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Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch – Energie-Navigator – Ein Werkzeug zur Betriebsoptimierung von Gebäuden

Energie-Navigator

Ein Werkzeug zur Betriebsoptimierung von Gebäuden – virtueller Teststand für Gebäude-Performance In unseren Städten und Gebäuden wird sich die Energiewende entscheiden: Hier werden 40% der CO2-Emissionen verursacht. Glücklicherweise stehen schon heute viele der notwendigen Lösungen zur Verfügung, um die angestrebten Reduktionsziele zu erreichen. Sogar EnergiePLUS-Gebäude – d.h. solche, die in der Jahresbilanz mehr Energie aus erneuerbaren Ressourcen gewinnen, als zu ihrem Betrieb erforderlich sind - sind bereits gebaut und vermessen worden. An fehlenden Technologien oder integralen Konzepten wird die Energiewende im Gebäudebereich deshalb nicht scheitern – der Schlüssel liegt vielmehr in der Qualität, mit der wir die Gebäude in Planung, Errichtung und Betrieb umsetzen. Eine der wichtigsten Herausforderungen bildet dabei die Gebäudeautomation und die Transparenz der Energieeffizienz für die Nutzer. Energieoptimierte Gebäude: Konzepte und Qualitäten In wohl kaum einem Bereich wurden in den letzten 30 Jahren so große Fortschritte in Sachen Energieeffizienz gemacht wie in Gebäuden. Die technologischen Innovationen reichen von der massiven Reduzierung der Wärmeverluste über opake und transparente Flächen durch Dämmung und Verglasungen über einzelne Komponenten, insbesondere der Beleuchtung, Pumpen und Ventilatoren, bis hin zu allgegenwärtiger Elektronik, die von der Pumpe über den Sonnenschutz bis zur Anlagenautomation und Leittechnik ganze Gebäude optimal steuern kann. Darüber hinaus wurden durch integrale Planung und die

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gemeinsame Betrachtung der Bereiche Architektur, Bauphysik sowie Gebäude- und Energietechnik ganzheitliche Energie- und Komfortkonzepte für Gebäude entwickelt. Ermöglicht wurden diese optimierten Konzepte durch eine integrale Planungskultur und innovative Planungswerkzeuge wie die dynamische Gebäudesimulation. Mit der EnEV 2007 und der DIN V 18599 ist die integrale Planung zum Standard des Planens und Bauens geworden.

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Abbildung 1: Energie-Plus-Gebäude für die Zukunft: Die Konzepte sind vorhanden

Abbildung 2: Integrale Planung: Energie-Forum, Berlin und Regionshaus, Hannover

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Ausgehend von ohnehin schon hohen energetischen Standards wurden die energetischen Planungsziele für Gebäude seit der Einführung der EnEV 2007 in einem ersten Schritt um 30 % abgesenkt und werden 2015 nochmals verschärft. Demonstrationsgebäude haben längst gezeigt, dass der von der Europäischen Kommission für 2020 angestrebte Energiebedarf von „near zero“ heute schon möglich ist. Und die ersten Gebäude mit einem Energie-Plus in der Jahres-Bilanz haben den Praxistest bestanden und sind publiziert, siehe Abbildung 1. Während sich die technischen und wirtschaftlichen Effekte dieser Konzepte theoretisch relativ einfach berechnen lassen, ist der Nachweis des tatsächlichen Effekts in der Multiplikation deutlich aufwändiger. Denn erst im Betrieb und der Anwendung in der Breite zeigt sich, wie energetisch erfolgreich und wirtschaftlich ein Konzept tatsächlich ist.

Qualitätsdefizite in Demonstrationsgebäuden Im Forschungsfeld EnOB – Energieoptimiertes Bauen – wurden in den letzten zwanzig Jahren zahlreiche Demonstrationsgebäude wissenschaftlich begleitet, wie z.B. das Bürogebäude EnergieForum Berlin, Baujahr 2003, und das neue Regionshaus Hannover, 2007, siehe Abbildung 2. Die Bearbeitung der Demonstrationsgebäude umfasste in der Regel auch eine intensive Betriebsoptimierung in den ersten Jahren. Das IGS führte in den Jahren 2003 – 2006 parallel das Forschungsprojekt EVA durch, in dem rund 20 Bürogebäude untersucht wurden, die ebenfalls einen hohen Anspruch an die Energieeffizienz gestellt hatten, aber ohne wissenschaftliches Monitoring durchgeführt wurden.

