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Energiemanagement – was wir können und was wir können sollten

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Energiemanagement –
was wir können und was wir können sollten
Prof. Dr. Fritz Schmidt
Dr. Ing. Roland Kopetzky
Konzepte zur optimierten
Betriebsführung von Gebäuden
Frankfurt, Juli 2006
© ennovatis GmbH
Nachhaltiges Energiemanagement minimiert Kosten
Inhalt
I.
Wer wir sind
• Vergleich mit Konkurrenten
II.
Was wir können
• Energiemanagement als Ergebnis bedarfsgerechter
Betriebsführung
• Wie können wir Verbrauchsdaten erfassen und daraus
lernen
III. Was wir können sollten –
auf dem Weg zu einem modellbasierten Energiemanagement
© ennovatis GmbH
2
Wer wir sind
¾ ennovatis ist eine Ausgründung des IKE der Universität
Stuttgart (gegründet Ende 2000)
¾ seit 2005 sind Stadtwerke Leipzig Mitgesellschafter
¾ Geschäftsziele von ennovatis sind
- Entwicklung effektiver und kostengünstiger Systeme zum
Energiemanagement in Gebäuden
- Vertrieb der Systeme
- Etablierung des Energiemanagements in der täglichen Praxis des
Gebäudebetriebes und des Facility Managements
¾ Firmenhauptsitz: Dechwitzer Str. 11, 04463 Großpösna
¾ Niederlassung Stuttgart: Tunnelstr. 14, 70469 Stuttgart
¾ Mitte 2006 ca. 25 Mitarbeiter und ca. 25 Servicepartner
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Wer wir sind: Unsere Gründe für Energiemanagement
¾ Kosten für Energie- und Wasserverbrauch stellen einen
relevanten Anteil der laufenden Betriebskosten dar (ca.
10% der Sachkosten) und steigen überproportional an
¾ Erhöhung der Energieeffizienz gewinnt an Bedeutung in
ökologischer, wirtschaftlicher und finanzieller Hinsicht
¾ Die Ergebnisse auch der ENOB Forschungsvorhaben lassen
neue Lösungsstrategien zu, die kosteneffektiv eingesetzt
werden können.
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Wer wir sind: Vergleich mit Konkurrenten
¾ Marktspiegel Energiemanagment Software
- erstellt durch die perpendo GmbH Aachen im Auftrag der
Energieagentur NRW
- vergleicht mit Stand Oktober 2004 27 Produkte, die auf dem
deutschen Markt verfügbar sind
- http://www.ea-nrw.de/_database/_data/datainfopool/
Marktspiegel_2005.pdf
¾ LBNL Studie
- webbased energy information systems for energy management
and demand response in commercial buildings, LBNL – 52510
April 2003
- vergleicht mit Stand April 2003 17 Produkte, die auf dem
amerikanischen Markt für kommerzielle Gebäude verfügbar sind
- http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/823939-xpaiFt/
native/823939.pdf
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Vergleich mit Konkurrenten: Ergebnisse der LBNL Studie 1
¾ Vier Hauptaufgaben der verglichenen Systeme
-
Metering and Connectivity
Visualization and Analysis Features
Demand Response Features
Remote Control Features
¾ Vier Hauptnutzen der verglichenen Systeme
-
Benchmarking
Load Shape Analysis
Fault Detection and Diagnostics
Savings Analysis
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Vergleich mit Konkurrenten: Ergebnisse der LBNL Studie 2
Vier Klassen von Systemen
¾ Basic Energy Information Systems
(Basic-EIS) Excel Strom
¾ Demand Response
Systems
(DRS) Utility Strom
¾ Enterprise Energy
Management
(EEM)
¾ Energy Management
and Control
Systems (EMCS)
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Vergleich mit Konkurrenten: Ergebnisse der LBNL Studie 3
¾ Enterprise Energy Management (EEM)
