Energie-Management Energieversorgung und Haustechnik Energie-Management für Gebäude Die aufgekommene Inflation und das politische Wollen von Grüner Energie lassen die Preise für Strom, Gas und Öl steigen. Ein bewussterer Umgang mit Energie ist nun oft nicht nur sinnvoll, sondern notwendig. henden Umweltbelastungen. Zur Umsetzung des Energie-managements benutzt man ein Ener- gie-Management- System (EnMS). Kommentar: Das klingt recht trivial und zielt natürlich (VDI) nur auf die Wirtschaft. Ein EnMS stellt demnach die notwendigen Betriebsmittel zur Verfügung, um den Energieeffizienzgedanken in allen Prozessen und bei allen Mitarbeitern eines Unternehmens zu implementieren. Der Aufbau eines EmMS verlangt zunächst eine ausführliche Grunddatenerhebung. Dann geht es normalerweise im sogenannten Plan-Do-Check- Act-Zyklus weiter. Dies lehnt sich an ein Umwelt- oder qualitäts-Management an. Obwohl aus der Wirtschaft stammend, kann man diese Herangehensweise auch im Gebäudebereich bemühen. auch hier werden z.B. energieflüsse zu einem bestimmten Zeitpunkt genau protokolliert. Ansatzpunkte im Gebäudebereich Bildquelle: Fa. SolarEdge Technologie Energie-Management bedeutet Reduzierung des Energieverbrauchs und damit der Kosten durch Anwendung geeigneter Technologien. Diese müssen sich „rechnen“, sprich: sollten sich kurz- bis mittelfristig rentieren. Hauptansatzpunkte sind Gebäude, da auf sie ein gutes Drittel des europäischen Verbrauchs entfällt und da zwei Drittel sämtlicher Gebäude als energetisch ineffizient gelten. Im Prinzip nichts Neues Wer glaubt, Energie-Management sei ein neuaufgekommenes Thema, der irrt. Energie-Management-Systeme haben zumindest in Deutschland eine lange Geschichte. Zuerst als „Energieaudit“ bezeichnet, sollte damit ab dem Jahr 2003 für Firmen des produzierenden Gewerbes eine Rückerstattung der Energiesteuer möglich werden. Doch die ab 2005 amtierende neue Regierung legte diese Bemühungen zunächst mal auf Eis. Doch „Es gibt viele Wege, intelligentes Energie-Management und Speichersysteme in die Gebäudeautomation zu integrieren. … Das Wichtigste bei der Integration von Energiesystemen in das Gebäude-Management ist, sicherzustellen, dass die Systeme auch in Zukunft unterstützt werden und sich zusammen mit der Technologie weiterentwickeln.“ Lior Handelsman, Solar Edge (Quelle: building & automation 7/2017) schon zwei Jahre später sah man auch in der CDU ein, dass ein „integriertes Energie- und Klimaprogramm“ ohne Energie-Management nicht funktionieren kann. Bis 2013 sollten entsprechende „verpflichtende Systeme“ in der Wirtschaft etabliert werden. Das war die Zeit, in der entsprechende Gesetze und Verordnungen entstanden. Inwieweit deren Umfang heute zu rechtfertigen ist, sei dahingestellt. Energie-Management und Energie-Management- System Energie-Management ist nach Definition des VDI (4602): Erfüllung der gestellten Anforderungen des jeweiligen Betriebs, dabei Senkung der Energiekosten, Steigerung der Energieeffizienz und gleichzeitige Reduktion der dabei entste- Im Gebäudebereich geht es beim Energie-Management vor allem um Heizung und Belüftung. Die Heizung ist mit Abstand der größte Kostenfaktor. Die Kosten für Beleuchtung, die früher noch eine große Rolle spielten, konnten durch den Siegeszug der 230-V-LED-Lampe in den Hintergrund gedrängt werden (wenige Prozent vom Gesamtanteil). Ein Management ist dennoch sinnvoll, insbesondere wenn es der Gesundheit und dem Komfort dient. Den höchsten Einspareffekt bieten natürlich Licht-Management-Systeme, die das Tageslicht nutzen. Künstliche Beleuchtung wird nur in dem Maße hinzugefügt, wie dieses nicht ausreicht. Heizung und Belüftung nimmt man mit intelligenter Gebäudetechnik in den Griff. Diese setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen, welche auf verschiedenen Teilgebieten sowohl innen wie außen für mehr Energieeffizienz sorgen. Hierbei bekommt auch das Thema „Energiedaten“ eine immer höhere Bedeutung. Neben Smart Metern für den Stromverbrauch gibt es Zähler für die Messung von Fernwärme, Gas oder Wasser. All diese intelligenten Geräte stellen dem Nutzer seinen Verbrauch übersichtlich und transparent dar, sodass er seinen Energiehaushalt besser kontrollieren kann. Gebäudeautomation als ganzheitlicher Ansatz Lange Zeit verstand man unter „Gebäudeautomation“ die automatisierte zentrale Steuerung der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie der Beleuchtungssysteme eines Gebäudes. Der steigende Anteil von Grünem Strom, insbesondere Solarstrom, der von Privat auch eingespeist werden kann, sowie der Einzug von Energie- 10 Haus und Elektronik 1/2022