Abbildung 3: Energiekennwerte von der EVA-Gebäude und Vergleichskennwerte

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Im Vergleich zu den EnOB-Gebäuden mit einem Jahres-Primärenergieverbrauch von im Mittel rund 166 kWhPE/(m²NGFa) wiesen diejenigen Gebäude des EVA-Projekts, die mit einer aufwändigeren Gebäudetechnik ausgestattet und mechanisch belüftet waren, mit 339 kWhPE/(m²NGFa) einen mehr als doppelt so hohen mittleren Jahres-Primärenergieverbrauch auf, siehe Abbildung 3. Angeregt durch diese Diskrepanz zwischen Best Practice und Normalität am Bau initiierte das IGS das Forschungsfeld EnBop – Energetische Betriebsoptimierung (www.enbop.info), mit dem das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie seit 2010 genau hier einen Schwerpunkt setzt. Ziel des auch im 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung als Schnittstelle zwischen Forschung und Baupraxis dargestellten Programms ist die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen für die Betriebsoptimierung und die Evaluierung innovativer Technologien in der Praxis. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des Forschungsfeldes werden

projektübergreifend Erkenntnisse über den Erfolg und die Nachhaltigkeit von Gebäudekonzepten und Optimierungsmaßnahmen erarbeitet. In einer ersten Querschnittsanalyse wurden die EnOB-Demonstrationsgebäude mit dem Fokus auf der Betriebsoptimierung analysiert. Die EnOB-Gebäude waren im Rahmen des Monitorings in der Regel intensiv optimiert worden. Die Maßnahmen reichen von der Einregulierung einzelner Anlagen bis zur Nutzerschulung und waren meist durch geringe Investitionskosten realisierbar. Nach der Sichtung von rund 75 Einzelberichten zu ca. 100 EnOB-Demonstrationsgebäuden sowie mehr als 150 Optimierungsmaßnahmen wurden inhaltliche Analysen über die Art und Darstellung von Gebäudefunktionen sowie über die Dokumentation von Potenzialen und Maßnahmen zur Betriebsoptimierung von Gebäuden herausgearbeitet, soweit diese in den vorliegenden Berichten dokumentiert wurden. Wie die beiden folgenden Charts (Abb. 4) zeigen, wurden die meisten Optimierungsmaßnahmen im normalen Gebäudebe-

Phase der Optimierung (n=153)

Abbildung 4: Phase und Maßnahmen der Optimierung in EnOB- Demo-Gebäuden

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Art der Maßnahmen (n=123)


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trieb (48%) oder im Rahmen einer spezifischen Optimierungsmaßnahme, wie z.B. einem Audit, (18%) ausgelöst. Die häufigsten Maßnahmen waren eine Umprogrammierung (24%) der Gebäudeautomation oder eine VerändeTabelle 1

rung der Zeitprogramme (11%) oder Sollwerte (10%). Die Gebäudeautomation ist damit bei den meisten Maßnahmen Ursache und Lösung in einem.

Ergebnisse von Feldstudien zu Qualitätsdefiziten in Gebäuden

Systeme

Qualitätsdefizite 4

-

Ungenutztes Potenzial bei 2/3 aller Anlagen von bis zu 15% Kombination mit Flächenheizsystemen steigert die Effizienz um 10% Fehlender Außentemperaturfühler Fehlender hydraulischer Abgleich

5 6

-

Effizienzverbesserung von Wasser-Wasser-Wärmepumpen im Betrieb bis zu 30% Mit höherem energetischen Gebäudestandard steigt die Wärmepumpeneffizienz Anpassung der Regelung an das Nutzerverhalten Fehlerhafte Beladung von Speichern Dauerbetrieb Ladepumpen

-

10 bis 20% Heizenergieeinsparung Je geringer der Heizwärmeverbrauch, desto größer das Einsparpotenzial In Gebäuden vor 1978 ist eine Modernisierung nur in Zusammenhang mit einer sanierten Gebäudehülle effizient Weniger als 50% der Thermostatventile im Bestand sind einstellbar

