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Bild 1. Panasonic Electric Works liefert die passenden Komponenten für ein skalierbares Energiedatenerfassungssystem im Gebäudebereich

Energiedatenerfassung und –monitoring in öffentlichen Bestandsbauten

Bild 2. Eco-Power-Meter für die Front- und Hutschienenmontage

Bild 3. FPWEB2 mit FPWEBEXP als Datenlogger

Bild 4. Einbau in den Klemmraum eines Bestandsverteilers

In Deutschland entfallen mehr als 40 % des Endenergiebedarfs auf den Gebäudesektor. Hohes Einsparpotenzial wird daher auch bei den öffentlichen Liegenschaften vermutet. Nach Schätzungen befinden sich über 180.000 Liegenschaften in öffentlicher Hand; 176.000 davon entfallen auf die Kommunen. Mehr als 60 % dieser Gebäude weisen einen geringen energetischen Standard auf. Eine systematische Energiedatenerfassung und ein Energiemonitoring sind zielführende Werkzeuge für ein optimales Energiemanagement.

Die Bundesregierung hat ein umfassendes Energiekonzept beschlossen, wonach eine langfristige, stufenweise Sanierung des Gebäudebestands bis 2050 vorgesehen ist. Dabei hat der Gesetzgeber der öffentlichen Hand eine Vorbildfunktion bei der Umsetzung der energiepolitischen Ziele zugewiesen. Die Umsetzung der energiepolitischen Ziele ist ein Managementprozess, der in der Führungsebene der Kommunen angesiedelt ist. Bewährt hat sich dabei eine Struktur, die in der DIN EN ISO 50001 festgelegt ist. Die I“DIN EN ISO 50001”:http://www.beuth.de/de/norm/din-en-iso-50001/147191205 ist eine weltweit gültige Norm, die Organisationen und Unternehmen beim Aufbau eines systematischen Energiemanagements unterstützen soll. Wesentlicher Aspekt der Norm ist ein Regelkreis in Form eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses, wobei dieser Prozess auf der Methode Planung-Umsetzung-Überprüfung- Verbesserung (Plan-Do-Check-Act, PDCA) beruht. Grundlage eines Energiemanagements ist eine zuverlässige Datenbasis, die permanent fortgeschrieben wird. Dadurch ist eine objektive Beurteilung des energetischen Zustands eines Gebäudes möglich. Zudem sind Verbesserungs- und Sanierungspotenzial sowie Prioritäten erkennbar und der Erfolg der Maßnahmen ist messbar. Die Datenerfassung erfolgt dabei mithilfe moderner Energiedatenerfassungssysteme. Die nachfolgend beschriebene Applikation zeigt ein kostengünstiges, skalierbares Energiedatenerfassungssystem, das im Gebäudemanagement einiger Kreisverwaltungen mit Erfolg eingesetzt wird. Basis dieses Systems sind zuverlässige Automationskomponenten und Sensoren, die bereits seit vielen Jahren in Automations- und Fernwirksystemen in der Wasser- und Energieversorgung sowie in der Abwasserentsorgung eingesetzt werden.

Energiedaten messen, anzeigen und aufzeichnen
Eco-Power Meter von Panasonic Electric Works messen im Zählerschrank die aufgenommene (Verbrauch) und abgegebene Energie (Einspeisung durch PV- oder KWK-Anlagen) in den Einspeisepunkten und Unterverteilern. Je nach Aufgabe und Einbausituation kommen dabei kompakte, leistungsfähige Multifunktions-Energiezähler zum Einsatz, die sowohl für die Frontmontage in Verteilerschranktüren als auch im Schaltschrank selbst mit Hutschienenmontage verfügbar sind. Sie sind geeignet für Drehstromnetze bis AC 500 V und messen die wichtigsten elektrischen Parameter, wie Momentanleistung, Energieverbrauch, Strom, Spannung, Leistungsfaktor und Frequenz sowie Einschalt- und Ausschaltzeiten. Darüber hinaus ist auch der berechnete CO 2 -Verbrauch anzeigbar. Induktive Stromwandler ermöglichen die Messung von Wechselströmen bis zu 500 A. Durch Klappkerntechnologie lassen sich die Wandler einfach nachrüsten, ohne die Leitung auftrennen zu müssen. Die genannten Messwerte können über eine eingebaute RS-485-Kommunikationsschnittstelle, welche die ProtokolleModbus RTU und Panasonic Mewtocol unterstützt, an ein übergeordnetes Datenerfassungssystem übertragen werden. Bei Gebäuden mit Eigenerzeugungsanlagen, wie PV-Anlagen oder BHKW, messen Geräte mit zwei Zählregistersätzen die eingespeiste und bezogene elektrische Energie. Vor Ort können die aktuellen Messwerte auf Tastendruck von einem Display abgelesen werden, klar lesbar und strukturiert. Die Einstellung der Parameter bei der Inbetriebnahme ist mithilfe eines strukturierten Menüs mit wenigen Tastendrucken über eine eingebaute USB-Schnittstelle oder über ein Web-GUI möglich. Neben der Gebäudetechnik können die Geräte auch bei der Maschinen- und Anlagenüberwachung in der Fertigungs- und Prozesstechnik eingesetzt werden.

