1© ennovatis GmbH

Modellbasierte Betriebsanalyse Aktueller Stand Demogebäude ennovatis

3. Projekttreffen ModBen

F. Schmidt, U. Jahn und R. Kopetzky

ennovatis GmbH Germany Freiburg, 07.10. 2008

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Stand der Arbeiten

Daten routinemäßig verfügbar Zwei Studienarbeiten am ISE abgeschlossen

Sebastian Zehnle: Eignung der Berechnungsmethodik DIN V 18599 zur Abbildung des Energieverbrauchs von realen Nicht-Wohngebäuden

Susanne Komhard: Model-Based Approach for Performance Monitoring of Commercial Buildings

Vergleich von Methoden (Vortrag Werkzeuge) EnEV+ mit IDA-ICE (Nis Andresen) Optimisation mit IDA-ICE (Sebastian Burhenne) EnEV+ mit VEC und Verbrauch (Frauke Schönfeld) EnEV+ mit Energy+ (Tobias Maile) Verbrauch mit EnEV+ Individualrechnung (Sebastian Zehnle) Verbrauch mit Regressionsmodell (Susanne Komhard)

Verbindung von Rechnung und Messung in controlling Anschluss R-visualisation to ennovatis controlling

(Projekt Scientific Dataview)

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Jahreswerte

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Monatswerte

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Tageswerte

z.B. aus Regressionsmodell

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Projekt: Scientific Dataview

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From thesis of Susanne Komhard

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From thesis of

SebastianBurhenne

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Modellbasierte Betriebsanalyse Stand der Werkzeuge bei ennovatis

3. Projekttreffen ModBen

F. Schmidt, U. Jahn und R. Kopetzky

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Vergleich von Methoden

EnEV+ mit IDA-ICE (Nis Andresen) Optimisation mit IDA-ICE (Sebastian Burhenne) Verbrauch mit EnEV+ Individualrechnung (Sebastian Zehnle) Verbrauch mit Regressionsmodel (Susanne Komhard)

Schon früher berichtet EnEV+ mit VEC und Verbrauch (Frauke Schönfeld) EnEV+ mit Energy+ (Tobias Maile)

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Bürogebäude Grosspösna – 3D-Modellierung

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Vergleich EnEV+ mit IDA-ICE (Nis Andresen)

Kennwerte des vereinfachten Gebäudemodells: Bruttogeschossfläche (BGF): 536 m² Bruttorauminhalt (BRI): 1687 m³ Referenzwetterdaten: Testreferenzjahr 0404 Hüllflächen

Typ Beschreibung U-Wert Gesamtfläche

AW1 Außenwand Außenwand Außenwand 0,47 W/m²K 314,77 m²

AW2 Glaselemente Glaselemente Glaselemente 3,70 W/m²K 77,2 m²

FB1 Fußboden Fußboden Fußboden 0,30 W/m²K 255,40 m² DE2 Decke Decke Decke 0,72 W/m²K 255,40 m²

DA2 Dach Dach Dach 0,29 W/m²K 255,40 m²

AF1 Fenster 1.8 W/m²K 89,13 m² AT1 Tür 1,8 W/m²K 4,54 m²

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Heizenergiebedarf

Heatingrequierement Vergleich IDA Enev+

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Janu

ary

Febru

ary

Mar

chApr

ilM

ayJu

ne July

Augus

t

Septe

mbe

r

Octobe

r

Novem

ber

Decem

ber

IDA Results

ENEV+ Results

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Heizenergiebedarf nach E+ und EnEV+

0.00E+00

1.00E+10

2.00E+10

3.00E+10

4.00E+10

5.00E+10

6.00E+10

7.00E+10

8.00E+10

En

erg

y [

J] Heizbedarf DIN V 18599

Heizbedarf E+

Primaerenergie DIN V 18599

Primaerenergie E+

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TransmissionsverlusteTransmission Loss

-9000

-8000

-7000

-6000

-5000

-4000

-3000

-2000

-1000

0

January February March April May June July August September October November December

kWh

IDA Results ENEV+ Results

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Jahres Energiebilanz

-13%

15%

-63%

-18%

36%

-70000

-60000

-50000

-40000

-30000

-20000

-10000

0

10000

20000

30000

40000

HeatingRequirement TransmissionLoss VentilationLoss InternalGains SolarGains

-80%

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

ENEV+ Results

IDA Results

Abweichungen % bezogen auf IDa results

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Optimierung mit IDA-ICE (Sebastian Burhenne)

Vereinfachtes Modell für definierte

Fragestellungen möglich

Einsparpotential durch

Verbesserung der Pumpensteuerung

7,5%

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Koppelung GenOpt und IDA-ICE

Voraussetzung

simulation software has

input and output text files

and

is executable in batch mode.

