TGA Energietechnik

TGA Ausgabe 06-2012
13. Biberacher Forum Gebäudetechnik

Gebäude werden Energie-Prosumer

Abb. 1 Biogasanlagen können in einem virtuellen Kraftwerk sowohl Grundlast als auch Spitzenlast bereitstellen. (Quelle: Viessmann)
Abb. 1 Biogasanlagen können in einem virtuellen Kraftwerk sowohl Grundlast als auch Spitzenlast bereitstellen.

Marktforscher rechnen ab 2015 mit Geschäftsmodellen rund um das Thema Smart Grid. Für die Gebäudetechnik-Branche ergeben sich daraus sowohl neue Energiekon­zepte als auch neue Dienstleistungen, bevorzugt mit Speicher- und Lastverschiebemöglichkeiten. Die Weichen dazu sollten schon jetzt gestellt werden, so ein Ergebnis des 13. Biberacher Forums Gebäudetechnik. Energiemanagement- und Energiecontrolling-Systeme könnten im Vorfeld dieser Entwicklung eine wichtige Rolle übernehmen.

Die Energiewende nimmt Gestalt an. Prognosen zufolge braucht Deutschland dazu rund 4000 km neue Stromtrassen, möglichst viele schnell reagierende Gaskraftwerke als Ersatz für Kernkraftwerke, Pumpspeicherwerke und andere Energiespeicher in der Größenordnung von 30 TWh Speicherkapazität, neue Geschäftsmodelle für Demand Side Management (DSM, Lastverschiebung und Lastvermeidung), Demand Response (preisattraktive Zu- und Abschaltungen von elektrischen Verbrauchern) sowie virtuelle Kraftwerke (Steuerung vieler dezentraler Stromerzeuger durch einen Koordinator) zur Synchronisation von Strom­angebot und Strombedarf.

Womöglich lassen sich viele dieser Investitionen vermeiden oder reduzieren, wenn statt der von den Energieversorgern anvisierten Top-Down-Strategie (Ausbau der Netze, Bau von Gaskraftwerken und Speicherwerken) eine Bottom-up-Strategie (Verlagerung der Energieerzeugung ins Gebäude, in die Nachbarschaft und weiter in die Region) verfolgt wird. Ganzheitliche Energiekonzepte für Gemeinden, Stadtteile, Städte und Regionen liegen im Trend, haben jedoch oft ganz unterschiedliche Ziele. Beim 13. Biberacher Forum Gebäudetechnik der Hochschule Biberach ging es primär um die künftige Rolle des Gebäudes als Energiekonsument und Energieproduzent, neudeutsch Prosumer, in einem sich rasch wandelnden Energiemarkt.

Erzeugerstruktur wird dezentraler

Für Dr. Wolfgang Schneider von dem im Jahr 2011 gegründeten Unternehmen Bosch Energy and Building Solution, Stuttgart, ist die Energiewende gleichbedeutend mit einer Verlagerung des Energiemarkts von der zentralen zur verteilten Erzeugung Abb. 1. Dabei entwickle sich eine Struktur auf dem Energiemarkt, bei dem die Leistung der konventionellen Kraftwerke sukzessive zurückgefahren und der Anteil der erneuerbaren Energien in gleichem Maße zunehmen werde.

Durch den Mix aus zentralen und dezentralen Erzeugerstrukturen mit grundlastgeführten und wetterabhängigen Energieerzeugern Abb. 2 entwickeln sich zufallsabhängige „stochastische“ Energiesysteme, die das Entstehen komplexer Geschäftsmodelle auf dem Energiemarkt begünstigen. Durch den steigenden Anteil erneuerbarer Energien – rund 57 % bis 2030 und 80 % bis 2050 – wachse der Druck auf die Netzbetreiber, die bestehenden Netzstrukturen auszubauen und mit „Intelligenz“ zu versehen.