Hauptaufgabe benchmarking der Verbräche meist auf Jahresbasis
Vergleich aktueller Verbräuche gegen baseline
Hinweise auf grobe Fehler
¾ Energy Management and Control Systems (EMCS)
DDC Systeme zur Steuerung von Anlagen und Anlagenkomponenten
In der Regel keine Bestimmung des aktuellen Bedarfs
Keine Berücksichtigung von Wechselwirkungen
Oft fehlt Auswertesoftware für Energiemanagement
Eine gebäudespezifische, systematische Ermittlung von
Einsparpotentialen ist nur durch persönlichen Einsatz möglich
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Vergleich mit Konkurrenten: Ergebnisse der deutschen Studie 1
Eigenschaften und Funktionalitäten von EEM
¾ Datenbankstrukturen zur Aufnahme von Bestandsdaten von
Gebäude, Anlagentechnik und Verbrauchsdaten
¾ Darstellung des absoluten oder spezifischen
Energieverbrauchs getrennt nach Energieträgern in
Zeitreihen, z.T. in beliebigen Zeitintervallen
¾ Darstellung des absoluten oder spezifischen Energiekosten
getrennt nach Energieträgern in Zeitreihen, z.T. in beliebigen
Zeitintervallen
¾ Einzelauswertung oder kumulierte Werte z.B. über
Kommunen, Ortsteile oder Nutzergruppen
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Vergleich mit Konkurrenten: Ergebnisse der deutschen Studie 2
¾ Benchmarking anhand von Kennwerten aus statistischen
Erhebungen (z.B. VDI 3807, AGES Bericht, Kennwerte
eigener Liegenschaften)
¾ Witterungsbereinigung nach Heiztagen oder nach
Kühlgradstunden
¾ Verwaltung von Energieabrechnungen
¾ Programmmodule zur arithmetischen Verknüpfung von
Datenpunkten
Das alles sind Features, die mit Excel umgesetzt werden könnten.
Wir wissen aber aus ENOB, dass wesentlich mehr möglich ist
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Nachhaltiges Energiemanagement minimiert Kosten
Inhalt
I.
Wer wir sind
• Vergleich mit Konkurrenten
II.
Was wir können
• Energiemanagement als Ergebnis bedarfsgerechter
Betriebsführung
• Wie können wir Verbrauchsdaten erfassen und daraus
lernen
III. Was wir können sollten –
auf dem Weg zu einem modellbasierten Energiemanagement
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Energiebedarf und Energieverbrauch
Energiebedarf
¾ Jahresheizwärmebedarf (Nutzenergie) aus Gebäude mit
standardisierter Nutzung und Meteorologie
¾ Jahresheizenergiebedarf (Endenergie) durch Bewertung der
Anlagentechnik
¾ Berechenbar über Energiebilanz
Energieverbrauch
¾ tatsächlicher Verbrauch an Endenergie
= aktueller Bedarf + Verluste
¾ Messbar über Verbrauchszähler
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Wie kann man den Energiebedarf berechnen
1. Mittelung des Verbrauches über vergleichbare Gebäude
2. Berechnung des Jahresheizwärmebedarfs
Gebäude
¾ Jahreswerte nach VDI 3807/2
¾ Monatswerte nach ISO EN832 oder DIN 18599
¾ Stundenwerte nach VDI 2067
eine Zone
Energiepass
mehrere Zonen
Anlage
¾ Aufwandszahlen (etwa nach DIN 4701)
¾ Anlagensimulation (etwa über hx Diagramme)
Betrieb
¾ Testreferenzjahre
¾ Nutzen- und Betriebsprofile
Daraus bestimmen wir den Bedarf unter realen Bedingungen
(Meteorologie, Nutzung und Betrieb) - aktueller Bedarf
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Energiebedarf und Energieverbrauch
Aus dem aktuellen Energiebedarf lässt sich die untere
Grenze für den Energieverbrauch bestimmen.
Unterschiede zwischen aktuellem Bedarf und Verbrauch
deuten auf
1.
2.
falsche Abschätzung des Bedarfes oder
nicht bedarfsgerechten Betrieb der Anlagen
Senkung der Energiekosten
1.
2.
