Nicht wissen – macht nix?
Energieeinsparung durch Monitoring
15.3.2016 | Dr.-Ing. Eckehard Fiedler
Forschung und Entwicklung
Inhalt
1. Energie-Effizienz im Wandel
2. Bausteine der energetischen Optimierung
3. Monitoring als zentrales Element
4. Die neue VDI 6041
Caverion 2
Energieeffizienz:vom Wärmeschutzzur Anlagenoptimierung
Thomas Alva Edison,Januar 1880
Ölpreisentwicklung seit 1861-Nominal -Real (2011US dollars)
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1973: Ölkrise1880
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er Ölkrise (1973) be
erste Wärmeschutzv
6 erlassene Energiee
Von der Wärmedämmung zum Energiekonzept
Mitd
Die
197
gann ein Prozess des Umdenkens, der bis heute andauert.
erordnung (WärmeschutzV 1977) gründete sich auf das
insparungsgesetzes (EnEG):
{1) Wer ein Gebaud .rrichtet, das s iner Zweck•
bestimmung nach beh izt oder qekuhlt werden mull,
nachzu sparen, den Warmeschutz
zuund
iben.
entwerf en und auszufi.ihren, da.Bbeim Heizen Kuhl ..
nermeidbar Energiever•
luste unterbl
cCaverion 5
bestimmung
hat, um Energi
Mafsqabe
verordnung so
beim Heizen
luste unterbl
Energiesparender W armeschutzbei zu errlchtenden Gebauden
der nach Absatz 2 zu erlassenden Rechts•
Energieeffizienz im Wandel
1. WärmeschutzV 1977
2. WärmeschutzV 1982
3. WärmeschutzV 1995
? Caverion 6
Klimaschutz
cCaverion 7
G
Energieeffizienz im Wandel
1. WärmeschutzV 1977
2. WärmeschutzV 1982
3. WärmeschutzV 1995
EBPD 20022003
EnEV 2002Emissionshandel
2007EnEV
EEWärme 2009EnEV 2009
EnEV 2014
EnEV 2016…
8
Caverion
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Entwicklung von Forschung und Baupraxisaus dem Bericht zum 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung (2011)
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cQuelle: Fraunhofer-IBP
Caverion 9
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Forschu
RLT-Anlagen
mit Wärme- Schichten Hybrid-
rückgewin- 9 speicher Kühltürme
nung 7 2
Flächenheiz/kühlsysteme 8
7Brennwert-
kessel 6
5
3 4
Wärmepumpen Absorptionskälte
1 Erdsonden / Blockheiz-
Caverion 10 • cFlusswasser kraftwerk
Energieeffizienz durch „optimale“ Anlagentechnik ?
• Hilfsstrom • Warmeverluste • Nutzenergie Warmwasser • Hezworrne
32 KWh/m2a
Passivhaus Wiesbaden: Endenergieverbrauch für Heizung,Warmwasser und Lüftung (Bezug: Wohnfläche)
cCaverion 11
kWh/m2a Messjahr
2000/200160
i
50
40
30
20
10
0
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Bedarf
en
Betriebseffizienz „realer“ Anlagen
Nutzung
AktuelleHerausforderung
Regelung
Anlag -Bauphysik
Technik
Caverion 12
ere Gebäude
sch –
Anlagenbetrieb heute:
Wir betreiben uns
– energeti
Blindflug.im
Das ist kein Modell
für die Zukunft!
Caverion
Beispiel: Passivhaus (Wiesbaden)
kWh/m²aRohrleitun sverluste
Haushaltsstrom
kWh/m²a
cPrimärenergie !Caverion 14
Quelle: Biene Infodienst
1 0,4 kWh/m2a
1 O, lkWh/m2a
9,2 kWh/m2a
2,7 kWh/m2a
29 ,4 kWh/m2a
Warme Heizung 30kWh/m
Warmwasser
Rohrleitun
Strom Hilfsstrom 84
Bouiohr 1997
Anzahl 22 bau leiche Reihenhauser zu Gru en von ie 7 bzw. 8GebaudenWohnflache
0,44 h' (im Mittel)Luftwechsel Blower-door (n50-Wert)
A/V-Verhaltnis
en
Betriebseffizienz
Nutzung
Regelung
Anlag -Bauphysik
Technik
Caverion 15
Energieeffffiizziieennzz
iim Wandel -- Thesen
cCaverion 16
1. Die Optimierung der Bauphysik und Anlagentechnik
kommt zunehmend an die Grenzen des ökonomisch und
technisch Sinnvollen.