Da die Entwicklung auf dem Energiemarkt sehr dynamisch, teilweise unkontrolliert verlaufe, sei es nicht einfach, die notwendigen Maßnahmen zu gewichten. So gebe es komplexe Abhängigkeiten zwischen dem steigenden Anteil an erneuerbaren Energien, der Notwendigkeit des Netzausbaus und der Kostenstruktur von Energiespeichern. Insbesondere fehle es noch an Geschäftsmodellen, um mit Energiespeichern und intelligenten Stromnetzen nachhaltig Geld zu verdienen.

Typisch für die Situation in Deutschland sei ein vergleichsweise gut ausgebautes Stromnetz mit geringen Speicherkapazitäten, einem abnehmenden Gesamtenergieverbrauch, aber zunehmenden Angebotsspitzen durch die Einspeisung erneuerbarer Energien. Durch ein dezentrales Energiemanagement (DEM) sowie den Ausbau des konventionellen Stromnetzes zum Smart Grid könnten die fluktuierenden Stromangebote besser genutzt werden.

Ziel künftiger Überlegungen müsse sein, Lastspitzen zu vermeiden bzw. diese intelligent auf Zeiten mit höherem Stromangebot zu verschieben. Dazu müssten monetäre Anreize geschaffen werden, die sowohl den Arbeits- als auch den Leistungspreis einbeziehen. Vorstellbar sei ein präventives Verschiebemanagement unter Berücksichtigung von Preisangeboten, Stromverbrauch und Wetter bzw. Wetterprognose sowie ein defensives Verschiebemanagement durch die Koppelung der präventiven Verschiebung mit der Einhaltung von Grenzwerten auf der Basis von „Demand Response“.

Welche Art von Tarif für welches Gebäude künftig wirtschaftlich ist, hänge vom Lastverschiebepotenzial des Gebäudes, dem Preisvorteil für den jeweiligen Kunden und dessen Bereitschaft ab, Komforteinbußen hinzunehmen oder in gebäudebezogene Speicher zu investieren. Folgende dynamisierte Tarife sind denkbar:

Time-of-Use-Tarif: Strompreise variieren je nach Tageszeit, sind jedoch vertraglich mit dem Kunden fixiert.

Critical-Peak-Pricing: In Spitzenzeiten Preiserhöhung für ausgewählte Tage; der Kunde wird mindestens 24 Stunden im Voraus über Spitzenstromtarife informiert, um interne Maßnahmen treffen zu können.

Real-Time-Pricing: Preis für Strombezug nach Erzeugerleistung und Last im Netz variierend; der Kunde wird kurzfristig benachrichtigt.

Die eigentliche Herausforderung dynamisierter Stromtarife ist, damit Geld zu verdienen. Derzeit werden folgende Geschäftsmodelle diskutiert:

Demand Response (DMR): Ein Demand-Response-Operator schließt Verträge mit Gebäude- und Anlagenbetreibern ab, damit ausgewählte elektrische Großverbraucher wie RLT-Anlagen, Wärmepumpen- oder Kälteanlagen auf Anfrage in ihrer Leistungsaufnahme – gegen Entschädigung – geregelt werden dürfen. Dabei geht es sowohl um positive wie auch negative Regelenergie, das heißt, die Anlagen können auch bei einem Überschuss an Strom aus erneuerbaren Energien vorauseilend – also prädiktiv– in Betrieb gehen.

Virtual Power Plant (VPP): Ein VPP-Operator koordiniert viele dezentrale Energieerzeuger, zum Beispiel Photovoltaik-Anlagen, KWK-Anlagen, Biogasanlagen. Dabei kann es sich um eigene Anlagen handeln, beispielsweise solche, die ein Stadtwerk betreibt, sogenannte ESCO-Anlagen Abb. 3 (Anlagen von Energiedienstleistern, die Energiespar-Contracting betreiben) sowie Anlagen von Dritten, die sich aus der Aufschaltung ihrer Anlagen einen Tarifvorteil und damit niedrigere Energiekosten ­errechnen. Das Geschäftsmodell basiert sowohl auf dem Verkauf von Strom aus den Kunden­anlagen an der Leipziger Strombörse zu möglichst hohen Tarifen als auch aus dem Angebot, dem Übertragungsnetzbetreiber positive und negative Regelenergie zur Verfügung zu stellen.

