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Modellbasierte Betriebsanalyse Aktueller Stand Demogebäude ennovatis
3. Projekttreffen ModBen
F. Schmidt, U. Jahn und R. Kopetzky
ennovatis GmbH Germany Freiburg, 07.10. 2008
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Stand der Arbeiten
Daten routinemäßig verfügbar Zwei Studienarbeiten am ISE abgeschlossen
Sebastian Zehnle: Eignung der Berechnungsmethodik DIN V 18599 zur Abbildung des Energieverbrauchs von realen Nicht-Wohngebäuden
Susanne Komhard: Model-Based Approach for Performance Monitoring of Commercial Buildings
Vergleich von Methoden (Vortrag Werkzeuge) EnEV+ mit IDA-ICE (Nis Andresen) Optimisation mit IDA-ICE (Sebastian Burhenne) EnEV+ mit VEC und Verbrauch (Frauke Schönfeld) EnEV+ mit Energy+ (Tobias Maile) Verbrauch mit EnEV+ Individualrechnung (Sebastian Zehnle) Verbrauch mit Regressionsmodell (Susanne Komhard)
Verbindung von Rechnung und Messung in controlling Anschluss R-visualisation to ennovatis controlling
(Projekt Scientific Dataview)
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Jahreswerte
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Monatswerte
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Tageswerte
z.B. aus Regressionsmodell
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Projekt: Scientific Dataview
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From thesis of Susanne Komhard
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From thesis of
SebastianBurhenne
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Modellbasierte Betriebsanalyse Stand der Werkzeuge bei ennovatis
3. Projekttreffen ModBen
F. Schmidt, U. Jahn und R. Kopetzky
ennovatis GmbH Germany Freiburg, 07.10. 2008
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Vergleich von Methoden
EnEV+ mit IDA-ICE (Nis Andresen) Optimisation mit IDA-ICE (Sebastian Burhenne) Verbrauch mit EnEV+ Individualrechnung (Sebastian Zehnle) Verbrauch mit Regressionsmodel (Susanne Komhard)
Schon früher berichtet EnEV+ mit VEC und Verbrauch (Frauke Schönfeld) EnEV+ mit Energy+ (Tobias Maile)
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Bürogebäude Grosspösna – 3D-Modellierung
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Vergleich EnEV+ mit IDA-ICE (Nis Andresen)
Kennwerte des vereinfachten Gebäudemodells: Bruttogeschossfläche (BGF): 536 m² Bruttorauminhalt (BRI): 1687 m³ Referenzwetterdaten: Testreferenzjahr 0404 Hüllflächen
Typ Beschreibung U-Wert Gesamtfläche
AW1 Außenwand Außenwand Außenwand 0,47 W/m²K 314,77 m²
AW2 Glaselemente Glaselemente Glaselemente 3,70 W/m²K 77,2 m²
FB1 Fußboden Fußboden Fußboden 0,30 W/m²K 255,40 m² DE2 Decke Decke Decke 0,72 W/m²K 255,40 m²
DA2 Dach Dach Dach 0,29 W/m²K 255,40 m²
AF1 Fenster 1.8 W/m²K 89,13 m² AT1 Tür 1,8 W/m²K 4,54 m²
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Heizenergiebedarf
Heatingrequierement Vergleich IDA Enev+
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Janu
ary
Febru
ary
Mar
chApr
ilM
ayJu
ne July
Augus
t
Septe
mbe
r
Octobe
r
Novem
ber
Decem
ber
IDA Results
ENEV+ Results
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Heizenergiebedarf nach E+ und EnEV+
0.00E+00
1.00E+10
2.00E+10
3.00E+10
4.00E+10
5.00E+10
6.00E+10
7.00E+10
8.00E+10
En
erg
y [
J] Heizbedarf DIN V 18599
Heizbedarf E+
Primaerenergie DIN V 18599
Primaerenergie E+
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TransmissionsverlusteTransmission Loss
-9000
-8000
-7000
-6000
-5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0
January February March April May June July August September October November December
kWh
IDA Results ENEV+ Results
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Jahres Energiebilanz
-13%
15%
-63%
-18%
36%
-70000
-60000
-50000
-40000
-30000
-20000
-10000
0
10000
20000
30000
40000
HeatingRequirement TransmissionLoss VentilationLoss InternalGains SolarGains
-80%
-60%
-40%
-20%
0%
20%
40%
60%
ENEV+ Results
IDA Results
Abweichungen % bezogen auf IDa results
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Optimierung mit IDA-ICE (Sebastian Burhenne)
Vereinfachtes Modell für definierte
Fragestellungen möglich
Einsparpotential durch
Verbesserung der Pumpensteuerung
7,5%
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Koppelung GenOpt und IDA-ICE
Voraussetzung
simulation software has
input and output text files
and
is executable in batch mode.
