Optimierter Gebäudebetrieb

Energiemonitoring-Systeme als Datenlieferanten

Die technische Basis für die dafür erforderliche Energiedaten-Transparenz und eine entsprechende Verbrauchseffizienz schaffen Energiemonitoring-Systeme. Ein solches System besteht aus Messgeräten, die Energiedaten erfassen, und einer Analysesoftware, mit der sich diese Daten visualisieren und auswerten lassen. Störungen in technischen Anlagen können so frühzeitig identifiziert werden, Ausfälle präventiv vermieden und der gesamte Gebäudebetrieb energieef-fizienter gestaltet werden. Das Energiemonitoring-System aus dem Sentron-Portfolio von Siemens z. B. umfasst die Energiemonitoring-Software powermanager sowie passende Messgeräte. Im Zusammenspiel bilden sie ein durchgängiges System, das vom TÜV Rheinland auf Konformität zur Unterstützung eines Energiemanagementsystems gemäß ISO 50001 zertifiziert wurde.

Die Messung von elektrischen Energie-daten erfolgt in der Regel direkt über Messgeräte der 7KM PAC-Reihe. Sie erfassen bis auf Anlagenebene präzise, reproduzierbar und zuverlässig elektrische Energiedaten wie Spannung, Strom und Leistung für Einspeisung, elektrische Abgänge oder einzelne Verbraucher. Zudem liefern sie umfassende Informationen über die elektrische Energieverteilung und wichtige Messwerte zur Beurteilung der Anlagenzustände und der Netzqualität.

Konkret für den Einsatz in Gebäuden sind die neuen Messgeräte 7KT PAC 1600 konzipiert. Sie können in Energie- und Installationsverteilern eingesetzt werden und bieten eine Anzeige der Werte direkt am Display des Messegeräts. Modbus RTU- und M-Bus Schnittstellen sind integriert. Spezielle Gerätevarianten sind nach der europäischen Measuring Instruments Directive (MID) geprüft. Die MID-Zertifizierung erlaubt es, die Kosten für den gemessenen Energieverbrauch weiter zu verrechnen. Neu verfügbar ist auch das Mehrkanal-Strommesssystem SEM3, ein skalierbares und ISO 50001 und 50003-konformes System für die Energie-Hauptverteilung. Es ermöglicht die Erfassung von bis zu 45 Messpunkten im Gebäude sowie eine ­Visualisierung im Webserver oder in der Software powermanager bis hin zum direkten Vergleich einzelner Verbraucher und der Identifikation von Stromspitzen.

Die Visualisierung der erfassten Energieströme erfolgt ebenfalls über die Energiemonitoring-Software. Sie überwacht und archiviert die von den Geräten erfassten elektrischen Kenngrößen wie Spannungen, Ströme, Leistungen, Energiewerte und Frequenzen. Dabei ist es unerheblich, ob die Daten aus einem Messgerät, aus einem kommunikationsfähigen Kompaktleistungsschalter oder aus einem anderen vorhandenen Zähler stammen. Hardwareseitig benötigt der powermanager lediglich einen Windows-PC und ein LAN-Netzwerk für Ethernet (Modbus TCP).

Cloudbasierte IoT-Systeme

Ein nächster Schritt im Energiedatenmanagement ist die Integration der Messwerte in cloudbasierte IoT-Systeme. Denn gerade auch in der Elektro- und Gebäudetechnik bietet die systematische Nutzung von IoT-Plattformen charakteristische Vorteile: Der Aufwand für eine eigene IT-Infrastruktur für das technische Gebäudemanagement lässt sich wesentlich reduzieren. Zudem kann ein enormes Datenvolumen gespeichert und verarbeitet werden, das ortsunabhängig für umfangreiche Analysen zur Verfügung steht. Die offene IoT-Plattform Mind­Sphere etwa macht es möglich, große Datenmengen von unterschiedlichen Geräten und Anlagen im Gebäude zu verarbeiten, auszuwerten und miteinander zu vergleichen. Die Potenziale sind enorm: etwa geringere Ausfallzeiten und eine nochmals erhöhte Energieeffizienz. Und die Einbindung von Energiedaten ­in digitale Cloud-Umgebungen ist schon heute ein wesentlicher Baustein im digitalen Gebäude.

Cloudbasiertes Energiedaten-Management in der Praxis

Ein aktuelles Praxisbeispiel dafür ist das Einkaufszentrum im finnischen Sello: Über eine gezielte, IoT-basierte Auswertung von Verbrauchsdaten aus Energie, Heizung, Lüftung und Klimatisierung ­sowie aktuellen Daten von Luftqualität- und Temperatursensoren in Kombination mit prognostizierten Auslastungszahlen und Wettervorhersagen identifizierte Siemens Verbesserungspotenziale für den Betrieb des Einkaufszentrums. Es entstand ein umfassendes Optimierungsprogramm für das Gebäudesystem mit Fokus auf Energieverbrauch und Luftqualität. Konkret heißt das: 50 % weniger Energieverbrauch und weniger Fernwärmebedarf, 20 % geringere CO₂-Emissionen sowie Einsparungen von über 100.000 € pro Jahr.

Und auch der Elektrogroßhändler Rexel setzte bei der Einführung eines Energiemanagements gemäß ISO 50001 im österreichischen Zentrallager auf die Anbindung des Energiemonitoring-Systems an MindSphere. Dafür entwickelten Rexel und Siemens eine spezifische MindSphere Applikation. Das Einsparpotenzial liegt jährlich bei 150.000 kWh elektrischer Energie und 60 t CO₂. Zudem nutzt Rexel MindSphere künftig als Basis für die Entwicklung neuer Kunden-Services.

Effizientes Engineering mit digitalen Zwillingen

Mit der zunehmenden Digitalisierung steigen die Anforderungen an eine adäquate Auslegung der elektrischen Energieverteilung. Und so sollte deren Ein­bindung in die Digitalisierung im frühestmöglichen Stadium beginnen – schon bei der elektrotechnischen Planung, also weit vor dem eigentlichen Bau von Schaltanlagen und Verteilersystemen.

Building Information Modeling, kurz BIM, bietet hierfür ideale Voraussetzungen: Von der Planung über Bau bis hin zum laufenden Betrieb lassen sich mit BIM die Produktivität und Effizienz in allen Lebenszyklusphasen eines Gebäudes maßgeblich erhöhen und gleichzeitig Kosten senken. Möglich macht das die Verknüpfung von Gebäudedaten mit nichtgeometrischen Daten wie Kosten, Terminen und technischen Informationen. Das digitale Gebäudemodell sorgt damit für eine transparente, datenbasierte Zusammenarbeit aller Beteiligten über den gesamten Lebenszyklus eines Bauwerks hinweg. Siemens stellt bereits nahezu alle Produkte des Portfolios für die Gebäudetechnik und Energieverteilung als digitales Abbild für eine Planung mit BIM zur Verfügung. Damit besteht eine konsistente Datenbasis, auf der die Errichtung, aber auch der spätere Betrieb der Gebäude optimiert werden kann.