Soweit die Theorie. Schneider ist realistisch genug, auch auf die Risiken und Unwägbarkeiten solcher Konstrukte einzugehen: „Der Markt ist riesig, aber keiner weiß so richtig, wie er ihn anpacken soll.“ Die Nachhaltigkeit dieser Geschäftsmodelle sei derzeit noch etwas unklar. Das zeige sich unter anderem in der Vielfalt der Unternehmen, die sich zurzeit rund um das Thema in Position brächten. Klar sei dagegen, dass durch die Energiewende der Energiemarkt und der Gebäudemarkt über das intelligente Stromnetz zusammenwachsen, so Dr. Schneider.

Die Teilnehmer des Biberacher Forums reagierten äußerst skeptisch auf die geplanten Geschäftsmodelle. Bei anhaltend unkontrollierter Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energien sei die Wirtschaftlichkeit solcher Modelle schwer kalkulierbar, da die Abhängigkeiten zu komplex seien. Auch benötigten effiziente Gebäude der nächsten Generation kein DEM (dezentrales Energiemanagement), da die Verschiebepotenziale im Gebäude generiert werden könnten. Auch müssten für das Smart Grid zunächst die entsprechenden Kommunikations-Standards definiert werden. Zitat: Wir haben derzeit ein Standard-Wirrwarr, geprägt durch E.on, Miele, Bosch und andere. Eine Vereinfachung sei dringend notwendig.

Zweifel an Rentabilität von Mikro-KWK

Kaum eine Technik, Zitat, „wird so herbeigeredet und hinauf verbessert“ wie die Geschäftsfelder Mikro-KWK und „Schwarmstrom“ (Bezeichnung des Energieversorgers LichtBlick für Spitzenlaststrom aus dem koordinierten Betrieb entsprechend ausgelegter Mini-KWK-Anlagen). Diesen Eindruck vermittelte Prof. Dr.-Ing. Clemens Felsmann vom Institut für Energietechnik, Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung der TU Dresden.

Seine Aussagen basieren auf dem Projekt „Smart Energy Management – Intelligentes Energie- und Speichermanagement in Gebäuden“, bei dem es darum ging, wie ein ­intelligentes Gebäude mit Eigenstromerzeugung über Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), ­Photovoltaik-Anlage, Wärmepumpe, Kompressionskälteerzeugung sowie Wärme- und Kälte­speicher (Wasserspeicher, Baukörper) wirtschaftlich darstellbar ist.

Um ein komplexes System wie ein intelligentes Gebäude mit dezentraler Stromerzeugung in den Griff zu bekommen, sei ein Gebäudeautomationssystem unabdingbar. Die Investition setze jedoch eine gewisse Gebäudegröße voraus. Ein KWK-System auf der Basis einer Mikro-KWK im Bereich des Ein- und Mehrfamilienhauses sei deshalb wirtschaftlich kaum darstellbar. Schwachpunkt eines Demand-Response-Systems, also ein Mikro-KWK-Betrieb nach dem Bedarf des Strommarkts, sei auch die geräteintegrierte „intelligente“ Regelung. Diese könne sich gegenüber einer übergeordneten System­optimierung bzw. einem Energiemanagement-System recht zickig verhalten, so die Erfahrungen von Felsmann. Auch fehle es in Haushalten und Gebäuden an Geräten, die sich beliebig zu- und abschalten lassen.

Sehr detailliert ging Felsmann auf die Schwachstellen der neuen Generation an Mikro- und Mini-KWK-Geräten ein. Sein Urteil ist für die Branche wenig schmeichelhaft: „Durch Normen werden BHKW gegenüber der zentralen Stromerzeugung schöngerechnet.“ Ganz konkret analysierte Prof. Felsmann am Beispiel des Mikro-KWK-Aggregats Typ L 4.12 (5 bis 12 kWth, 2 bis 4 kWel, luftgekühltes Motorenkonzept) der Kirsch GmbH, Trier, die Schwachstellen dieser Leistungsgröße. So sei der Eigenstromverbrauch der Regelung mit 300 W bei Weitem zu hoch; bei genauer Bilanzierung der Hilfsenergie käme man sogar auf 435 W. Außerdem ziehe das Aggregat rund 14 kW Anfahrleistung aus dem Netz.

