Energiemonitoring in Bestandsgebäuden Im Experteninterview geht die IKZ-FACHPLANER-Redaktion der Frage nach, wie Energieströme in Bestands­gebäuden mithilfe von Energiemonitoring-Lösungen optimiert werden können.

IKZ-FACHPLANER: Energiemanagement-Lösungen sind bei den Herstellern zurzeit ein großes Thema. Die Besucher der diesjährigen Light+Building konnten sich davon überzeugen: Fast alle Gebäudeautomations-Anbieter zeigten Lösungen zur Verbrauchsüberwachung und -optimierung. Besteht bei Ihnen bereits Nachfrage nach umfassenden Systemen oder ist das alles eher noch Zukunftsmusik?

HANNES LÜTZ: Tatsächlich haben wir eine zunehmende Nachfrage nach Verbrauchs­überwachung und -optimierung und aus meiner Sicht wächst dieser Bedarf ständig. Wir betreuen zunehmend Projekte, in denen entsprechende Systeme eingebaut werden. Als Gebäudeautomationsanbieter ist das für uns kein Problem, da wir diese Lösungen quasi im Rucksack mit drin haben. Allerdings sind die notwendigen Vorarbeiten im Gebäude relativ kostenintensiv, weshalb vor allem Kommunen bei entsprechenden Lösungen in Bestandsgebäuden nur zögerlich investieren.

IKZ-FACHPLANER: Wenn man früher auf den Messen nach Datenloggern für Verbrauchsdaten gefragt hat, bekam man oft zur Antwort: „… ist prinzipiell möglich, aber nicht üblich“. Inzwischen ist es geradezu zum Trend geworden, dass man Energie-Monitoring im Portfolio hat. Ein Markt mit Zukunft für die Gebäudeautomation?

HANNES LÜTZ: Für uns ist das ein Zusatzgeschäft zur Regelungstechnik, wobei ich den Begriff des „Energie-Monitoring“ gerne erweitern möchte: Im Bereich der normalen Betriebsparameter haben wir schon immer Monitoring betrieben. Unter Betriebsparameter ver­stehe ich beispielsweise Temperaturen und Verläufe von Sollwerten, die über Zeitprogramme definiert sind. Das heißt, wir haben schon immer überprüft, ob eine Anlage stabil arbeitet. Die Arbeitsweise einer Anlage kann man sich mit einer Gebäudeautomations-Zentrale wie unserer „ARENA“ anzeigen lassen. Was in jüngerer Zeit hinzu kommt, ist die Aufschaltung von Energie-, Stoff-, Wärme- und  Kälteströmen. Konkreter Anlass für die zusätzliche Datenerfassung ist die Gesetzgebung, denn Normen wie die EU-Gebäuderichtlinie EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) und die Ener­gieeinsparverordnung (EnEV) verlangen, dass bei energetischen Sanierungen in Bestandsgebäuden bestimmte Mindestanforderungen eingehalten werden. So wird es quasi zur Pflicht, bei größeren Sanierungen ein entsprechendes Energie-Monitoring zu betreiben.

IKZ-FACHPLANER: Wie schätzen Sie die möglichen Energieeinsparungen – beispielsweise in Bestands-Bürogebäuden – durch die bloße Optimierung der Regelung ein?

HANNES LÜTZ: Meiner Einschätzung nach sind die Potenziale sehr groß. Sogar viel höher als allgemein diskutiert wird. Selbst mit einfachen Maßnahmen kann man beachtliche Einsparpotenziale erreichen. Durch die Optimierung der Regelung im Heizungsbereich sind wir in der Lage, 15 bis 20% einzusparen. Im Bereich von Lüftungsanlagen liegt das Einsparpotenzial noch deutlich höher. Hier können bis 50% und mehr an Ener­gie eingespart werden. Das lässt sich auch durch Zahlen belegen. Beim Einsatz von Luftqualitätsregelung mit variabel angesteuerten Ventilatoren wurden Einsparpotenziale von über 50% nachgewiesen.