-

30% Energieeinsparung mit geringinvestiven Maßnahmen Hohe spezifische Ventilator-Leistung Bedarfsanpassung des Volumenstroms Betriebszeitenoptimierung Optimierung der Sollwerte Drehzahlregulierung Einsatz der WRG

-

Heizenergieeinsparung 5-10%, Elektroenergieeinsparung bis 25% Filterverschmutzung Betriebszeitenoptimierung Bedarfsanpassung des Volumenstroms Individuelle Regelung und Präsenzsteuerung sind Voraussetzung für die Realisierung des Energieeinsparpotenzials

-

Fehlerhafte Hydraulik Mangelnde Kalibrierung von Temperatursensoren Gleichzeitiger Heiz- und Kühlbetrieb Mangelhafte Betriebsüberwachung Falsche Regelungsstrategien / Einstellungen

Brennwertkessel Wohngebäude

Wärmepumpen , Wohngebäude

Hydraulischer Abgleich

7

Wohngebäude

Zentrale Lüftungsgeräte

8

Nichtwohngebäude

Dezentrale Lüftungsgeräte

9

Nichtwohngebäude

10

Geothermie

Nichtwohngebäude

Tabelle 1: Ergebnisse von Feldstudien zu Qualitätsdefiziten in Gebäuden

Ein schönes Beispiel für die unterschiedlichen Sichtweisen in Planung und Betrieb lieferte vor kurzem auch eine Diskussion in einem bekannten Fachforum, nachdem dort ein Errichter von

Brennwertcheck, Verbraucherzentralen, 2011 5 Automationsanlagen behauptet Automationsfunktionen mit dem Ziel der Energieeinsparung Feldtest Wärmepumpen, Agenda Energie Lahr, Dr.hatte, Falk Auer, 2008 6 Feldtest Wärmepumpen "WP-Effizienz", Fraunhofer ISE Freiburg, 2011 funktionierten inund derOptimierung Praxis weitgehend nicht.OPTIMUS-Gruppe, In der Folge äußerten sich zahlreiche Leser: alle 7 Energieeinsparpotentiale von Heizungssystemen, 2007 8 Einsparpotenzial der Raumlufttechnik, ILK Dresden und Schiller Engineering, 2011 Argumente „Proaußenwandintegrierter Automation“ bezogen sich(DeAL), auf die Planungspotenziale, dieGebäude Äußerungen, die Stuttgart, die 9 Evaluierung dezentraler, Lüftungsgeäte Steinbeiß Transferzentrum, Energie-, und Solartechnik 2008 10 Wärme- und Kältespeicherung im Erdreich (WKSP), Institut für Gebäude- und Solartechnik TU Braunschweig, 2010 4

Ansicht der Autoren bestätigten, auf den realen Betrieb.

Uponor Kongress 2014 · Energie & Management 4 5

Brennwertcheck, Verbraucherzentralen, 2011

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Qualitätsdefizite im Gebäudebestand Zahlreiche Studien der letzten Jahre zeigen ähnliche Potenziale auch im gesamten Gebäudebestand. Sie beziehen sich sowohl auf das Optimierungspotenzial von Gebäuden oder einzelner Komponenten im Betrieb. Für Gebäude wurden durch mehrere Arbeitsgruppen der International Energy Agency Einsparpotenziale zwischen 5 und 30 % nachgewiesen . Feldstudien zeigen darüber hinaus konkrete Qualitätsdefizite innovativer Technologien und deren Ursachen sowie Potenziale für die Betriebsoptimierung auf. Tabelle 1 enthält eine Zusammenstellung der wichtigsten Ergebnisse aus Feldstudien zur Evaluierung anlagentechnischer Komponenten oder Systeme. Die Studien beziehen sich nicht auf Demonstrationsgebäude, sondern überprüften die Effizienz und Optimierungsmöglichkeiten der Systeme konventionell realisierter Gebäude und Anlagen. Ein schönes Beispiel für die unterschiedlichen Sichtweisen in Planung und Betrieb lieferte vor kurzem auch eine Diskussion in einem bekannten Fachforum, nachdem dort ein Errichter von Automationsanlagen behauptet hatte, Automationsfunktionen mit dem Ziel der Energieeinsparung funktionierten in der Praxis weitgehend nicht.