Hinzu kämen hohe Schadstoffemissionsspitzen während der Startphase sowie signifikante thermische Schwachstellen – belegt durch Thermographieaufnahmen – im Front- und Seitenbereich des Mikro-KWK-Geräts. Zusätzlich käme es im Ein-/Ausschaltmodus zu Spannungs- und Frequenzschwankungen, die bei einem massenhaften Einsatz von Mikro-KWK-Geräten Kompensationsmaßnahmen erforderlich machen würden.

Generell müsse bei der Einbindung von Mikro-KWK-Geräten in ein übergeordnetes Demand-Response-System die gerätespezifische Trägheit vom Einschaltpunkt bis zur Stromproduktion berücksichtigt werden. Bei Ottomotoren seien das wenige Minuten, bei Stirlingmotoren stehe die elektrische Leistung oft erst nach 20 Minuten zur Verfügung. Probleme bereiten auch die, Zitat, „oft unnötig hohe Regelintelligenz“ solcher Geräte. Für ein übergeordnetes Demand-Response-System seien smarte Regler eine echte Herausforderung. Planern von Mikro-KWK-Anlagen empfiehlt Felsmann, die Energiemanagement-Funktionen schon in der Ausschreibung detailliert festzulegen, sonst sei es fast unmöglich, an die notwendigen Daten des Mikro-KWK-Reglers heranzukommen.

Felsmann warnt davor, den Prospektangaben der Hersteller blind zu vertrauen. Gerade jetzt in der Markteinführungsphase sei es angebracht, bei den Herstellern gezielt nachzufragen. Zu berücksichtigen sei auch, dass sich die meisten Heizungsfachleute auf ein Fabrikat festgelegt hätten und damit nach Auftragserteilung ein Wechsel zu einem anderen Fabrikat kaum möglich ist. Sein Fazit: Die Wirtschaftlichkeit von Mikro- und Mini-KWK-Geräten ist derzeit kaum nachzuweisen. Wer eine Energieau­tarkie im Gebäude anstrebe, müsse zudem mit einer steigenden Fehlerhäufigkeit technischen wie auch wirtschaftlichen Ursprungs rechnen. Dies umso stärker, je mehr erneuerbare Ener­gien in die Gesamtanlage eingekoppelt werden.

Gefährlich intelligente Geräte

Ähnlich wie Felsmann argumentiert auch Karl-Heinz Belser, Regionalleiter Systeme von Johnson Controls Systems & Service, Stuttgart, über die zunehmende Geräte- und Komponenten-Intelligenz bei haus- und gebäudetechnischen Anlagen. „Manche Geräte sind gefährlich intelligent. Gefährlich deshalb, weil sie übergeordnete Regelungs- und Steuerungsinformationen, zum Beispiel Smart-Grid-Funktionen, unzureichend verarbeiten.“ Eine unkoordinierte Anhäufung von smarten Reglern und smarten Geräten könne durchaus auch kontraproduktiv sein, da Informationen abgeblockt werden Abb. 4. Belser: „Wir wollen smarte und keine durchgeknallten Gebäude.“ Oft müssten die Systemintegratoren alle möglichen Tricks anwenden, um die eingebetteten Regler zu überlisten. Wichtig seien intelligente Stromverbraucher, die optimal mit einem Smart Grid kommunizieren. Nur so lasse sich das viel zitierte Smart Building realisieren.

Eines der wichtigsten Werkzeuge zur Nutzung von Smart-Grid-Funktionen und damit zur Realisierung von Geschäftsmodellen auf der Basis zeit- und lastvariabler Energietarife sei das Gebäudeautomationssystem. Empfehlenswert sei, den Gebäudebetrieb bzw. die Gebäudeenergieeffizienz künftig über ein in das Gebäudeautomationssystem integriertes Energiemonitoring- und Energiecontrolling-System (EMC-System) zu überwachen und zu kontrollieren. Externe EMC-Systeme seien eher unwirtschaftlich, da sie auf einer eigenständigen Infrastruktur, oft mit eigenen Protokollen aufbauen. Hier sei eine auf BACnet basierende Datenübertragung die beste Lösung.