IKZ-FACHPLANER: Eine durchdachte energetische Gebäudesanierung fordert vom Planer ja zunächst einmal eine Bestandsaufnahme. Hierzu gehört neben der Aufnahme der Betriebsparameter von vorhandenen Heizungs-, Klima- sowie Lüftungs- und Beleuchtungsanlagen, auch die Erfassung der Energieströme nach dessen Verursachern. Wie lässt sich ein solches Monitoring in der Praxis umsetzen?

HANNES LÜTZ: Um Stoff- und Energieströme aufnehmen zu können, muss man zunächst einmal definieren, wie und auf welche Verbraucher man diese Stoffströme beziehen will. Will man beispielsweise die Energieströme eines einzelnen Heizkreises erfassen, so muss auch die Hydraulik entsprechende  Voraussetzungen erfüllen. Für jeden Gebäudebereich, den man getrennt erfassen will, wird eine abgeschlossene Hydraulik benötigt. Ist das nicht der Fall, dann müssen Änderungen an der vorhandenen Heizungsanlage vorgenommen werden.

IKZ-FACHPLANER: Das heißt, vor dem MSR-Techniker kommt wie im Neubau zunächst der Heizungsbauer?

HANNES LÜTZ: Ja durchaus. In solchen Fällen müssen zunächst neue Regelkreise eingebaut werden, die nur für die zu überwachenden Gebäudebereiche zuständig sind. Erst, wenn alles hydraulisch entsprechend eingerichtet ist, können Energiezähler eingebaut werden, die dann z. B. stockwerksweise Energiemengen mitzählen. Das Gleiche gilt entsprechend für Lüftungsanlagen wie für Elektroverbraucher. Wenn Sie Gruppen von Elektroverbrauchern separieren wollen, muss natürlich für jede Gruppe ein eigener Stromkreis existieren. Außerdem muss im Schaltschrank für die Zähler Platz vorhanden sein. Der mit einer Energieberatung beauftragte Fachplaner muss daher zunächst einmal untersuchen, ob das Gebäude überhaupt für diese Art von strukturierter Energieerfassung geeignet ist, oder ob vorher Änderungen erforderlich sind. Auch aus Kostengesichtspunkten ist das ein wichtiger Aspekt.

IKZ-FACHPLANER: Eine Hauptursache von zu hohem Energieverbrauch in HLK-Anlagen ist häufig eine fehlerhafte oder zu komplexe Anlagenhydraulik. Beispielsweise sei ein Stellventil mit schlechter Regelcharakteristik aufgrund zu geringer Ventilautorität genannt oder sich gegenseitig beeinflussende Pumpenvolumenströme. Damit sind Energiemanagement- oder Monitoring-Sys­teme überfordert, oder?

HANNES LÜTZ: Fehlfunktionen der Lüftungs- und Heizungsanlagen können natürlich über ein Monitoring erfasst werden. Sie können sich das so vorstellen: Mithilfe des Monitoring-System werden alle Betriebsparameter mitgeschrieben und Sie können beispielsweise sehen, ob die Ventilausgänge auf- und zugehen, und ob Regelkreise instabil sind – d. h. ob sie „schwingen“. Insbesondere bei großen Kesselanlagen ist Monitoring wichtig, um zu erkennen, ob die Anlagen stabil laufen. Grund hierfür ist die enorme Trägheit dieser Kesselanlagen, die aufgrund der großen Wassermengen nicht im Minutentakt, sondern im Stunden- oder sogar im mehrstündigen Takt schwingen können. Für die Messdatenerfassung bzw. -speicherung benötigen Sie eine Zentrale.
Wir haben die Erfahrung gemacht, dass die Anlagenverantwortlichen häufig überrascht sind, wie schlecht der Wirkungsgrad ihrer Anlagen ist, sobald sie Zugriff auf die Daten durch eine nachgerüstete Zentrale haben.

IKZ-FACHPLANER: Um das zu erkennen, braucht man aber Spezialkenntnisse, oder?