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Arbeit Sebastian Zehnle

Hier zwei Punkte1. Vergleich von Energieausweisen2. Erfahrungen mit Individualberechnungen

Vergleich Verbrauch mit EnEV+ Individualrechnung (Sebastian Zehnle)

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Energieausweise

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Vergleich Bedarf - Verbrauch

From thesis ofSebastian

Zehnle

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Bewertung

Der Vergleich der aus den Normberechnungen nach DIN V 18599 resultierenden Energiebedarfswerte mit den erfassten Verbrauchswerten der untersuchten Demonstrationsgebäude hat gezeigt, dass sich die Berechnungsmethodik unter Verwendung der in der DIN V 18599 - Teil 10 enthaltenen Nutzungsrandbedingungen nicht dazu eignet den Energieverbrauch von Gebäuden abzubilden.

Mittels der Individualberechnung ist es nach entsprechender Anpassung der Gebäudemodelle möglich eine Betriebsoptimierung durchzuführen. Mit ihr können die Energieeinsparungen durch Sanierungsmaßnahmen und Änderungen im Gebäudebetrieb aufgewiesen werden.

Genauigkeit liegt im Bereich von 20–25 % Abweichung, davon entfallen nach unserer Erfahrung 5 % auf Jahres- und 10–20 % auf Monatswerte.

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Verbrauch mit Regressionsmodell (Susanne Komhard)

Schritte1. Erfassung der Daten auf Stundenbasis2. Graphische Interpretation und Bewertung3. Ableitung einer Regressionsfunktion4. Training zur Bestimmung der Regressionsparameter5. Validierung 6. Verbrauchsprognose und Interpretation der gemessenen

Werte

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Carpet Plots for heating and outdoor Temperature

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Signatures for heat and electricity

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Regression that models the heating demand

Pheat is calculated for all levels of day-types and above or below the change point

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Training und Validierung

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Modellbasierte BetriebsanalyseWorkshop im Rahmen der ICEBO

Werkzeuge für ein kostengünstiges Energie monitoring

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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell

Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik

Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung

Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter

Dienstleistungsebene Service im Bereich EM

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Bessere

Tab

nötig

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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell

Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik

Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung

Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter

Dienstleistungsebene Service im Bereich EM

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Erfahrungen mit Integration von Sensoren in GA

•Für die Datenerfassung und –übertragung waren zwischen 15.000 und 45.000 € notwendig. Diese Spanne entspricht in der Regel 10 – 20 % der jährlichen Energiekosten.

•Bei unvollständiger Gebäudeautomation (GA) hat sich eine Messwerterfassung mit der smartbox als deutlich günstiger erwiesen.

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Übersicht Funktionalitäten

RS 232

M-Bus fähige Endgeräte

Lüftung

Geräte

Heizung

2x Relais

on Board

M-Bus Pegelwandler

AD-Wandler Temperaturen

8 Eingänge

Pulse/Status

8 Eingänge 8 Eingänge

24 x direkt

Berichte, Vertragskontrolle, Bedarfsberechnungen, etc.

Ethernet/RS232/RS485

GSM/Bluetooth

Modem/ISDN

Störmeldungen

SMS, E-Mail, E/A Modul, Relais

ennovatis Planning & Controlling

bis zu 480 Endgeräte

bis zu 32 Feldbusgeräte direkt ansprechbar

RS 485 Feldbus

E/A

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ennovatis Smartbox Standardfall

Auswertung der Daten über Smartbox Manager

Erfassung von Strom. Gas, Wasser über Impulse von den Zählern

PT 1000

Erfassung derAußentemperatur

oder ennovatis Controlling

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Anwendung bei Büro- und Wohngebäuden

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Leckage-Meldung über M-Bus Zähler

M-Bus

RS232

Programmierung einer Leckagemeldung:

1. Zeitprogramm festlegen, z.B. von 0 Uhr bis 2 Uhr2. Wasserzähler so konfigurieren, dass die Durchflussleistung

übertragen wird.3. Mit einem Rechner Zeitprogramm und Leistung „verbinden“.4. Rechnerausgang einem Verzögerungsmodul übergeben, damit

kurzfristige Durchflüsse keinen Fehlalarm auslösen. 5. Dann die Verzögerung beliebigen Ausgangsmodulen zuweisen.