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Arbeit Sebastian Zehnle
Hier zwei Punkte1. Vergleich von Energieausweisen2. Erfahrungen mit Individualberechnungen
Vergleich Verbrauch mit EnEV+ Individualrechnung (Sebastian Zehnle)
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Energieausweise
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Vergleich Bedarf - Verbrauch
From thesis ofSebastian
Zehnle
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Bewertung
Der Vergleich der aus den Normberechnungen nach DIN V 18599 resultierenden Energiebedarfswerte mit den erfassten Verbrauchswerten der untersuchten Demonstrationsgebäude hat gezeigt, dass sich die Berechnungsmethodik unter Verwendung der in der DIN V 18599 - Teil 10 enthaltenen Nutzungsrandbedingungen nicht dazu eignet den Energieverbrauch von Gebäuden abzubilden.
Mittels der Individualberechnung ist es nach entsprechender Anpassung der Gebäudemodelle möglich eine Betriebsoptimierung durchzuführen. Mit ihr können die Energieeinsparungen durch Sanierungsmaßnahmen und Änderungen im Gebäudebetrieb aufgewiesen werden.
Genauigkeit liegt im Bereich von 20–25 % Abweichung, davon entfallen nach unserer Erfahrung 5 % auf Jahres- und 10–20 % auf Monatswerte.
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Verbrauch mit Regressionsmodell (Susanne Komhard)
Schritte1. Erfassung der Daten auf Stundenbasis2. Graphische Interpretation und Bewertung3. Ableitung einer Regressionsfunktion4. Training zur Bestimmung der Regressionsparameter5. Validierung 6. Verbrauchsprognose und Interpretation der gemessenen
Werte
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Carpet Plots for heating and outdoor Temperature
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Signatures for heat and electricity
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Regression that models the heating demand
Pheat is calculated for all levels of day-types and above or below the change point
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Training und Validierung
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Modellbasierte BetriebsanalyseWorkshop im Rahmen der ICEBO
Werkzeuge für ein kostengünstiges Energie monitoring
3. Projekttreffen ModBen
F. Schmidt, U. Jahn und R. Kopetzky
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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell
Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik
Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung
Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter
Dienstleistungsebene Service im Bereich EM
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Bessere
Tab
nötig
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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell
Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik
Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung
Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter
Dienstleistungsebene Service im Bereich EM
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Erfahrungen mit Integration von Sensoren in GA
•Für die Datenerfassung und –übertragung waren zwischen 15.000 und 45.000 € notwendig. Diese Spanne entspricht in der Regel 10 – 20 % der jährlichen Energiekosten.
•Bei unvollständiger Gebäudeautomation (GA) hat sich eine Messwerterfassung mit der smartbox als deutlich günstiger erwiesen.
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Übersicht Funktionalitäten
RS 232
M-Bus fähige Endgeräte
Lüftung
Geräte
Heizung
2x Relais
on Board
M-Bus Pegelwandler
AD-Wandler Temperaturen
8 Eingänge
Pulse/Status
8 Eingänge 8 Eingänge
24 x direkt
Berichte, Vertragskontrolle, Bedarfsberechnungen, etc.
Ethernet/RS232/RS485
GSM/Bluetooth
Modem/ISDN
Störmeldungen
SMS, E-Mail, E/A Modul, Relais
ennovatis Planning & Controlling
bis zu 480 Endgeräte
bis zu 32 Feldbusgeräte direkt ansprechbar
RS 485 Feldbus
E/A
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ennovatis Smartbox Standardfall
Auswertung der Daten über Smartbox Manager
Erfassung von Strom. Gas, Wasser über Impulse von den Zählern
PT 1000
Erfassung derAußentemperatur
oder ennovatis Controlling
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Anwendung bei Büro- und Wohngebäuden
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Leckage-Meldung über M-Bus Zähler
M-Bus
RS232
Programmierung einer Leckagemeldung:
1. Zeitprogramm festlegen, z.B. von 0 Uhr bis 2 Uhr2. Wasserzähler so konfigurieren, dass die Durchflussleistung
übertragen wird.3. Mit einem Rechner Zeitprogramm und Leistung „verbinden“.4. Rechnerausgang einem Verzögerungsmodul übergeben, damit
kurzfristige Durchflüsse keinen Fehlalarm auslösen. 5. Dann die Verzögerung beliebigen Ausgangsmodulen zuweisen.