HANNES LÜTZ: Nein, eigentlich nicht. Die Zentralen werden heute vom Hersteller so eingerichtet, dass man anhand von Farben und Bewegungen auf den dargestellten Trendkurven auch ohne Spezialkenntnisse erkennen kann, ob eine Anlage stabil läuft oder nicht. Stellt man fest, dass die Anlage nicht zuverlässig arbeitet, sind je nach Ursache verschiedene Maßnahmen denkbar: Das geht vom Austausch einzelner Klappen oder Ventile bis zum Ersetzen eines Ventilators, wenn dieser zuviel Luft transportiert.

IKZ-FACHPLANER: Der Eigentümer oder Nutzer eines Gebäudes ist in der Regel gar nicht in der Lage, den wirtschaftlich optimalen Betrieb seiner Gebäudetechnik zu erkennen oder einzuschätzen. Insbesondere nach einer Investitionen in eine effiziente Strom- und Wärmeversorgung oder eine raumlufttechnische Anlage erwartet der Betreiber ja nennenswerte Einsparungen. Ein Markt für Energiedienstleister, Facility-Manager oder gar Energieberater? Wer ist Ihrer Ansicht nach in der Lage, neben der Datenerfassung und Auswertung die richtigen Maßnahmen zur Optimierung abzuleiten?

HANNES LÜTZ: Ich bin der Meinung, dass insbesondere Ingenieurbüros dafür geeignet sind. Die Ist-Situation – durch Monitoring-Werkzeuge transparent gemacht – in einen Maßnahmenkatalog umzusetzen, erfordert sehr viel Erfahrung und Vergleichsmöglichkeiten mit anderen Gebäuden und Situationen.  Beim Vergleich von Gebäuden müssen über die Gebäudehülle hinaus auch die internen Prozesse und Strukturen betrachtet werden, deshalb können Gebäude nur bei gleicher Nutzung miteinander verglichen werden. Nur so erhält man Vergleichsparameter und kann beurteilen, ob die erfassten Daten normal sind oder Potenzial für Energieeinsparungen bieten. Die darauf aufbauenden Maßnahmen zu entwickeln, erfordert sehr viel Erfahrung auf verschiedenen Ebenen.

Dipl.-Ing. Ronny Scherf: „In Bestandsanlagen werden häufig nicht einmal die einfachsten regelungstechnischen Optimierungen durchgeführt.“

RONNY SCHERF: Ich sehe neben der angesprochenen komplexen Ebene noch eine weitere: In vielen Gebäuden beobachten wir die Tendenz, dass noch nicht einmal einfachste Optimierungsmaßnahmen realisiert werden. Beispielsweise die Abstimmung verschiedener Zeitprogramme auf die tatsächliche Gebäudenutzung. Dank der Automatisierung wäre der Betreiber eigentlich in der Lage, durch Anpassung der Zeitprogramme für Heizungs-, Lüftungs-, Klima- und Lichtanlagen an das Nutzungsverhalten, enorm viel Energie einzusparen. Für diese einfachen Anpassungen ist kein spezifisches Expertenwissen gefragt – und dennoch wird nur selten etwas unternommen. Anders bei der genannten komplexen Optimierung, die nur von Ingenieurbüros, Regelungstechnikern oder beispielsweise CentraLine-Partnern geleistet werden kann. Eine zeitliche Visualisierung des Energieverbrauchs über den Tag verknüpft mit der Frage, ob der dargestellt Verbrauch der Nutzung des Gebäudes entspricht, kann enorme Einsparpotenziale aufdecken. 

HANNES LÜTZ: Ich stimme Herrn Scherf zu. Über eine Zentrale, also durch die Visualisierung und das Mitschreiben von beispielsweise Raum-Ist-Temperaturen, wird deutlich, welche Auswirkungen durch das Anpassen von Zeitprogrammen erzielt werden können.
Das gesamte Thema der Anlagenträgheit spielt hier mit hinein, ist aber am Regler selbst nicht erkennbar. Nur wer mitschreibt erkennt, wie träge eine Fußbodenheizung, eine Betonkernaktivierung oder eine Lüftungsanlage ist. Und erst dann können verspätete oder verfrühte Einschaltbedingungen optimiert und das richtige Sollwertprofil erzeugt werden, um beispielsweise in Bürogebäuden zu Arbeitsbeginn warme Räume und nach Feierabend einen Absenkbetrieb zu ermöglichen.