In der Folge äußerten sich zahlreiche Leser: alle Argumente „Pro Automation“ bezogen sich auf die Planungspotenziale, die Äußerungen, die die Ansicht der Autoren bestätigten, auf den realen Betrieb. Qualitätsdefizite in Gebäude und Anlagen Die Synopsen zu in Konzepten und im Betrieb erreichter Performance zeigten erhebliche Qualitätsdefizite bzw. Optimierungspotenzial im zweistelligen Prozentzahlbereich. Die Diskrepanz zwischen technischen Potenzialen und der Umsetzung in der Praxis ist auf dem Weg zu einem weitgehend klimaneutralen Gebäudebestand nicht akzeptabel. Gemeinsames Ergebnis aller Feldstudien ist, dass eine sorgfältige Planung aller Komponenten eines Gebäudes, die Entwicklung eines geeigneten Monitoringkonzepts bereits in der Planungsphase und eine Betriebsoptimierung unabdingbare Voraussetzungen für den effizienten und wirtschaftlichen Betrieb eines Gebäudes sind. Außerdem wird ein hoher Anspruch an die Qualifizierung der im Planungs- und Ausführungsprozess Beteiligten gestellt. Ergebnis ist auch, dass mit zunehmend energieeffizi-

Nachhaltigkeit lässt sich auf dem Papier einfach berechnen – aber funktionieren die Anlagen auch in der Praxis?

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enteren und damit „sensibleren“ Gebäuden die sorgfältige systemische Abstimmung aller Gebäude-, Nutzungs- und Technikkomponenten Grundlage eines erfolgreichen Konzepts sind. Damit wächst die Bedeutung eines effektiven Qualitätsmanagements. Und einen der zentralen Schwerpunkte muss dabei die Gebäudeautomation bilden. Die Gebäudeautomation: Nervensystem und Blackbox unserer Gebäude Die Gebäudeautomation hat sich in den letzten Jahren erheblich weiterentwickelt und ist heute fester Baustein in-

Die Gebäudeautomation als Schlüsseltechnologie: Viele Möglichkeiten – wenig Kontrolle

tegraler Energiekonzepte für Gebäude. Mit der DIN EN 15232 hat die Gebäudeautomationsindustrie einen Standard etabliert, der für verschiedene Bausteine und Gewerke standardisierte Automationskonzepte definiert. Diesen werden auf Basis von Simulationen Effizienzklassen mit prozentualen Einsparpotenzialen zugewiesen, die in Zukunft auch in der Planung, z.B. in Wirtschaftlichkeitsberechnungen und EnEV-Nachweisen, berücksichtigt werden könnten. Angesichts der in vielen Gebäuden und durch zahlreiche Forschungsprojekte festgestellten Qualitätsdefizite von

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Automationssystemen in der Praxis ist dies jedoch ein gewagter Schritt. Denn im Gegensatz zu einem Stück Mineralwolle, dass recht zuverlässig über 30 Jahre dämmt, ist die CO2-Regelung einer Lüftungsanlage deutlich weniger robust. Das Risiko, dass die theoretisch vorhandenen Potentiale in der Praxis nicht in vollem Maße ankommen, ist entsprechend groß. Eine wesentliche Ursache für diese Qualitätsdefizite ist das Fehlen geeigneter Prüfmethoden für die Gebäudeautomation. DIN EN ISO 16484 und VOB C / DIN 18386 liefern zwar umfassende Beschreibungen des Abnahmeprozesses. Wenn es aber zur detaillierten Prüfung einzelner Regelfunktionen in der Abnahme kommt, steht dort tatsächlich der Begriff „Systemvorführung“, der nach Theater klingt und in der Praxis auch recht kreativ interpretiert werden dürfte. Auf einer übergeordneten Prozessebene werden nun mit teils erheblichem Aufwand steuerlich begünstigte Energiemanagementsysteme in Unternehmen eingeführt. Sie schaffen mit einer Art Energiebuchhaltung durch die Installation von Energiezählern auf Gebäudeebene erste Marken auf der weißen Landkarte der Gebäude-Performance. Die entsprechenden Energiemanagement-Softwarelösungen können die Daten zwar mit vielen bunten Bildern abbilden. Für ein effektives Qualitätsmanagement von Gebäudefunktionen ist dies jedoch nur ein erster Schritt und mittelfristig unzureichend, da eine schlüssige Methodik fehlt, die über „Experte guckt Grafik an“ hinausgeht. Dies hat auch die Automationsindustrie erkannt. Die eu.bac hat neben einer Produktzertifizierung nun auch eine Möglichkeit zur Zertifizierung von Systemen im Betrieb entwickelt. Allerdings bezieht sich dieser Ansatz im Wesentlichen auf einzelne Kennzahlen und die Funktionen der DIN EN 15232. Eine konstruktive Integration in die normalen Prozesse am Bau erscheint nur bedingt möglich. Aus unserer Sicht greifen die genannten Systeme zu kurz, da die methodischen Grundlagen für die