Um zeit- und preisvariable Energietarife im Gebäude optimal nutzen zu können, sei es notwendig, dass sich Planer und Gebäudebetreiber intensiv mit dem Thema Energiespeicher beschäftigen. Nur so könne im Gebäude das notwendige Lastverschiebepotenzial geschaffen werden. Auch der sogenannten Wettervorhersage-Regelung müsse künftig mehr Beachtung geschenkt werden, um beispielsweise Kälte im Voraus zum Niedrigtarif bereitzustellen oder das Gebäude über dessen bauliche Speichermasse prädiktiv zu kühlen. Auch gebäudebezogene Photovoltaik-Anlagen müssten künftig in Speicherkonzepte einbezogen werden, um dem Wildwuchs bei der Einspeisung von solar erzeugtem Strom zu begegnen.

Nach einer Prognose des Marktforschungsinstituts Frost & Sullivan wird es noch etwa bis zum Jahr 2015 dauern, bis die notwendige Normung und Infrastruktur für die Smart-Grid-Integration von gebäudetechnischen Anlagen auf Systemebene geschaffen ist.

Vertraglich festgelegte Wirkungsgrade

Lässt sich Energieeffizienz dezidiert planen, anlagentechnisch optimal umsetzen und über dem Lebenszyklus einer Anlage erhalten, wenn nicht sogar verbessern? Alexander Bischel, Leiter Gebäudetechnik, Boehringer Ingelheim Pharma, Biberach an der Riß, konnte diese Frage mit einem uneingeschränkten „Ja“ beantworten. Bischel ist am Standort Biberach für 65 Gebäude Abb. 5 mit rund 380000 m2 Nettogeschossfläche verantwortlich. Im letzten Jahr lag der Energieverbrauch des Areals bei 280 Mio. kWh Erdgas und Heizöl sowie 85 Mio. kWh Elektrizität. Das entspricht dem Energieverbrauch von 20000 Haushalten.

Bei derart vielen Gebäuden, die zudem ganz unterschiedlich genutzt werden, sei ein Energieeffizienzkonzept keinesfalls trivial, da es ebenso viele Lösungen wie Meinungen gäbe. Um den Energieverbrauch einer so komplexen Liegenschaft langfristig in den Griff zu bekommen, sei ein übergeordneter Ansatz aus baulichen und technischen Maßnahmen in Kombination mit einer GLT-basierenden Betriebsweise notwendig.

Voraussetzung für eine nachhaltig wirkende Gebäudeenergieeffizienz sei die Systematisierung und Standardisierung der baulichen und technischen Vorgehensweise. So gibt es beispielsweise auf dem Boehringer-Gelände nur zehn Raumtypen für Produktion, Forschung und Verwaltung. Wichtig sei, so Bischel, Räume, Anlagen und Gebäude per Gebäudeautomationssystem zu überwachen und dessen Systemarchitektur ebenso zu standardisieren. Deshalb seien alle Schaltschränke identisch aufgebaut und mit gleichen speicherprogrammierbaren Steuerungen und derselben Software ausgestattet.

Die überdurchschnittlich hohe Energieeffi­zienz des Standorts wurde unter anderem durch folgende Vorgaben und Maßnahmen erreicht:

alle Lüftungsgeräte sind mit Frequenz­umformern ausgestattet

Luftverteilsysteme sind großzügig ausgelegt, um niedrige Strömungs­geschwindigkeiten zu erreichen

Ventilatoren werden nach Bedarf geführt

für alle HLK-Komponenten und -Geräte gibt es vertragliche Vorgaben mit den ­Herstellern über Mindestwirkungsgrade

ein Bonus-/Malus-System mit den Liefe­ranten von RLT-Geräten und Anlagenlagen­bauern soll Mindestwirkungsgrade ­garantieren und gleichzeitig einen Anreiz für höhere Effizienzgrade schaffen

Die eigentlichen Einsparpotenziale aber lägen im GLT-gestützten Anlagenbetrieb und einer rigorosen Abschaltpolitik. „Wenn keine Luft gebraucht wird, schalten wir die entsprechenden RLT-Geräte gnadenlos ab, außerhalb der üblichen Betriebszeiten sowieso“, bringt Bischel seine Betreiberstrategie auf den Punkt. Das gelte auch für die Befeuchtung, wenn die Belegung der Räume keine Befeuchtung erfordere.

