wurde mit Öl geheizt, <strong>ohne</strong> die Verbrauchsdaten <strong>zu</strong> erfassen<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
<strong>Energie</strong>signatur - wöchentlich<br />
Brauchwarmwasseranteil<br />
ca. 6000 kWh/Woche<br />
20 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
Entwicklung des Wasserverbrauchs einer Schuleinheit<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
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Differenz ca. 750 CHF/Jahr<br />
Hauptverbrauch - jährlich<br />
Der Brunnen wird ab 2001 nach Schaltuhr freigegeben<br />
21 Building Technologies
EMC-<strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
Beurteilung des aktuellen Verbrauchs<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
monatlich überprüfen:<br />
Ist der Verbrauch normal?<br />
Zirkus <strong>zu</strong> Gast<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
Hauptverbrauch kumuliert - wöchentlich<br />
22 Building Technologies
Arbeitsprozess<br />
<strong>Energie</strong><strong>man</strong>agement und Betriebsoptimierung<br />
Start <strong>Energie</strong>buchhaltung<br />
- Messkonzept<br />
- wöchentlich Daten eingeben<br />
EMgmt-Berichte:<br />
Elektrizität:<br />
Wasser:<br />
Wärme:<br />
-Woche ⇒ <strong>Energie</strong>signatur<br />
-Monat ⇒ kWh/Kd<br />
- Quartal ⇒ Summenkurve<br />
-Jahr(e) ⇒ Summenkurve<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Erstbeurteilung<br />
Prozess<br />
Referenz<br />
Controlling<br />
- BO-Berichte<br />
-Trend-Kurven<br />
Handlungsbedarf<br />
?<br />
ja<br />
Prozess<br />
„Regler“<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
nein<br />
Betriebsoptimierung<br />
.......<br />
Berichte analysieren:<br />
- zeitliche Verläufe<br />
- Vergleich mit Vorjahren<br />
- mediumspezifische Darstellungen<br />
Kennwertvergleich z.B. SIA 380 / 1:<br />
-kWh/m2a - HGT-bereinigt<br />
SOLL-Wert<br />
Abbruchkriterium<br />
ja<br />
23 Building Technologies<br />
nein
Arbeitsprozess<br />
<strong>Energie</strong><strong>man</strong>agement und Betriebsoptimierung<br />
Aufstarten der Betriebsoptimierung<br />
1. - <strong>Energie</strong>buchhaltung aufstarten, falls diese nicht bereits existiert.<br />
- Erstbeurteilung der Berichte (Kennwertvergleich, Vergl. mit Vorjahren, … )<br />
- Hilfe bei der Analyse der Berichte bei Bedarf bis hin <strong>zu</strong> Fernüberwachung<br />
der Anlagen durch Dritte, Schulungen, …<br />
2. Freigabezeiten, Zeitprogramme, Sollwerte, Kennlinien an den<br />
tatsächlichen Bedarf anpassen<br />
3. Fehlende <strong>Energie</strong><strong>man</strong>agementfunktionen nachengineeren<br />
4. Einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess einleiten und<br />
aufrechterhalten<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
24 Building Technologies
Zusammenfassung<br />
• Handlungsbedarf ist angesichts der globalen Situation – Umwelt,<br />
Nachfrage<strong>zu</strong>wachs in Asien, … – dringend gegeben.<br />
• Die Erhöhung der Gesamteffizienz von Gebäuden <strong>kann</strong> (muss) einen<br />
wesentlichen Beitrag leisten.<br />
• Bedarfsabhängiger Betrieb dank Gebäudeautomation.<br />
• <strong>Energie</strong> <strong>sparen</strong> <strong>ohne</strong> <strong>zu</strong> <strong>messen</strong>, <strong>kann</strong> <strong>man</strong> <strong>vergessen</strong>.<br />
Aussagekräftige Berichte zeigen rechtzeitig Handlungsbedarf auf.<br />
• WEB-basierte <strong>Energie</strong>buchhaltung bringt Vorteile.<br />
Viel Spass bei der Betriebsoptimierung!<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
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25 Building Technologies
<strong>Energie</strong><strong>man</strong>agement und Facility Management<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. September 2006<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Die virtuose Beherrschung der Technik<br />
verlangt Fingerfertigkeit<br />
und geeignete Hilfsmittel<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
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26 Building Technologies
EMC Referenzen<br />
• Dänemark<br />
• DAB- Liegenschaftsverwaltung: ca. 1000 Gebäude<br />
• Elsinore – grössere Gemeinde: ca. 150 Gebäude<br />
• Dänische Post: ca. 800 Gebäude<br />
• Belgien<br />
• Flämische Regierung: ca. 350 Gebäude<br />
• Aalst Hospital: ca. 370 Betten<br />
<strong>Energie</strong>-Apéro Luzern - 11. Sept. 2006<br />
Simon Meier, 5619 HQ Zug<br />
.......<br />
10.01.2006<br />
• Österreich<br />
• Wien-<strong>Energie</strong> – <strong>Energie</strong>versorger: Vertrag über 8‘000 Zähler<br />
• BIG – Bundes Immobilien Gesellschaft: ca. 4‘000 Gebäude<br />
• Land Vorarlberg: ca. 100 Gebäude<br />
• Australien<br />
• Federation Square, Melbourne: mehrere Gebäudekomplexe<br />
27 Building Technologies
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