Kostenreduzierung in der Gebäudetechnik

Stark ansteigende Energiekosten machen elektrische Energie immer mehr zu einem Kostentreiber. Ein erster Schritt der Kostenfalle zu entrinnen ist die präzise Erfassung sämtlicher Energiedaten, elektrischer und Spannungsqualitätsparameter. Moderne Energiemesstechnik sorgt für die nötige Transparenz in der Gebäudeenergieversorgung. Auf Basis konkreter Daten lassen sich dann Konzepte z.B. zur Stromkostenreduzierung entwickeln sowie weitere Maßnahmen einführen. Mit Netzanalysatoren können die Verbesserungen auch überwacht und protokolliert werden.

Es gibt eine Reihe versteckter Kosteneinsparpotenziale. Ein wichtiger Kostenfaktor ist die Stromrechnung für Betriebsanlagen, Gebäude oder Infrastrukturobjekte. Allerdings ist die Stromrechnung nur der sofort sichtbare Teil von manchmal viel höheren Kosten unter Berücksichtigung einer "verschmutzten" und unzuverlässigen Energieversorgung. Neben den direkten Elektrizitätskosten spielt auch die effektive Auslastung von Energieverteilungsanlagen und                 -einrichtungen sowie eine zuverlässige Energieversorgung eine wichtige Rolle bei der Wirtschaftlichkeit. Da diese Kosten nicht so offensichtlich sind, werden sie auch als "versteckte Kosten" bezeichnet.

Versteckte Kosteneinsparpotentiale

  • 3-fach Stromkosten reduzieren: kWh, Blindstromkosten und Spitzenlast
  • Identifizierung von "Energiefressern"
  • Wartungskosten senken
  • Lebensdauer von elektronischen und elektrischen Geräten verlängern
  • Präzise Kostenstellenerfassung (z.B. für welches Büro wird wie viel Strom benötigt?)
  • Stabilisierung der Stromversorgung zur Vermeidung von Computerausfällen

Reduzierung der Stromkosten

Direkte, verbrauchsbezogene Stromkosten können beachtlich verringert werden. Für Hausverwalter bedeutet dies eine Verbesserung der Genauigkeit von Stromverbrauchsabrechnungen und eine kundenbezogene Abrechnung (Kostenstellenmanagement). Mit der entsprechenden Energiemesstechnik können Auswertungen komfortabel erstellt werden, um die Stromrechnung des Energieversorgungsunternehmens zu überprüfen. Durchgängige Energiemanagementsysteme über die verschiedenen Netzebenen hinweg ermöglichen es, unwirtschaftliche Verbraucher und Energieverschwendung zu erkennen. Erst mit der nötigen Netztransparenz wird es möglich, "Sünder" zu identifizieren und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Als Beispiel soll die folgende Überlegung eines Bürogebäudekomplexes in Niederbayern dienen: Die Elektroabteilung wurde seitens des Managements aufgefordert, die steigenden Stromkosten zu erklären und Einspar-möglichkeiten aufzuzeigen. Das Gebäude hatte bis zu diesem Zeitpunkt mit analogen Einbaumessgeräten eine recht traditionelle Messtechnik installiert. Zum Einsatz kamen Universalmessgeräte und Netzanalysatoren der Typen UMG 96S, UMG 507E und UMG 510 der Firma Janitza electronics.

Ziel war es, sowohl den Energieverbrauch der einzelnen Gebäude, Abteilungen und eingemieteten Großkunden zu ermitteln, als auch die Spannungsqualität insgesamt zu überwachen. Dazu war es notwendig, die Messpunkte in der Energieverteilung über sämtliche Netzebenen hinweg zu definieren. Es wurde dabei ein mehrstufiges Konzept gewählt, mit einem UMG 510 Spannungsqualitätsanalysator in der 10kV Einspeisung (PCC). Dieser Netzanalysator verifiziert die vom EVU gelieferte Spannungsqualität gemäß dem gültigen Spannungsqualitätsstandard EN50160. Wichtig war dem zuständigen Elektroverantwortlichen die einfache Dokumentation der Spannungsqualität mit kontinuierlicher Aufzeichnung sämtlicher Spannungsqualitätsparameter. Der UMG 510 Netzanalysator ermöglicht auf Knopfdruck für einen definierten Zeitraum eine komplette Netzanalyse gemäß der Norm EN50160. Ein umfangreicher Bericht mit sämtlichen Parametern wird automatisch generiert und kann dem Management bei Rückfragen zur Verfügung gestellt werden.