In den Laboren sei man dazu übergegangen, die bisher üblichen hohen Luftwechselraten auf die eines Bürogebäudes zu reduzieren, da erfahrungsgemäß in Labors überwiegend Büroarbeiten erledigt werden. Für die eigentlichen Laborversuche werde über eine Präsenztaste der höhere Luftwechsel angefordert Abb. 6. „Diese Maßnahme führte zu extrem hohen Einsparungen, die niemand für möglich gehalten hätte“, betont Bischel.

Wichtige Erkenntnisse über künftige Anlagenkonzepte und Betriebsstrategien erhält Bischel aus dem Energiemanagement- und Energiecontrolling-System. „Die früher üblichen Gebäude-Benchmarks waren uns zu wenig aussagefähig. Durch die Vereinheitlichung der HLK-Systeme war es naheliegend, Benchmarks für die einzelnen Lüftungssysteme aufzustellen.“ Nur so schaffe man Transparenz. Auf der Basis dieser Erfahrungen werden bei Boehringer die Systeme weiterentwickelt oder nach Alternativen gesucht, beispielsweise die Einbindung von Geothermie-Anlagen oder das Speichern und Verschieben von Energie. Dass die strikte Betriebsführung auch Wirkung zeigt, verdeutlicht die Energieentwicklung von Gebäude H 122: In den Jahren 2006 bis 2011 ging dort der Energieverbrauch von 10,1 Mio. kWh/a auf 6,8 Mio. kWh/a zurück.

Trend zum Energiemonitoring

Es ist ein offenes Geheimnis, dass speziell „grüne“ Gebäude im laufenden Betrieb oft nicht die Gebäudeenergieeffizienz aufweisen, auf deren Basis sie ursprünglich berechnet und zertifiziert worden sind. Doch auch Gebäude nach EnEV-Standard sind meist nicht viel besser. Um die Ursachen für die oft starken Abweichungen zu analysieren wurden in den letzten Jahren verstärkt staatlich geförderte Gebäudemonitoring-Programme etabliert und daraus Betriebsoptimierungen abgeleitet.

Prof. Dr.-Ing. Roland Koenigsdorff, Geschäftsführender Leiter des Instituts für Gebäude- und Energiesysteme (IGE) der Hochschule Biberach und Mitinitiator des Biberacher Forums Gebäudetechnik, sieht aufgrund eigener Recherchen und Aktivitäten auf diesem Gebiet bereits einen Trend zu Energiemonitoring und Energiecontrolling (EMC). „Die Qualität und Quantität von Projekten mit systematischem Energiemonitoring und Betriebsoptimierung hat deutlich zugenommen“, resümiert Koenigsdorff. Auch seien am Markt zunehmend kommerzielle EMC-Werkzeuge und -Dienstleistungen verfügbar.

Treiber dieser Entwicklung sei einerseits die Forschungsförderung, andererseits motivierten die EnEV, die Green-Building-Zertifizierung sowie das gestiegene Kosten- und Nachhaltigkeitsbewusstsein der Immobilienwirtschaft die Entwicklung zu mehr Transparenz bei Energieeffizienz und Energiekosten. Allerdings fehle es am Markt an anwendungsbezogenen Standards für Messkonzepte und -technik sowie für die Datenerfassung und Archivierung. Auch bei der Visualisierung, der Analysewerkzeuge und der Auswertungssystematik bestehe noch Entwicklungsbedarf.