Werte von konventionellen Zählern einlesen
Die meisten Bestandsgebäude sind noch mit konventionellen Strom-, Wasser- und Gaszählern ausgerüstet. Häufig handelt es sich hierbei um kleinere Dienstgebäude bzw. Außenstellen ohne eigenes Gebäudeautomationssystem. Für ein wirksames Energiemanagement ist es unumgänglich, auch diese Gebäude kostengünstig zu erfassen. Meist lassen sich bei den eingebauten Zählern herkömmliche Reed-Kontakte nachrüsten, sodass auch hier Zählimpulse zur Verfügung stehen. Diese Zählimpulse werden von einem intelligenten E/A-Modul erfasst und über die eingebaute RS-485-Schnittstelle einem Datenlogger zur Aufzeichnung bereitgestellt. Sofern eine Nachrüstung der eingebauten Zähler nicht möglich ist, kann die Drehung des Zählrads auch mit einem Optosensor erfasst werden. Neben den Zählimpulsen lassen sich weitere Betriebs- und Störmeldungen, zum Beispiel von der Heizung, sowie Temperaturen und Drücke mit Zeitstempel erfassen. Mithilfe einfach nachzurüstender Softwaremodule ist der Datenlogger zu einem Störmelder ausbaubar, der im Störungsfall den Wartungsdienst oder Hausmeister automatisch per E-Mail oder SMS alarmiert.

Daten anzeigen, verarbeiten und analysieren
Ein kompakter und leistungsfähiger Webserver mit integriertem Datenlogger sammelt die Informationen der Energiezähler ein und speichert sie mit einem Zeitstempel auf SD-Karte, die bis zu 32 GByte groß sein kann. Als Datenformat wurde das universell verwendbare CSV-Fileformat ausgewählt. Damit können die geloggten Daten mit herkömmlichen Tabellenkalkulationsprogrammen gelesen oder auch in andere Energiemanagementsysteme importiert werden. Neben seinen Aufgaben als Datenkonzentrator, FTP und E-Mail Client ist der Webserver in der Lage, die Energie- und Prozessdaten auf einem Web-GUI visuell darzustellen. Der Zugriff erfolgt am PC mit einem Standardbrowser, wie MS Internet Explorer, Firefox, Opera, Safari oder Chrome. Selbstverständlich ist auch der Zugang mittels Smartphone oder Tablet möglich. Ein serienmäßig vorhandenes Web-GUI dient zur Systemkonfiguration sowie zur Anzeige der Messwerte, Ganglinien und Wertetabellen von bis zu 16 Eco-Power Meter. Die HTML-Seiten der Web-GUI können mit gängigen Tools, wie der plattformunabhängigen Entwicklungsumgebung Eclipse, Microsoft Expression Web oder einem Texteditor mit Syntax-Hervorhebung, erstellt werden. Alternativ dazu sind Webseiten auch mit einem Designer Tool erstellbar. Der FP Web Designer ist ein einfach zu bedienender Editor zum Erstellen von Webseiten und zur Visualisierung von Prozessdaten, die vom Webserver gelesen wurden. Es sind keine Programmierkenntnisse in HTML, PHP, Java Script oder Java erforderlich. Umfangreiche Grafikbibliotheken unterstützen den Anwender bei der Entwicklung. Somit sind auch individuelle Benutzeroberflächen und Anlagendarstellungen möglich. Der Aufwand für das Engineering wird reduziert und bietet dennoch umfangreiche Möglichkeiten für die individuelle Ausstattung. Ein Lösungsansatz, der die Anforderungen unabhängiger Energieberater bei der Ausarbeitung kundenspezifischer Lösungen unterstützt.

Fazit
Energie wird immer teurer. Bestandsgebäude benötigen für Strom und Heizung ca. 40 % des Gesamtenergiebedarfs in Deutschland. Energiekosten einzusparen, ist daher ein wichtiger Schritt zur Kostenreduktion – sowohl in den Kommunen als auch in der Wirtschaft. Leistungsfähige, skalierbare Energiezähler, Sensoren und Datenlogger unterstützen die Energiemanager und -berater bei der Planung, Umsetzung und Überwachung von Energiespar- und Sanierungsmaßnahmen. (ih)

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Autor:
Walter Stehle ist Senior Sales Engineer und Gebietsverkaufsleiter Süd/West für den Fachbereich Fabrikautomation und Fernwirktechnik bei der Panasonic Electric Works Europe AG in Holzkirchen. info.peweu@eu.panasonic.com