Spitzenlastüberwachung

In den Abgängen der Einspeise-transformatoren wurden UMG 507E Netzanalysatoren verwendet. Neben der Erfassung von Lastgängen, Spannungs-qualitätsparametern wie Kurzzeit-unterbrechungen und Oberschwingungen war hier auch das Thema Spitzenlast-überwachung von zentraler Bedeutung. Durch das kurzzeitige Abschalten von Verbrauchern, z.B. in der Großküche, konnte das Wirkleistungsmaximum gesenkt und damit die Stromrechnung um bis zu 20% reduziert werden. Aber auch für die optimale Auslastung von Energieverteilungsanlagen war die Spitzenlastüberwachung wichtig, um eine Überlastung von Netzteilen zu vermeiden. Die 400V Abgänge zu einzelnen Büros und Gebäudeteilen wurden mittels UMG 96S Universalmessgeräten mit Schnittstellenanbindung überwacht.

Dies verbessert die Transparenz und ermöglicht die entsprechende Zuordnung von Kostenstellen. Das Management legte höchsten Wert auf die Umlage der individuellen Stromkosten auf die einzelnen Kostenstellen. Außerdem ermöglichte die genaue Kenntnis des Stromverbrauchs einzelner Verbraucher oder Verbrauchergruppen ineffiziente Verbraucher herauszufinden und Gegenmaßnahmen einzuleiten. Das gewählte mehrstufige Messkonzept über die verschiedenen Netzebenen hinweg ist im Fehlerfall wesentlich für die Ursachenforschung, d.h. für die Eingrenzung möglicher Fehlerursachen. So lässt sich durch den Vergleich zeitlich synchronisierter Geräte z.B. ermitteln, ob eine Kurzzeitunterbrechung von der Netzseite her stammt, oder ob diese durch einen Anlaufstrom oder Kurzschluss von den eigenen Verbrauchern verursacht wurde.

Kostengünstige, schnelle und sichere Kommunikation

Außerdem sollten durch die Vernetzung der Messgeräte über einen Feldbus alle Messdaten automatisch ausgelesen und in der Netzzentrale zur weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt werden. Um die Installationskosten niedrig zu halten (z.B. Peripherie für Feldbusse), hatte man sich für Ethernet TCP/IP als Rückgrat der Datenkommunikation entschieden. Da Netzanalysatoren mit Ethernet- Schnittstelle teurer in der Anschaffung sind, hatte man anfangs Bedenken wie dies mit dem vorhandenen Budget realisiert werden könnte. Die Lösung war die Kombination der UMG 507E Netzanalysatoren mit Modbus Gateway und den UMG 96S Modbus Geräten. Somit hatte man die höherwertigen UMG 507E in den zentralen Einspeisepunkten ohnehin für die erhöhten Anforderungen an die Messtechnik angepasst. Gleichzeitig konnten mit den UMG 507E durch die Modbus Gateway Funktion die kostengünstigeren UMG 96S Modbus Geräte an das Ethernet angeschlossen werden.

Immer und überall informiert, über E-Mail und Homepage

Wer kennt das nicht? Kaum aus der Firma und schon kommt der erste Anruf über Probleme in der EDV, Computer fallen aus oder die Energieversorgung stürzt ab. Mittels den in die Netzanalysatoren integrierten Webservern wurde der direkte Zugang auf die Daten an den einzelnen Messpunkten geschaffen. Direkt über die Homepage des einzelnen Netzanalysators können sich alle autorisierten Mitarbeiter der Elektroabteilung und des Managements bereits weitreichend informieren. Dazu ist lediglich ein Webbrowser und die dem einzelnen Messgerät zugeordnete IP-Adresse im Netzwerk nötig. Zusätzlich wurden Grenzwerte für verschiedene Parameter gesetzt. Die zuständigen Mitarbeiter der Elektroabteilung werden per E-Mail weltweit informiert, falls die Energieversorgung überlastet wird, Kurzzeitunterbrechungen den Fertigungsprozess zum Erliegen bringen oder unzulässige Oberschwingungen die Lebensdauer von Betriebsmitteln reduzieren.