Nach wie vor sei der Aufwand für die Ursachenfindung bei ineffizient arbeitenden HLK-Anlagen groß, aber es lohne sich, da die Einsparpotenziale oft signifikant seien, sagt Koenigsdorff. Interessant ist die Erkenntnis, dass sich insbesondere Niedrigenergie- und Niedrigexergiegebäude – sogenannte LowEx-Gebäude – recht sensibel gegenüber den Betriebs-Randbedingungen verhalten. Schon geringe Abweichungen von den geplanten Temperaturdifferenzen zwischen Heiz- und Kühlsystemen und dem Raum sowie in den Heiz- und Kühlsystemen selbst (Spreizung) wirken sich auf die Massenströme und damit auf den Hilfsenergieanteil negativ aus. Pumpenstromanteile von 13 bis 18 % am Gesamtstromverbrauch eines Gebäudes seien keine Seltenheit, erklärt Koenigsdorff.

Typisch für viele Niedrig(st)energiegebäude seien hochwertige Heiz-/Kühlanforderungen sowie eine komplexe Anlagentechnik mit Energiespeichern, die nur über eine anspruchsvolle Automatisierung beherrschbar seien. Entsprechend aufwendig sei das Energiemonitoring in LowEx-Gebäuden, da wegen der geringen Temperaturdifferenzen bei den Heiz- und Kühlme­dien eine besonders hohe Messgenauigkeit und ein durchgängiges Messkonzept nötig seien. Schon bei der Ausschreibung von Energiemonitoring-Projekten müsse der Planer exakt definieren, welche Qualitätsanforderungen an Wärmezähler, Messfühler, das Messkonzept und die Datendokumentation gestellt werden. Alle Vorgaben müssten sprachlich und systematisch sauber definiert sein.

Doch auch wenn alles richtig gemacht und die Daten vollautomatisch erfasst werden, sei im Rahmen des Energiemonitorings die Begehung der Anlage unbedingt notwendig, so Koenigsdorff. Nur so könnten beispielsweise falsche Ventilstellungen oder fehlerhaft montierte Sensoren erkannt werden. Für neue Gebäude empfiehlt Koenigsdorff die Formel KISS, keep it simple and stupid, denn einfache und robuste Konzepte arbeiten exakter als komplexe und übertechnisierte. Alles was an technischen Einrichtungen nicht gebraucht werde, müsse weder überwacht noch gewartet werden. In vielen Fällen könne man auch Technik durch mehr Dämmung ersetzen, jedoch sei auch hier das richtige Augenmaß erforderlich.

Mit Gebäudeautomation optimieren

„Das Gebäudeautomationssystem ist nicht nur zum Betreiben von gebäudetechnischen Anlagen ein ideales Werkzeug, sondern auch zur Optimierung.“ Aus Sicht von Prof. Dr.-Ing. Martin Becker, Prodekan Fakultät Architektur, Gebäudeklimatik und Energiesysteme der Hochschule Biberach, kann die Qualität eines Gebäudes durch die Aufrüstung des GA-Systems mit Energiemonitoring- und Energiecontrolling-Funk­tionen nachhaltig gesteigert werden.

Künftig müssten jedoch neben der angestammten Anlagentechnik mit Energieversorgung und Energieerzeugung sowie dem Gebäude- und Anlagenbetrieb auch die Gebäudehülle inklusive der Fassadentechnik in eine ganzheitlich Strategie einbezogen werden, da die Wechselwirkungen der Gebäudesysteme signifikant seien. „Die Raum- und Fassadenautomation sind künftig neue Teilgebiete der Gebäudeautomation“, betont Becker und weiter, „der Wert einer Immobilie wird künftig nach deren Nachhaltigkeitsmaß beurteilt. Für die Immobilienwirtschaft spielen Energieeffizienz, Energiekosten sowie Komfort und Behaglichkeit eine immer größere Rolle.“ Die systematische Erfassung der Energiedaten von Anlagensystemen sei eine wichtige Zukunftsaufgabe. Deshalb sehe er in der ganzheitlichen Beurteilung von Gebäude- und Energiesystemen eine wichtige Aufgabe für sein Institut.