IKZ-FACHPLANER: Optimal für die Einrichtung von umfassenden Energiemanagement-Systemen ist sicher der Neubau. Allerdings beschäftigen sich Planer heute immer mehr mit der energetischen Sanierung von Bestandsgebäuden. Wie sollte hier aus Sicht der Gebäudeautomation vorgegangen werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen?

HANNES LÜTZ: Bei Bestandsgebäuden ist es erforderlich, alles infrage zu stellen. Anlagen, die vor 20 Jahren gebaut wurden, sind natürlich technologisch nicht mehr auf dem neuesten Stand, und man muss überlegen: Brauche ich die Luftmengen, für welche die Anlage ausgelegt wurde, tatsächlich? Brauche ich die Kesselleistung, die eingebaut ist? Wir würden immer zuerst über die Regelung versuchen, die Anlage von den Kapazitäten her in den Griff zu bekommen. Eventuell kann es schon helfen, andere Regelungsparameter mit einzubeziehen. Beispielsweise durch eine Lüftung, die sich nicht auf die Grundfläche oder auf die Anzahl der Personen bezieht, sondern nach Luftqualität arbeitet. Damit hat man den Ist-Zustand mitparametriert und kann genau die Mindestluftmenge einbringen, die nötig ist – nicht mehr und nicht weniger.
Das gleiche geht bei der Heizung natürlich auch. In komplexen Gebäuden, wird die Heizungsanlage nicht einfach nach einem einzigen festen Programm betrieben, sondern man verwendet komplexere Schaltprogramme. Alternativ arbeitet man mit Anwesenheitsfühlern, welche die Anlage steuern und bedarfsgeführt die entsprechenden Sollwerte wählen. Ist keiner mehr da, wird das System auf Stand-by heruntergefahren. So geht man heute in Hotels und Bürogebäuden vor. Meiner Meinung nach muss zunächst die Optimierung der HLK-Anlage betrachtet werden, und erst danach ist es notwendig, große Kessel durch einen Brennwert- und einen Stand-by-Kessel zu ersetzen bzw. über die Einbindung regenerativer Ener­gien nachzudenken.

RONNY SCHERF: Egal, ob der Planer eine Anlage um herkömmliche oder regenerative Systeme erweitert, sollte er immer darauf achten, alle Anlagenteile zu integrieren und keine Insellösungen zu schaffen. Durch die offenen Kommunikationsstandards, die viele Anlagen bieten, ist man in der Lage, Prozessinformationen des Bestandes für die Erweiterungen zu nutzen. So können übergreifende Management-Funktionen realisiert werden. 

IKZ-FACHPLANER: Insellösungen sind ein gutes Stichwort. Wie erfolgt eigentlich der Zugriff durch die Integrationsplattform beispielsweise auf Insellösungen wie eine vorhandene Heizkesselregelung?

RONNY SCHERF: Die beste Voraussetzung für den Austausch von Informationen ist ein offener Kommunikationsstandard. In der Gebäudeautomation gibt es mehrere Kommunikationsstandards, die den Markt prägen. Dazu zählen LON, BACnet, Modbus, Knx und bei Beleuchtungsanlagen beispielsweise Dali. Diese Kommunikationsstandards werden zum Teil von Bestandsanlagen unterstützt und für den Austausch von Informationen zwischen den einzelnen technischen Systemen genutzt. Wir sind durch die Integrationsplattform „AX“ in der Lage, mit diesen Anlagen Informationen auszutauschen. Das heißt konkret, dass wir in solchen Fällen Werte bereits installierter Fühler und Zähler, aber auch interne Werte wie z. B. Sollwerte, Betriebszustände usw. einbinden, anzeigen, aufzeichnen und beeinflussen können. Mit der Integrationsplattform können wir außerdem zusätzliche Zähler einbinden. Und wir können zusätzliche I/O-Module installieren, falls die bisherigen Informationen nicht ausreichen. Im Idealfall können wir auch wieder schreibend auf die Bestandsanlage zurückgreifen. Es ist beispielsweise möglich, von „außen“ ein Zeitprogramm oder die Regelparameter eines BACnet Reglers zu manipulieren, um übergeordnete Energieoptimierungsstrategien zu realisieren.