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Aktive Funktionsbeschreibungen Entwicklung eines Qualitätsmanagementprozesses und Das Standardwerk „Systeme der Gebäudeautomation“ die notwendigen Werkzeuge für eine Implementierung macht keine Vorgabe für eine einheitliche Darstellung, erfehlen. Mit dem Ziel, genau diese methodische Basis zu wähnt jedoch als wesentliche Komponenten der Dokuentwickeln, haben das IGS – Institut für Gebäude- und mentation „die Steuer- und Regel-Beschreibung, in Prosa Solartechnik an der TU Braunschweig und der Lehrstuhl und/oder Zustandsgraph“. Beklagt wird, dass Spezifikafür Software Engineering der RWTH Aachen vor einigen tionen für GA-Systeme in „Art und Aufbau sehr unterJahren mit Förderung des Bundesministeriums für Wirtschiedlich gestaltete und getextete, mehr oder weniger schaft und Technologie das Forschungsprojekt Energieprofessionelle Leistungsbeschreibungen“ seien. Dies ist Navigator gestartet. Im Rahmen des Projekts, mehrerer nach unserer Erfahrung noch recht positiv ausgedrückt. Dissertationen und zahlreicher Diplom,- Master-, BacheAusgangspunkt für ein effektives Konzept zum Qualitätslor- und Studienarbeiten wurde mit dem Konzept aktiver management für Gebäude und Anlagen und insbesondere Funktionsbeschreibungen eine allgemeine Methodik für Gebäudeautomation eben dieses FehlenOperatoren einer das Qualitätsmanagement der Gebäudeautomation entIndikatoren des Systems mit logischen sowie die arithmetischen undwar vergleichenden definiert eindeutigen Spezifikation. Ein ähnliches Defizit ist auch wickelt. Seit Mitte 2013 steht hierzu nun auch die Softwerden. in anderen Wirtschaftszweigen, wie z.B. dem Fahrzeugware energie navigator der synavision GmbH, Aachen Das Zustandsmodell erlaubt dieFunktiBetriebsregeln eineralsstrukturierten Weise anzulegen, die der bau seitin langem zentrale Herausforderung erkannt (www.synavision.de), zur Verfügung, umes, aktive Arbeitsweise eines Fachplaners entspricht. Damit kann auch eine große Anzahl von Regeln, wie sie in worden. Funktionale Spezifikationen für Gebäude und onsbeschreibungen (AFB) zu erstellen. der Automation üblich ist, übersichtlich dargestellt und zusammen oder einzeln ausgewertet werden, siehe Abbildung 5.

Abbildung 5

Aktive Funktionsbeschreibung: Auswertungslogik und Darstellung in der

Abbildung 5: Aktive Funktionsbeschreibung: Auswertungslogik und Darstellung in der Software energie navigator

Software energie navigator

In48 der Planung und im Betrieb von Gebäuden ist oft nicht klar, wie die Anlagen genau funktionieren und welche Anforderungen dabei erreicht werden sollen. Entsprechend ist keine präzise Abnahme