Anpassung Verbrauch an Bedarf - Energiemanagement
Reduktion des Bedarfs - Heizungserneuerung und/oder
Renovierung
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Handlungsfelder für Kostenoptimierung
1. Energiekonzepte und gesetzliche Nachweise zur
Bestimmung des Bedarfs
Investitionskosten
2. Energiecontrolling zur nachhaltigen Anpassung
des Verbrauchs an den aktuellen Bedarf
Verbrauchskosten
3. Betriebsführung
Betriebskosten
-
Minimierung von Inspektions- und Wartungsarbeiten
Anpassung der Betriebsparameter
4. Energiebeschaffung, Abrechnung und Vertragsmanagement
-
wirtschaftliche Gestaltung der Tarifmodelle
Überprüfung der Rechnungen
5. Beeinflussung Nutzerverhalten
-
Bereitstellungskosten
Fortbildung des technischen Betriebspersonals
Schaffung von Anreizsystemen
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Schulungskosten
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Handlungsfelder für Kostenoptimierung
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Wie kann man den Verbrauch an den Bedarf anpassen
bedarfsgerechter
Betrieb
fehlerfreier
Betrieb
effiziente
Anlage
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Elemente eines modernen Energiemanagements
DatenDatenErfassung
Erfassung
ennovatis smartbox
- Datenlogger
ennovatis controlling
- Verbrauchs
Monitoring
BedarfsBedarfsOptimierung
Optimierung
ennovatis EnEV+
ennovatis planning
- Berechnung Bedarf
- Reduktion Bedarf
KostenKostenOptimierung
Optimierung
ennovatis consulting - Energie Konzepte
ennovatis contracting - Finanzierung
VerbrauchsVerbrauchsMonitoring
Monitoring
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Nachhaltiges Energiemanagement minimiert Kosten
Inhalt
I.
Wer wir sind
• Vergleich mit Konkurrenten
II.
Was wir können
• Energiemanagement als Ergebnis bedarfsgerechter
Betriebsführung
• Wie können wir Verbrauchsdaten erfassen und daraus
lernen
III. Was wir können sollten –
auf dem Weg zu einem modellbasierten Energiemanagement
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Wie können wir Verbrauchsdaten erfassen
SMS, E-Mail,
FAX
Geräte
4x 230V Eingang
Heizung
ennovatis
Planning &
Controlling
Störmeldungen
4x Relaisausgang
Ethernet/RS232/RS485
Modem/ISDN
Lüftung
GSM/Bluetooth
M-Bus
Pegelwandler
bis zu
Berichte, Vertragskontrolle,
Bedarfsberechnungen, etc.
RS 232
250 Endgeräte
direkt
8 Eingänge
M-Bus fähige Endgeräte
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Pulse/Status
8 Eingänge
AD-Wandler
8 Eingänge
Temperaturen
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Energieampel für Wohnungen - Übersicht für Verwalter
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Energieampel für Wohnungen - Übersicht für Bewohner
Wohnungssicht
tagesaktueller Vergleich
für Wasser- und
Wärmeverbrauch
Hier
Wärmeverbrauch im
Januar über der
Außentemperatur
Absolut und im Vergleich
zu Gesmtverbrauch
Gebäude
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22
Energieampel für Wohnungen - Übersicht für Bewohner
Raumsicht
tagesaktueller Vergleich
für Wasser- und
Wärmeverbrauch möglich
Hier
Vergleich des
Wärmeverbrauchs der
Räume einer Wohnung
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23
Wie können wir aus den Daten lernen
¾ In den Daten tauchen Muster auf, die man wieder erkennen
kann
¾ Unterschiedliche Aggregationen und Darstellungen lassen die
Muster leichter erkennen
¾ Zeitnahe Darstellungen erlauben zeitnahe Reaktionen
¾ Wir können Muster und Maßnahmen sammeln und in
Werkzeugen wie dem
Energy Concept Adviser
für Energieberater zur Verfügung stellen
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Jahresmittelwerte: Vergleiche ähnlicher Gebäude - AGES
.
© ennovatis GmbH
25
Jahresmittelwerte ermöglichen Vergleiche - Mieter
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26
Monatsmittelwerte ermöglichen Fehlerfindung
Jahresverlauf des Wärmeenergieverbrauchs, witterungsbereinigt
MWh/a
Jahresverlauf des Wärmeenergieverbrauchs, witterungsbereinigt
140
120
100
80
60
40
20
0
Januar
Februar
März
April
Mai
Juni
Juli
August
Septem ber
Oktober
Novem ber
Wärm e, 2001
112,2
97,1
88,2
62,9
47,5
18,9
26,5
0,0
0,0
46,3
95,1
135,7
Wärm e, 2002
114,5
111,6
91,8
62,6
41,8
42,0
58,9
20,8
35,0
65,6
85,6
115,7
Wärm e, 2003
139,9
102,0
76,9
61,2
33,1
6,5
8,8
30,8
44,3
46,8
67,0
119,0
Wärm e, 2004
124,8
103,9
93,5
62,4
30,5
12,0
4,3
9,4
32,8
50,1
81,2
99,2
Wärm e, 2005
112,0
65,9
49,6
31,0
16,6
8,2
3,2
1,9
17,5
32,9
© ennovatis GmbH
Dezem ber
27
Tagesmittelwerte korrigieren fehlerhaften Betrieb
.