Energie-Management Interface), ein Feldbus zum Ansteuern von elektronischen Antrieben, beispielsweise für Jalousien oder Rollläden. Oder LCN (Local Control Network), ein proprietäres Gebäudeautomationssystem für Wohn- und Zweckbauten aus Deutschland. • Funkbusse Funkbusse sind gegenüber leitungsgebundenen Bussen sehr flexibel. Daher hat KNX auch eine solche Spielart entwickelt: KNX-RF. Daneben haben sich die Systeme ZigBee und Z-Wave, aber auch Enocean und Bluetooth einen Namen gemacht. IoT und Cloud In dem Projekt ProShape wurde ein Steuerungsansatz entwickelt, der ein Dezentrales Energiemanagement in Quartieren ermöglicht. Die Steuerung setzt auf drei Ebenen an: der Wohnung, dem Gebäude und dem Quartier. Sie erlaubt eine bedarfsgerechte Steuerung der Heizung und der Heizzentrale, die das Quartier mit Wärme und Strom (Mieterstrom) aus einem Blockheizkraftwerk versorgt (Quelle: www.borderstep.de/ forschungsthemen/sustainable-entrepreneurship/) ((grafik-home-energy-management-system-hems-bdh)) speichern macht es aber erforderlich, die Gebäudeautomation neu zu verstehen, und zwar ganzheitlich. Das klingt auf Wikipedia so: „Als Gebäudeautomation (GA) oder Domotik wird im Bauwesen die Gesamtheit von Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen in Gebäuden bezeichnet. Als Teil der Versorgungstechnik ist die GA ein wichtiger Bestandteil des technischen Energiemanagements. Hauptziel ist häufig, die gewerkeübergreifende, selbstständige (automatische) Durchführung von Funktionsabläufen nach vorgegebenen Einstellwerten (Parametern) oder deren Bedienung bzw. Überwachung zu vereinfachen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden alle Sensoren, Aktoren, Bedienelemente, Verbraucher und andere technische Anlagen im Gebäude miteinander vernetzt. Abläufe können in Szenarien zusammengefasst werden. Kennzeichnendes Merkmal ist die dezentrale Anordnung der Automationsstationen (AS) sowie die durchgängige Vernetzung mittels eines Kommunikations-Netzwerks bzw. Bussystems.“ Ziele und Mittel der Vernetzung Das Ziel der Vernetzung besteht darin, den Mehrwert bei der Gerätenutzung zu steigern und neue (Fern-)Bedienmöglichkeiten zu schaffen. Eigene Netze für Weiße Ware (Waschmaschine, Wächetrockner etc.), Braune Ware (Unterhaltungselektronik) sowie Roter Ware (Heizungstechnik) sind möglich. Die Basistechnologie als Protokoll-Stack ist meist LON, UPnP oder KNX-Standard-Powerline, wobei der Embedded-Software-Stack häufig auf OSGi (Java) aufsetzt. In der Gebäudeautomation, aber auch schon in der Raumautomation, hat sich global das BACnet-Protokoll durchgesetzt. Damit liegt nun eine gesamtheitliche Lösung mit einheitlicher Bedienung vor. Ebenen „Die Energiewende schreitet immer weiter voran… Um all diese Technologien möglichst effizient zu nutzen, führt an ihrer intelligenten Vernetzung kein Weg vorbei. Das Stichwort in diesem Zusammenhang lautet Haus-Energie-Management.“ Markus Hohl, Hager (Quelle: building & automation 1/2019) Die Basistechnologien für die Gebäudeautomation lassen sich verschiedenen Ebenen zuordnen: • Leittechnik und Management-Systeme zur Fernwartung • Management- und Automations- Ebene In beiden Punkten steckt das Wort „Management“. Hier trifft man oft auf den Begriff OSGi. Dabei sollte man wissen, dass die OSGi Alliance (früher Open Services Gateway initiative) eine hardware-unabhängige dynamische Software-Plattform spezifiziert, die es erleichtert, Anwendungen und ihre Dienste zu modularisieren und zu verwalten. • Automations- und Feldbus-Ebene Hier sind die bekannten Bussysteme wie DALI oder KNX zuhause, außerdem Systeme wie SMI (Standard Motor Das Internet der Dinge scheint eine gute Ausgangsbasis auch für das Energie- Management eines Gebäudes zu bieten. Der Vorteil hierbei: Das IoT ist ein universelles Medium und von daher wahrscheinlich sowieso schon implementiert. Ein Beispiel für eine solche IoT-basierte Lösung ist das Gebäude- Management-System Emalytics mit seiner Steuerung ILC2050BI von Phoenix Contact. Kernelement von Emalytics ist das IoT Framework. Es bringt u.a. alle Daten auf ein einheitliches Format. Das erleichtert die Weiterverarbeitung erheblich. Die Steuerung wiederum ermöglicht effizientes Wirken u.a. in allen Kälte- und Wärmeprozessen. Hier werden IoT-Technologien und Lösungen bereitgestellt, die erst durch die Digitalisierung umgesetzt werden konnten. Auch cloud-basierte Netzwerke vereinfachen das Gebäude-Management. Dabei werden alle Netzwerkgeräte und Management-Anwendungen in einer hochverfügbaren Cloud zusammengefasst und vom Anwender über eine zentrale Plattform gesteuert. Da sich die erforderlichen IT-Kenntnisse hier in Grenzen halten, werden solche Lösungen besonders bei Mittelständlern immer beliebter. Zurück zur Energie Grüne Energie kommt immer mehr auch als Solarpanelen. Modernste Photovoltaik im Hausbereich hat drei Hauptkomponenten: • die Solarpanele auf dem Dach • der Wechselrichter, eventuell flankiert von einem Power-Optimierer • den Energiespeicher Für das bestmögliche Zusammenspiel ist der Wechselrichter verantwortlich. Dazu nutzt er gewissermaßen als aus- Haus und Elektronik 1/2022 11