&
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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell
Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik
Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung
Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter
Dienstleistungsebene Service im Bereich EM
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Werkzeuge zur Interpretation der Daten (monitoring)
Ziel Aufzeigen von Wegen zur Beurteilung des aktuellen
Verbrauches Aufdecken von Verlusten und ineffizientem Betrieb
Wege Intelligente Messwerterfassung (Intelligent Metering) unter
Einbeziehung der Nutzer Regelbasierte Überwachung
Hardware Software
Modellbasierte Überwachung EnEV+ EnergyPlus ennovatis Planning - VDI 2067 IDA-ICE Regressionsmodell
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Intelligent Metering
Vorraussetzung Zeitlich hoch aufgelöste Daten Darstellung in verschiedenen Kontexten
Beurteilung und Ableitung von Maßnahmen Sachverständige Nutzer Energiemanager
Beispiele EM Portal ISE Visualisierung
Vor- und Nachteile+ verfügbar - ermüdend und wenig effektiv bei funktionierendem
Betrieb
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Energieampel Nutzer Büro
tagesaktueller Vergleich des Verbrauchs auf Raumebene
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Energieampel Betreiber Büro
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Visualisation on Webpage
Visualisation on Webpage
http://demoportal.ennovatis.de/
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Regelbasierte Überwachung - Hardware
Neue Entwicklungen bei der Smartbox Alle relevanten Verbraucherdaten können erfasst werden. Erkennung von Defekten, Fehlern,
Unregelmäßigkeiten oder unnötigen "Energiefressern" durch die permanente Beobachtung von Lastgängen. So fallen ungewollte oder zu hohe Energie Verbräuche sofort auf und können umgehend – mit oft sehr einfachen und kostengünstigen Mitteln –beseitigt werden.
Störmeldungsmanagement, wie permanente Kennwertvergleiche, automatische Signalisierung der Störung, z.B. durch SMS, E-Mail oder Schaltausgang. Schalten von Relais aufgrund von vordefinierten Ereignissen.
Kabellose Verbindung zu Datenerfassungsgeräten über smartModule.
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Regelbasierte Überwachung - Software
Vorgehen wie bei intelligent metering aber jetzt auch Aktionen möglich wie z.B.
Benachrichtigung Hausmeister Darstellung Ergebnisse zur weiteren Analyse Nachricht an smartbox
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Modellbasierte Überwachung – Ziele
Zeitnahe Bewertung des Betriebes Zeitnahe Bewertung der Verbräuche Finden der Datensätze, die besondere Betrachtung
benötigen Bewertung von Korrekturmaßnahmen
Verwendung der Modelle allgemein Energieausweise Bewertung der Verbräuche Bewertung der Maßnahmen zur Erhöhung der
Energieeffizienz
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Modelbasierte Überwachung - Vorgehen
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Folgende Methoden werden untersucht
DIN V 1588 Norm und Individualverfahren für Jahres- und Monatswerte
VEC für Stundenwerte Energy+ für Stunden und Minutenwerte IDA-ICE Standard und vereinfachtes Verfahren für Gebäude
und Komponentenverhalten Regressionsverfahren für schnelle Prognose von
Stundenwerten
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Monatswerte
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Wichtige Ergebnisse
Anpassung Verbrauch an Bedarf bringt Einsparungen von bis zu 40%
Zeitnahe Koppelung Bedarf – Verbrauch möglich Dadurch frühzeitig Hinweise auf Änderungen im Betrieb
und/oder Bedarf Vorhersagegenauigkeit
Jahresbasis Individualrechnung 5% Monatswerte Individualrechnung 10% Tagesrechnung Regressionsverfahren 10 %
Regeln zum Eingriff sind noch zu erproben
Weitere Ergebnisse sollten wir zusammen festlegen
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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell
Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik
Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung
Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter
Dienstleistungsebene Service im Bereich EM
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Service im Bereich EM
Auf Basis eines Energiemanagement sind eine Vielzahl von Dienstleistungen möglich.
Sie können von Der Betriebsgruppe des Gebäudebetreibers Ennovatis Externen Energieberatern
erbracht werden Sie umfassen
Energieberichte Betriebsoptimierung (continuous commissioning) Fehlererkennung und Analyse Vorbeugende Wartung
Und können in der Regel leicht über die dadurch erzielbaren Einsparungen finanziert werden
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Intelligent metering Wohnungen
Verbrauch gering Verbrauch durchschnittlich Verbrauch hoch