© ennovatis GmbH
28
Tagesmittelwerte korrigieren fehlerhaften Betrieb
.
© ennovatis GmbH
29
Stundenmittelwerte erlauben Bedarfsanpassung
www.offenburg.de/bbuero_bauen/ftp/
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30
Messwerte erlauben Eingriffe in Steuerung
Wärme
Strom
Innentemperatur
Außentemperatur
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Nachhaltiges Energiemanagement minimiert Kosten
Inhalt
I.
Wer wir sind
• Vergleich mit Konkurrenten
II.
Was wir können
• Energiemanagement als Ergebnis bedarfsgerechter
Betriebsführung
• Wie können wir Verbrauchsdaten erfassen und daraus
lernen
III. Was wir können sollten –
auf dem Weg zu einem modellbasierten Energiemanagement
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Was wir routinemäßig können sollten
¾ Erfassung von Verbräuchen auf stündlicher Basis
¾ Erfassung von Basisparametern – vor allem Temperaturen –
auf stündlicher Basis
¾ Interpretation der Verbrauchsdaten durch statistische und
grafische Verfahren
¾ Darstellung der Interpretationen in Standard-Reports
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Leistungsphase
Betriebsüberwachung,
weitere Optimierung
Grobanalyse
en
d
zu
ne
hm
Identifikation von
Einsparpotenzialen
e
Feinanalyse
An
al
ys
em
ög
lic
hk
ei
t
Datentiefe
Datentiefe, Modelldetailierung und Analysedetails
Energiebilanz
Detaillierungsgrad Modell
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Modellbasierte Interpretation der Verbrauchsdaten
¾ Es besteht ein Mangel an praxistauglichen Werkzeugen für
die Optimierung des energetischen Gebäudebetriebs und
dessen zeitnahe Überwachung.
¾ Benötigt wird ein Verfahren, das einerseits die Randbedingungen der Praxis, wie geringe Datengrundlage und
Kostenbeschränkungen berücksichtigt,
andererseits jedoch in der Lage ist, weitgehend automatisiert die Energiebilanz des Gebäudes zu ermitteln,
mögliche Einsparpotenziale zu identifizieren sowie den
optimierten Betrieb zu überwachen.
¾ Dazu ist es wichtig, den aktuellen Bedarf mit dem tatsächlichen Verbrauch vergleichen zu können und diesen Vergleich
weitgehend automatisiert durchzuführen.
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Anforderungen an Bedarfsmodell
¾ Modellierung von Gebäude und Anlagen
¾ Modellierung verschiedener Nutzungszonen
¾ zeitliche Auflösung im Stundenbereich (analog Messdaten)
¾ physikalische Modelle an diese Vorgaben angepasst
¾ Betrieb des Modells mit aktuellen Daten zu Meteorologie,
Nutzung und Betrieb
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Ziele der modellbasierten Interpretation
¾ Verstehen des Gebäudes und des Gebäudebetriebs
¾ Vorgabe unterer Grenzen für Verbrauch
¾ Aufzeigen sinnvoller Maßnahmen zur Reduktion von
Verbrauch und Bedarf
¾ Bewertung von Maßnahmen zur Reduktion des Verbrauchs
und damit Verminderung von Verschwendung
¾ Bewertung von Maßnahmen zur Reduktion des Bedarfs und
damit zur Erhöhung der Effizienz
¾ frühzeitiges Erkennen von überhöhten Verbräuchen
(Fehlererkennung und Diagnose)
¾ Optimierung von Wartungsarbeiten
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Angestrebte ennovatis - Lösung
¾ Modellierung von Gebäude und Anlagen analog DIN 18599
¾ Mehrzonenmodell mit stündlicher Beschreibung der Nutzung
und des Betriebs
¾ Modellierung nach DIN 18599 für monatliche Auflösung
¾ Modellierung nach VDI 2067 für stündliche Auflösung
¾ Datenerfassung mit ennovatis Smartbox
¾ Analyse, Überwachung und Optimierung mit ennovatis
Consulting
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
E-Mail: info@ennovatis.de
Telefon: 0711-806095-60
http://www.kenwo.de
http://www.ennovatis.de
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