2. Gebäudetechnische Anlagen werden immer komplexer.
Effizienz im Betrieb stellt sich nicht mehr „automatisch“ ein,
es sind kontinuierliche Anstrengungen notwendig, um die
Effizienz-Ziele zu erreichen und aufrecht zu erhalten.
3. Innere und äußere Randbedingungen verändern sich im
Lebenszyklus eines Gebäudes. Energiekonzepte gehören
regelmäßig auf den Prüfstand.
Noch mehr Energie sparen,
aber wie?
Verändern
•••: B
/:
I
Q »> Nutzeneruieh ____.- (Raumgrenze)
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ÜberwachenEingreifen
Was bedeutet „Energie-Effizienz“
Berechnung des Energiebedarfs.................................11~~· ISO 50001
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Raum
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Primar•Energie
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..Quellen:Din 4701 Teil10.ndenergieVDI 2067 Teil2a1Caverion 18 (Gebaudegrenze)
Verteilung Speicherung
Erzeugung
Beispiel: Rotationswärmetauscher
• Wirkungsgrad ist abhängig von
–
–
–
–
Rad-Drehzahl
Verschleppung
Leckagen
Vereisung
-> Rückwärmzahl steigt beikleinerem Volumenstrom
an (bei 50% Volumenstrom
Φ = 70% -> 80%)
Wie bewerten wir den Betrieb
einer Wärmerückgewinnung?
Was sind Haupteinflussfaktoren?
Caverion
Betriebsüberwachung ?
Caverion
Parameter:
• V-Zuluft
• T-Zuluft-Ein
• T-Zuluft-Aus
• V-Abluft
• T-Abluft-Ein
• T-Abluft-Aus
• Druck
• Drehzahl
• Vereisung ?
• 7W_Verte1er
•vor1auf
so
40
20
Feb221600 Feb 23 000 Feb23800 Feb231600 Feb24 000 Feb24 8:00 Feb241600 Feb25000
.H H
.H H
R
Auswertestrategien ?
60
• uecallluf
cCaverion
W_HOO
W_H05
W_H10
• W_Ot.n
Wärmerückgewinnung mit Wärmerad
FO Abluft
AU Zuluft
Caverion
Luftgeschwindigkeit Spaltdichtung u = 30m/s
Leckage je mm Spalt V = ~1000 m³/h
∆p ~
500Pa
Leckageraten zwischen
Zu- und Abluft über 20%
sind keine Seltenheit!
Leckagemessung an Wärmerädern
cCaverion
Messen allein genügt nicht…wir benötigen wirksame Kennwerte!
Caverion
Parameter:
V-Zuluft
T-Zuluft-Ein
T-Zuluft-Aus
V-Abluft
T-Abluft-Ein
T-Abluft-Aus
Druck
Drehzahl
Vereisung ?
Komplexität handhabbar machen
Caverion
Monitoring = Beobachten
Begriffe
•
•
•
•
Erfassen
Speichern
Visualisieren
Auswerten
Monitoring =
der Zustände von gebäudetechnischenAnlagen
Man
1.
2.
3.
unterscheidet zwischen:
Anlagenmonitoring
Energiemonitoring
Gebäude / Behaglichkeits-Monitoring
Caverion
Was ist energetisches Monitoring ???
SystematischesErfassen von
Energieverbräuchen
Installation einerseparaten Messtechnik ?
Erfassen und Speichern
der Raumtemperaturen ?
Aufzeichnen aller Daten,
die in der Gebäudeautomation
ohnehin anfallen ?
Caverion
Speichern von Betriebsparametern ?
Technisches Monitoring (z.B. Speichern von Trends) ist heute
bei allen größeren Anlagen Standard.
Aber:
Es ist ein erheblicher, zusätzlicher Aufwand notwendig, um aus
vorhandenenAnlagenparametern energetischeAussagen zu
gewinnen. Nicht selten wird eine spezialisierte Messtechnik
benötigt!
Caverion
Energie ist kein Steuerungsparameter!
Klare Ziele definieren
Die Erfassung von energetischen Daten ist nur sinnvoll, wenn klar
ist, wofür diese genutzt werden können. Es müssen klare Ziele
formuliert werden, aus denen das Meßkonzept
umgekehrt! Benötigt werden:
° Nützliche Energiekennwerte
° Bewährte Erfassungskonzepte
° Konkrete Reaktions-Ziele
abgeleitet wird – nicht
Energetisches Monitoring ist eine Funktion der Gebäudetechnik. Wie
jede andere Technik muss sie frühzeitig und zielgerichtet geplant
werden.