IKZ-FACHPLANER: Wie sieht es in älteren Anlagen aus, deren Regelung keine Kommunikationsmöglichkeiten bietet?

HANNES LÜTZ: Bei älteren Anlagen stehen die Chancen relativ schlecht. Wird kein Kommunikationsstandard unterstützt, muss die DDC-Anlage ersetzt werden. Die Fühler können wir unter Umständen weiter nutzen. Das heißt, alte Anlagen müssen nur durch neue DDC-Anlagen ersetzt werden. Grosse Teile der Peripherie, inklusive Antriebe und Fühler, können bestehen bleiben. Zusätzlich haben wir bei unseren DDC Sys­temen die Möglichkeit, Fühler weiterzuverwenden, selbst wenn es sich um Fabrikate anderer Hersteller handelt. Für die Verkabelung heißt das, dass im schlimmsten Falle nur die Fühlerelemente ersetzt werden müssen. Natürlich muss man ganz klar sagen, dass die Funktionen, die heutzutage möglich sind, mit alten Analog-Reglern nicht verwirklicht werden können. Praktisch alle Automationsvorgänge, die zur Energieeinsparung führen – wie die automatische Anpassung von Heizkennlinien an den Bedarf – sind nur in neuen Reglern integriert.

IKZ-FACHPLANER: Welche Möglichkeiten bestehen hinsichtlich Einbindung, Auslesung und nachträglicher Auswertung von Zählern?

RONNY SCHERF: Wir unterstützen neben einfachen Zählern mit Pulsausgang eine Vielzahl von „MBus“-Zählern, Zähler mit „ModBus“-Schnittstelle sowie „LON“-Zähler. Diese Zähler können wir auf unsere Systeme aufschalten und die Daten in den übergeordneten Zentralen zum Monitoring nutzen. Impulszähler binden wir über unsere digitalen Eingangsmodule ein.

IKZ-FACHPLANER: Welche Funktion hat die mehrfach angesprochene Leitzentrale im Bezug auf das Monitoring?

HANNES LÜTZ: Ein großer Vorteil, den Leitzentralen bieten, ist natürlich die Fern­überwachung, da moderne Zentralen einen webbasierten Zugriff ermöglichen. Auch aus der Ferne erhält der Anwender dank der Zentrale eine Übersicht über die gesamten Betriebseigenschaften. Und genau hier beginnt, meiner Meinung nach, bereits die Wirkung des Monitorings, denn die Visualisierung des Anlagenverhaltens und der Verbräuche beeinflusst das Nutzungsverhalten und schärft das Bewusstsein. Die Erfahrung zeigt, dass alleine das Wissen um den Ener­gieverbrauch ein einfaches Mittel ist, um Energie zu sparen. Denken Sie nur an die Verbrauchsanzeigen in Autos: Wer eine solche Anzeige hat, der fährt automatisch sparsamer. Da lassen sich gewisse Analogien zum Gebäude ziehen. Wenn transparent gemacht wird, was an Energie durch das Gebäude fließt, dann stellt man sich eher die Frage, ob es nötig ist, soviel Warmwasser, Frischwasser oder Gas und Öl zu verbrauchen. Das sollte automatisch dazu führen, dass Aktionen aus dem Wissen abgeleitet und Prozesse und Funktionsweisen im Gebäude überprüft werden.

Bilder: CentraLine, Honeywell GmbH, Schönaich

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