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Anlagen werden heute – wenn überhaupt vom TGA-Fachplaner entwickelt – in der Regel als freie textuelle Beschreibungen vorgelegt. Diese sind erwartungsgemäß unvollständig und widersprüchlich und als präzise Grundlage für eine Ausschreibung, Abnahme und Überwachung nur bedingt geeignet. Unser Konzept Aktiver Funktionsbeschreibungen dagegen verwendet ein eindeutig definiertes Set von Beschreibungsmitteln, das in ein strukturiertes regelbasiertes Sys-

tem integriert ist. In sogenannten Zustandsräumen werden für eine Anlage die gewünschten Betriebszustände mit Hilfe von Betriebsregeln definiert. Betriebsregeln können für alle Regelgrößen und sonstige Performance-Indikatoren des Systems mit logischen sowie arithmetischen und vergleichenden Operatoren definiert werden. Das Zustandsmodell erlaubt es, die Betriebsregeln in einer strukturierten Weise anzulegen, die der Arbeitsweise eines Fachplaners entspricht. Damit kann auch eine große An-

Betriebszustand 0: Der Speicher hat Ladetemperatur, die Erzeuger und Pumpen sind abgeschaltet, die Motorstellventile geschlossen. Betriebsregeln: tSp

> 60°C

P_BHKW

= 0 (AUS)

MSV_BHKW

=0

P_Kessel

= 0 (AUS)

MSV_Kessel

=0

Betriebszustand 1: Der Speicher wird durch das BHKW beladen. Pumpe und Motorstellventil des BHKWs sind eingeschaltet, die für den Spitzenlastkessel abgeschaltet. Betriebsregeln: tSp

< 70°C

P_BHKW

= 1 (EIN)

MSV_BHKW

= 100%

P_Kessel

=0

MSV_Kessel

=0

tRücklauf_BHKW

= 74°C

Betriebszustand 2:

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Der Speicher wird durch das BHKW und den Spitzenlastkessel beladen. Die 49

Pumpen laufen und die Motorstellventile


MSV_BHKW

= 100%

P_Kessel

=0

MSV_Kessel =0 Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch – Energie-Navigator – Ein Werkzeug zur Betriebsoptimierung von Gebäuden = 74°C tRücklauf_BHKW

Betriebszustand 2: Der Speicher wird durch das BHKW und den Spitzenlastkessel beladen. Die Pumpen laufen und die Motorstellventile sind geöffnet. Betriebsregeln: tSp

< 70°C

P_BHKW

= 1 (EIN)

MSV_BHKW

= 100%

P_Kessel

= 1 (EIN)

MSV_Kessel

= 100%

tRücklauf_BHKW

= > 74°C

Betriebszustand 3: Der Speicher wird durch den Kessel beladen. Pumpe und Motorstellventil des Kessels sind eingeschaltet, die für das BHKW abgeschaltet. Betriebsregeln:

Seite 11 von 16

tSp

< 70°C

P_BHKW

=0

MSV_BHKW

=0

BM BHKW

= Störung

P_Kessel

= 1 (EIN)

MSV_Kessel

= 100%

Weitere Betriebsregeln z.B. für die Abgastemperatur oderpräzise den Wirkungsgrad derMit Erzeuger können ist keine Abnahme möglich. einer Darstellung zahl von Regeln, wie sie in derwie Automation üblich ist, auf Basis vereinfachter Betriebszustände werden viele übersichtlich oder einzeln ausin die AFBdargestellt integriertund undzusammen bei Einbau entsprechender Messtechnik überprüft werden. Darüber hinaus funktionale Zusammenhänge offensichtlich. In der Praxis gewertet werden, siehe Abbildung 5. können auch alle üblichen über der Zeit aggregierten Key-Performance-Indikatoren wie unterstützt die präzise Struktur einer Aktiven FunktionsBetriebsstunden, etc. hinterlegt werden. Weitere textuelle Beschreibungen Aufbau beschreibung das funktionale Verständniszum von Anlagen In der Planung und im Arbeitszahlen Betrieb von Gebäuden ist oft nicht und vereinfacht die werden. Errichtung und Inbetriebnahme sowie klar, wieAnlage, die Anlagen genau funktionieren und welche Ander zu Sicherheitseinrichtungen etc. können jederzeit ergänzt der kontinuierlichen Überwachung im Betrieb. forderungen dabei erreicht werden sollen. Entsprechend Die an den Speicher angeschlossenen Verteilerkreise haben eine witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung. Diese wird mit den Zuständen AUS/Normalbetrieb/ Absenkbetrieb für jeden Heizkreis mit einem Zeitprogramm und einer Kennlinie in einem separaten Zustandsraum

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dargestellt.


drag&dro (1.b).