&

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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell

Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik

Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung

Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter

Dienstleistungsebene Service im Bereich EM

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Werkzeuge zur Interpretation der Daten (monitoring)

Ziel Aufzeigen von Wegen zur Beurteilung des aktuellen

Verbrauches Aufdecken von Verlusten und ineffizientem Betrieb

Wege Intelligente Messwerterfassung (Intelligent Metering) unter

Einbeziehung der Nutzer Regelbasierte Überwachung

Hardware Software

Modellbasierte Überwachung EnEV+ EnergyPlus ennovatis Planning - VDI 2067 IDA-ICE Regressionsmodell

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Intelligent Metering

Vorraussetzung Zeitlich hoch aufgelöste Daten Darstellung in verschiedenen Kontexten

Beurteilung und Ableitung von Maßnahmen Sachverständige Nutzer Energiemanager

Beispiele EM Portal ISE Visualisierung

Vor- und Nachteile+ verfügbar - ermüdend und wenig effektiv bei funktionierendem

Betrieb

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Energieampel Nutzer Büro

tagesaktueller Vergleich des Verbrauchs auf Raumebene

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Energieampel Betreiber Büro

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Visualisation on Webpage

Visualisation on Webpage

http://demoportal.ennovatis.de/

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Regelbasierte Überwachung - Hardware

Neue Entwicklungen bei der Smartbox Alle relevanten Verbraucherdaten können erfasst werden. Erkennung von Defekten, Fehlern,

Unregelmäßigkeiten oder unnötigen "Energiefressern" durch die permanente Beobachtung von Lastgängen. So fallen ungewollte oder zu hohe Energie Verbräuche sofort auf und können umgehend – mit oft sehr einfachen und kostengünstigen Mitteln –beseitigt werden.

Störmeldungsmanagement, wie permanente Kennwertvergleiche, automatische Signalisierung der Störung, z.B. durch SMS, E-Mail oder Schaltausgang. Schalten von Relais aufgrund von vordefinierten Ereignissen.

Kabellose Verbindung zu Datenerfassungsgeräten über smartModule.

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Regelbasierte Überwachung - Software

Vorgehen wie bei intelligent metering aber jetzt auch Aktionen möglich wie z.B.

Benachrichtigung Hausmeister Darstellung Ergebnisse zur weiteren Analyse Nachricht an smartbox

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Modellbasierte Überwachung – Ziele

Zeitnahe Bewertung des Betriebes Zeitnahe Bewertung der Verbräuche Finden der Datensätze, die besondere Betrachtung

benötigen Bewertung von Korrekturmaßnahmen

Verwendung der Modelle allgemein Energieausweise Bewertung der Verbräuche Bewertung der Maßnahmen zur Erhöhung der

Energieeffizienz

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Modelbasierte Überwachung - Vorgehen

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Folgende Methoden werden untersucht

DIN V 1588 Norm und Individualverfahren für Jahres- und Monatswerte

VEC für Stundenwerte Energy+ für Stunden und Minutenwerte IDA-ICE Standard und vereinfachtes Verfahren für Gebäude

und Komponentenverhalten Regressionsverfahren für schnelle Prognose von

Stundenwerten

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Monatswerte

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Wichtige Ergebnisse

Anpassung Verbrauch an Bedarf bringt Einsparungen von bis zu 40%

Zeitnahe Koppelung Bedarf – Verbrauch möglich Dadurch frühzeitig Hinweise auf Änderungen im Betrieb

und/oder Bedarf Vorhersagegenauigkeit

Jahresbasis Individualrechnung 5% Monatswerte Individualrechnung 10% Tagesrechnung Regressionsverfahren 10 %

Regeln zum Eingriff sind noch zu erproben

Weitere Ergebnisse sollten wir zusammen festlegen

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Energiemanagement – das 4 Ebenen Modell

Feldebene 1: Messtechnik: Zähler & Sensorik

Feldebene 2: Datenerfassung und Übertragung

Systemebene Auswertung aus Sicht der Anbieter

Dienstleistungsebene Service im Bereich EM

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Service im Bereich EM

Auf Basis eines Energiemanagement sind eine Vielzahl von Dienstleistungen möglich.

Sie können von Der Betriebsgruppe des Gebäudebetreibers Ennovatis Externen Energieberatern

erbracht werden Sie umfassen

Energieberichte Betriebsoptimierung (continuous commissioning) Fehlererkennung und Analyse Vorbeugende Wartung

Und können in der Regel leicht über die dadurch erzielbaren Einsparungen finanziert werden

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Intelligent metering Wohnungen

Verbrauch gering Verbrauch durchschnittlich Verbrauch hoch