Caverion
Meßstrecken an einer RLT-Anlage
cCaverion 31
• Auswartiges Amt
caver ion
--den-- aDeutsche Energie Agentur
° Fläche: 177.000 m² Bruttogrundfläche
° Energiekostenvorher: 1,95 Mio. €/a
° Einspargarantie: 604.000 €/a (31,1%)
° Investition: 3,0Mio. Euro
° Baukostenzuschuss: 1,2 Mio. Euro
° Haushaltsentlastung: 317.000 €/a
° CO2-Einsparung: 1.780 t/a (22,6%)
averion c° Garantiephase: Sept. 2011–Aug. 2021
Energiespar-Contracting für das Auswärtige Amt (2011-2021)
C
Die neue
VDI 6041
Was leistet die neue VDI 6041?
Definition der wichtigsten Begriffe und Zusammenhänge
Festlegung der Betriebsphasen ERM und LZM:
Caverion 34
Was leistet die neue VDI 6041?
c* Energieeffizienz von Gebäuden – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement
Caverion
Es werdeu folgende Qualitats-Kategorieu definiert:
gezeichuet.
Definition von Qualitätsstufen des Monitoring in Anlehnung
an die DIN EN 15232*
Kat 1, Niedrig: Minimaler techni cher Aufwand,
Verweuduug vor allem vorhaudeuer Oaten
Kat 2 Mlttel: Es werden in geringem Umfang zusatz•
liche Sen oreu verweudet, die eine weseutliche
Steigerung der Aussagekraft ermoglicheu
Kat 3, Hoch: Das System verfugt uber eigeue Seuso•
reu. die eine tiefergeheude Analyse des energeti•
schen Verhalteus erlaubeu. Bei kumulierteu Gro•
Schnittstellen / Abgrenzung Ben wird zusatzlich die Momeutauleistuug auf•
zu
° Inbetriebnahme-Management nach VDI 6039
° Betreiben nach VDI 3810
° Planung nach VDI 3814
Was leistet die neue VDI 6041?
Caverion
Vorgabe für Lastenhefte
Anforderungen an Monitoring-Systeme
Konzeption
Planung
Installation
Inbetriebnahme
Betrieb
Arbeitshilfen bei der Ausschreibung von TM-Systemen
Festlegung der Zuständigkeiten
Was leistet die neue VDI 6041 nicht…
cCaverion
Eine Konkretisierung der notwendigen GA-Funktionen
-> VDI 3814 (Gebäudeautomation)
Kostenbewertung, Veränderung der Rahmenbedingungen für
die Planung, Errichtung und Inbetriebnahme von Monitoring-
Systemen
Auflösen von Widerständen:
Transparenz ist nicht bei allen Baubeteiligten erwünscht
Rechtliche Bedenken (Datenschutz)
Fehlende Organisation zur Nutzung der Systeme
Zusammenfassungund Ausblick
Zusammenfassung
° Anlagen werden komplexer: Monitoring und Betriebsüberwa-
chung werden zum Schlüssel für Energieeffizienz.
° Je anspruchsvoller Projekte sind, desto geringer ist die
Chance, Effizienzziele „Schlüsselfertig“ zu erreichen.
° Die neue VDI 6041 definiert die Randbedingungen und Anfor-
derungen an das technische und energetische Monitoring
von Gebäuden.
° Die Richtlinie bietet eine Grundlage, Monitoring in den
Planungs- und Bauablauf sowie den Betrieb zu integrieren.
Caverion
Ausblick
Weitere Schritte sind notwendig, um Monitoring als obliga-
torische Bauleistung zu verankern (z.B. Erweiterung der VDI
3814).
Einheitliche Standards zum Austausch von Energiedaten
zwischen Anlagenteilen fehlen weitgehend.
Es besteht noch erheblicher Forschungsbedarf, damit Monito-
ring zuverlässig, einfach handhabbar und wirksam wird. Hier
sind Prozeßspezialisten und Anlagenbauer gefragt, Ihr Know-
How in Form von best-practice Beispielen und Planungshilfen
niederzulegen.
Caverion
Vielen Dankfür IhreAufmerksamkeit