Viele Hilf Prof. Dr.-Ing. M. Norbert Fisch – Energie-Navigator – Ein Werkzeug zur Betriebsoptimierung von Gebäuden

Kennlinie

eine einf

Anwendungsbeispiel multivalente Heizzentrale Das folgende Beispiel für eine Heizzentrale aus Blockheizkraftwerk und Spitzenlastkessel zeigt, wie eine Aktive Funktionsbeschreibung mit einem Zustandsraum aus vier Betriebszuständen aussehen könnte. Weitere Betriebsregeln wie z.B. für die Abgastemperatur oder den Wirkungsgrad der Erzeuger können in die AFB integriert und bei Einbau entsprechender Messtechnik überprüft werden. Darüber hinaus können auch alle üblichen über der Zeit aggregierten Key-Performance-Indi-

Inbetrieb Im Zuge

ersten Be

übergebe

importier (2). Anschlie

Betriebsd

den Spez

Planung Im ersten Schritt wird die

Gebäude-Performance von der Planung über die Inbetriebnahme bis zur kontinuierlichen Überwachung im Betrieb.

Funktionsbeschreibung erstellt (1.a). Der

energie navigator ermöglicht eine schnelle Eingabe als Baumstruktur ähnlich den

Planung

Kapiteln in einem Im ersten SchrittTextdokument. wird die Funktionsbeschreibung

erstellt eine schnelle Einden Import entsprechender gabe als Baumstruktur ähnlich den Kapiteln in einem Anlagenschemen, auffunktionale denen einzelne Textdokument. Die Zuordnung erfolgt durch Datenpunkte mit einer einfachen den Import entsprechender Anlagenschemen, auf denen einzelne Datenpunkte mit einerwerden einfachen drag&dropdrag&drop-Funktion angeordnet Funktion angeordnet werden (1.b). (1.b). VieleHilfsmittel Hilfsmittelwie wieZeitprogramme, Zeitprogramme, Kennlinien und Operakatoren wie Betriebsstunden, Arbeitszahlen etc. hinterlegt Viele toren ermöglichen eine einfache und präzise Anwendung. werden. Weitere textuelle Beschreibungen zum Aufbau Kennlinien und Operatoren ermöglichen der Anlage, zu Sicherheitseinrichtungen etc. können jeeine einfache und präzise Anwendung. derzeit ergänzt werden. Die an den Speicher angeschlosInbetriebnahme und Abnahme Seite 13 von 16 senen Verteilerkreise haben eine witterungsgeführte VorIm Zuge der Inbetriebnahme werden die lauftemperaturregelung. Diese wird mit den Zuständen ersten Betriebsdaten aus der Automation AUS/Normalbetrieb/ Absenkbetrieb für jeden Heizkreis mit einem Zeitprogramm und einer Kennlinie in einem se- übergeben, in den energie navigator importiert und der Spezifikation zugeordnet paraten Zustandsraum dargestellt. Die funktionale Zuordnung erfolgt durch (1.a). Der energie navigator ermöglicht

(2).

Die Software-Plattform energie navigator Der energie navigator ist die erste Software zur Anwendung Aktiver Funktionsbeschreibungen. Er ist eine komplette Plattform für funktionale Leistungsbeschreibungen von Automationssystemen und ermöglicht ein Qualitätsmanagement für