Daten sammeln, speichern und auswerten

Die von diversen Messpunkten gewonnenen Daten sollten gesammelt, gespeichert, aufbereitet, visualisiert und zur Verfügung gestellt werden. Online-Analysetools zur grafischen Auswertung der Daten, z.B. Lastverläufe vergleichen, ebenso wie Analysetools für historische Daten und Reportgeneratoren wurden installiert. Die Messpunkte wurden auf Topologieansichten gezogen und geben nun einen schnellen Überblick über die gesamte Energieverteilung der verschiedenen Gebäudeteile, mit der Möglichkeit, durch Vergleich der einzelnen Messpunkte Netzstörungen zu lokalisieren und die definierten Toleranzen auf einen Blick zu überprüfen. Durch das Hinterlegen von Grafikdateien (z.B. .jpg) mit Stromlaufplänen und Gebäudeplänen und Einbinden der zugehörigen Messgeräte per Drag and Drop an ihren tatsächlichen Standort ließ sich eine kostengünstige und kundenspezifische Lösung realisieren. Grenzwertüberschreitungen (z.B. THD-U zu hoch) sowie Zustände der Ein- und Ausgänge können ebenfalls angezeigt werden. Zur Abspeicherung der Daten wurde eine mySQL-Datenbank installiert. Die Verfügbarkeit historischer Daten macht es den Mitarbeitern der Elektroabteilung einfach, Lastverläufe für den Einkauf für Verhandlungen mit dem EVU zu erstellen. Da es bereits in der Vergangenheit kostspielige Stromunterbrechungen gab, wurde großer Wert auf hohe Datensicherheit gelegt. Aus diesem Grund wurde ein separater Datenserver mit entsprechend hoher Geschwindigkeit und Redundanzen in der Datensicherung verwendet. Die Energiemanagementsoftware PSWprofessional wurde auf den Clientrechnern der Elektroabteilung und im Einkauf installiert.

Onlinewerte und Auswertung historischer Daten

Mit der grafischen Linienschreiberfunktion ist eine schnelle Onlinedarstellung von ausgewählten Messwerten möglich. Der Graph wird in dieser Funktion laufend um neue Messdaten erweitert. Mit der Analyse historischer Daten lassen sich mit einigen wenigen Mausklicks z.B. Fehleranalysen mit dem Vergleich verschiedener Parameter realisieren.

Zukunftsaussichten

Durch die Integration von Funktionalitäten gehen moderne Netzanalysatoren weit über die Grenzen von digitalen Multifunktionsmessgeräten hinaus:

  • Zähler (kWh, kVArh)
  • Oberschwingungsanalysator
  • Transientenrekorder
  • Ereignisschreiber
  • Spitzenlastoptimierung
  • Logische Verknüpfungen
  • Datensammler
  • Zustandsüberwachung

Rasante Weiterentwicklungen im Bereich der integrierten Schaltkreise erlauben immer schnellere und kompaktere Netzanalysatoren zu erschwinglichen Preisen. So stellte die Firma Janitza electronics zur Hannover Messe den brandneuen Netzanalysator UMG 604 der Öffentlichkeit vor. Der UMG 604, mit einem 500MHz DSP (digitaler Signalprozessor) ausgestattet, ist ein überaus schneller und leistungsfähiger Netzanalysator mit kleinsten Abmessungen. Die kontinuierliche Abtastung der acht Kanäle mit 20kHz pro Kanal erlaubt die Erfassung von sämtlichen elektrischen Parametern (mehr als 800 Werte), Min.- und Max.- Werten, den wesentlichen Spannungs-qualitätswerten wie Oberschwingungen (bis zur vierzigsten, je Phase mit Richtungserkennung) und Kurzzeitunterbrechungen. Selbst schnelle Transienten (> 50μs) können sicher identifiziert werden. Über moderne Kommunikationsarchitekturen, integriertem Webserver und der mitgelieferten Netzanalyse Software GridVis® lassen sich umfassende Energiemanagementsysteme aufbauen, um eventuelle Probleme in der Energieversorgung möglichst schon im voraus zu erkennen und zu bereinigen. Mit der Erfassung von bis zu vier Stromkreisen mit einem Gerät können auch die Hardwarekosten deutlich reduziert werden.