So belegen Messkampagnen am Technikum der Hochschule Biberach zum Thema Gebäudeautomations-Effizienzklassen Abb. 7, dass hocheffiziente Gebäudeautomationssysteme der Klasse A gegenüber Standardsystemen der Klasse C rund 20 % an Energie einsparen. Eine andere Messreihe der Hochschule mit automatisierten Beleuchtungssystemen machte deutlich, dass automatische Dimmer nicht immer die Zustimmung der Nutzer finden. Am deutlichsten seien die Einsparungen durch die Automation von Beleuchtungen in öffentlichen Gebäuden, da diese Nutzergruppe weniger motiviert sei, mit Energie sparsam umzugehen. Alle experimentellen und thematischen Untersuchungen belegen, so Becker, dass für einen optimierten Gebäudebetrieb ein kontinuierliches Energiemonitoring unverzichtbar ist.

Fazit

Die Systemgrenzen gebäudetechnischer Anlagen heutigen Zuschnitts liegen meist bei den Gewerkegrenzen. Mit Einführung des intelligenten Stromnetzes verschieben sich diese Bereiche so, dass Gebäudetechnik und Energietechnik nach und nach zusammenwachsen. Marktforscher gehen davon aus, dass dadurch die Innovationszyklen gebäudetechnischer Anlagen kürzer werden und empfehlen, bei Neuplanungen Platzreserven für Energiespeicher oder Kraft-Wärme-Kopplung vorzusehen.

Regelungsfachleute warnen bereits heute vor zu viel „Geräteintelligenz“, die sich negativ auf übergeordnete Regelungs- und Steuerungsstrategien zur Nutzung unterschiedlicher Tarif­angebote auswirken kann. Zunächst gilt es jedoch, die geplante Energieeffizienz von gebäudetechnischen Anlagen auch im Betrieb zu erreichen. Gebäudemonitoring und Betriebsoptimierung werden bereits als künftiger Standard gehandelt. Ob Mikro- und Mini-KWK-Geräte eine sinnvolle und wirtschaftliche Lösung sind, muss die Praxis zeigen. Auch hierzu könnten Energiemonitoring und Energiecontrolling wichtige Daten zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit im realen Betrieb liefern.  

Mehr Infos zum Thema in den TGAdossiers Gebäudeautomation sowie Smart Metering und Smart Grid: Webcode 740 bzw. 977

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Gebäude werden Energie-Prosumer
  2. Teil: Wichtig für TGA-Planer, Anlagenbauer und Bauherren
  3. Teil: Wie viel Automatisierung verkraftet der Mensch?
  4. Teil: Wolfgang Schmid
  • Abb. 2 Wetterabhängige Energieerzeuger ­begünstigen kom­plexe, aber schwierig zu kalkulierende ­Geschäftsmodelle mit Lastverschiebung und Energiespeicherung.
  • Abb. 3 Durch die Aufschaltung von ESCO-Anlagen auf virtuelle Kraftwerke ergeben sich für Energiedienstleister erweiterte Geschäftsmöglichkeiten.
  • Abb. 4 Zu viele smarte Regler in dezentralen Energieerzeugern sowie in Gebäuden und Netzen wirken kontraproduktiv. Das Internet der Energie stellt neue Anforderungen an die Informations- und Kommunikationstechnologie.
  • Abb. 5 Boehringer-Gebäudetechniker realisierten für alle 65 Gebäude am Standort Biberach ein einheitliches Energieeffizienzkonzept aus baulichen und technischen Maßnahmen.
  • Abb. 6 Der höhere ­Luftwechsel in den Boehringer Laboren muss über eine ­Präsenztaste ange­fordert werden.
  • Abb. 7 Räume der Messkampagne im Technikum G an der Hochschule Biberach zur theoretischen und experimentellen Ermittlung des Einflusses der Raum- und Gebäude­automation auf die Energieeffizienz von Gebäuden (Kurzzusammenfassung der Studie: www.tinyurl.com/7hs8z4x).
Stadtwerke München
Margot Dertinger-Schmid
E-Energy.de
Boehringer Ingelheim
Boehringer Ingelheim
Martin Becker / Hochschule Biberach
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