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Maßstab

Anlagen

sowohl f


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Inbetriebnahme und Abnahme Im Zuge der Inbetriebnahme werden die ersten Betriebsdaten aus der Automation übergeben, in den energie navigator importiert und der Spezifikation zugeordnet (2). Anschließend werden automatisch alle Betriebsdaten auf Übereinstimmung mit den Spezifikationen überprüft. Evaluation und Überwachung Die Prüfungen der Betriebsdaten können mit leistungsfähigen Visualisierungstools dargestellt werden (3) und so die Inbetriebnahme mit Analysen unmittelbar unterstützen. Der energie navigator erlaubt dabei auch eine Aggregation der Daten auf einen einzelnen Wert: die Betriebsgüte gibt an, in welchem Maß bzw. an wieviel Zeitpunkten innerhalb eines bestimmten Zeitraums der Betrieb die spezifizierten Vorgaben einhält. Die Betriebsgüte ist damit ein konkreter Maßstab für die Qualität des Anlagenbetriebs einer Anlage und kann sowohl für die Errichtung wie auch für Leistungen des Facility Managements ausgeschrieben und vertraglich vereinbart werden. Die Erstellung der oben beschriebenen Funktionsbeschreibung einer Heizzentrale dauert im energie navigator ohne Vorarbeiten ca. 60 Minuten. Die gesamte Aktive Funktionsbeschreibung kann als Word-Dokument ausgedruckt werden. Sie sieht dann fast wie eine „normale“ Funktionsbeschreibung aus und kann entsprechend als Unterlage z.B. der Ausführungsplanung verwendet werden. Im Zuge der Errichtung und Inbetriebnahme ist es jederzeit möglich, einzelne Parameter zu spezifizieren oder anzupassen.

Aktive Funktionsbeschreibungen für nachhaltige Gebäude Die Nachhaltigkeit von Gebäuden entscheidet sich nicht alleine im Konzept, sondern in den vielen Jahren des Betriebs. Deshalb ist ein Qualitätsmanagement – von der präzisen Spezifikation in der Planung bis zur automatisierten Überwachung im Betrieb – eine unbedingte Voraussetzung für den Erfolg der Energiewende im Gebäudebereich. Dazu hat das Konzept der Aktiven Funktionsbeschreibung in der Praxis viele starke Argumente für sich: •

• Natürlich ist für die praktische Anwendung die Nutzung von Anlagenbibliotheken naheliegend. Deshalb ist die Software-Plattform des energie navigator so ausgelegt, dass sowohl herstellerspezifische als auch durch den Anwender selbst entwickelte Anlagen hinterlegt und jederzeit multipliziert werden können.

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Gebäude- und Anlagenfunktionen können in der Planung präzise spezifiziert und vertragsfest ausgeschrieben werden. In Zertifizierungs- und Due Diligence-Prozessen können Performance-Qualitäten eindeutig geprüft und dauerhaft sichergestellt werden. Der Errichter kann die Aktive Funktionsbeschreibung mit seinen Datenpunktadressen ergänzen. So liegt eine einheitliche Spezifikation vor, die die geplanten Funktionen und die verwendeten Datenpunkte enthält. Im Zuge der Inbetriebnahme werden die Gebäudefunktionen verändert und an die reale Nutzung angepasst. Im Gegensatz zu pdf-Texten kann dieser Prozess in Aktiven Funktionsbeschreibungen jederzeit nachgeführt werden. Die Betriebsdaten können automatisiert importiert und bei Abnahmen auf Übereinstimmung mit der Spezifikation überprüft werden – natürlich kann dies im Betrieb auch kontinuierlich erfolgen. Und darüber hinaus können mit dem energie navigator auch alle anderen Arten von Zielgrößen, wie Überhitzungsstunden, Arbeitszahlen und Verbrauchskennwerte definiert und automatisiert überwacht werden – das konventionelle Energiemanagement und eine eu.bac-Systemzertifizierung ist inklusive.


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Damit bietet die der energie navigator insbesondere für verantwortungsbewusste Bauherren und Anlagen-Contractoren sowie Projektsteurern, Zertifizierern und Ingenieurbüros mit dem Schwerpunkt Qualitätsmanagement ein neues Leistungsspektrum für nachhaltige Gebäude. Aber auch für Anlagenhersteller bietet der energie navigator die Chance, multivalente Anlagen entsprechend standardisierter Anlagenkonfigurationen zu spezifizieren und sich mit eindeutigen Qualitätsnachweisen der Anlagenperformance vom Wettbewerb abzuheben. Zurzeit testet die synavision GmbH den energie navigator im Rahmen von Forschungsprojekten und einer Pilotphase in mehreren Gebäuden mit verschiedenen Anlagentypen in Zusammenarbeit mit namhaften Firmen und Ingenieurbüros. Dabei entsteht unter anderem der erste virtuelle Teststand für Gebäudeperformance. Nähere Infos unter www.synavision.de

Die Projekte EnBop und Energie-Navigator werden gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie auf Grund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages.

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Energienavigator ein werkzeug zur betriebsoptimierung von gebudenprof dring m norbert fisch  

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