MSR-Technik kann einen enormen Beitrag zur Energieeinsparung in Gebäuden leisten. Dies allerdings nur unter der Voraussetzung, dass die MSR- und Anlagentechnik tatsächlich bedarfsgerecht gefahren wird und nur so viel Kälte, Wärme und Frischluft bereitstellt, wie für das gewünschte Raumklima nötig ist.
Dem Wetter nicht hinterherlaufen
Ein wichtiger Einflussfaktor auf das Raumklima ist das Wetter. In der klassischen Regeltechnik werden bislang allerdings nur aktuelle Wetterdaten verarbeitet. Kommt es zu Temperatur- oder Wetterveränderungen, reagieren die Außentemperaturfühler und geben die Information unmittelbar an das System weiter. Die darauf eingestellte Kälteleistung läuft dem Bedarf des Raums grundsätzlich hinterher.
Im Gegensatz dazu nutzen witterungsgeführte Regelungen Daten der Wettervorhersage. Bei einfacheren Geräten werden die Außentemperaturfühler durch Empfänger für die Außentemperatur aus einer Wettervorhersage ersetzt. Andere Lösungen verwenden die Prognosen verschiedener Wetterdaten für prädiktive Regelstrategien. Dynamisch werden die aktuellen Messdaten durch Daten aus der Vorhersage in den Regelfunktionen ersetzt.
Optimierte Steuerdaten liefern Kälte just in time
Noch einen deutlichen Schritt weiter geht die Betriebsoptimierung von MeteoViva Climate. Neben den meteorologischen Daten (Außentemperatur, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie Luftfeuchte) werden weitere wesentliche Einflussfaktoren auf das Raumklima vom System erfasst und aufeinander abgestimmt. Dazu gehören das physikalisch-thermodynamische Verhalten der jeweiligen Gebäudezone, der Einfluss der Sonneneinstrahlung auf die Fensterflächen, die Charakteristik der konkreten Anlagentechnik sowie die Nutzung und Auslastung des Gebäudes.
Zentrales Element von MeteoViva Climate ist dabei ein mathematisches Modell. Es bezieht all diese notwendigen Einflussdaten ein und berechnet mithilfe von selbstlernenden Algorithmen mindestens einmal täglich die optimalen Steuerdaten für die kommenden zwei bis drei Tage. Die Technik ist dabei in der Lage, über die vorher definierten Datenpunkte (Aktoren) auf einzelne Komponenten der Kälte- und Klimakreisläufe einzuwirken. Die Anlagentechnik wird so proaktiv und vorausschauend betrieben.
Beim Ansteuern Prioritäten setzen
Das System kann zugleich Prioritäten setzen und die im Betrieb kostengünstigeren Komponenten vor den teureren ansteuern. Beispiel einer typischen Priorisierung im Kühlfall: Sonnenschutz vor Kühldecke vor Lüftungsanlage. Dieser Prozess wird solange simuliert, bis am Schluss alle Steuerdaten ermittelt und an die Gebäudeleittechnik bzw. örtliche Regler weitergegeben wurden.
Die komplexen Optimierungsrechnungen finden in einem Rechenzentrum statt. Vor Ort fungiert eine kleine Box – die sogenannte MeteoVivaBox – als Bindeglied zwischen Rechenzentrum und der vorhandenen Gebäudeautomation. MeteoViva Climate dockt somit nur an die vorhandene Infrastruktur an, ohne sie physisch zu verändern. Es müssen zur Inbetriebnahme lediglich im Gebäude Datenpunkte zum späteren Messen und Einwirken identifiziert und definiert werden sowie die digitale Schnittstelle zur vorhandenen Gebäudeleittechnik geschaffen werden. Hier zeigt sich die hohe Flexibilität der Lösung: Egal ob es eine digitale Kopplung via ModBus, BACNet, LON oder IP oder eine elektrische Ankopplung 010 V oder 420 mA ist, MeteoViva Climate ist auch mit komplexen Anlagentechniken kompatibel und funktioniert in unterschiedlichen Gebäudetypen.
Energiekosten um 15 bis 40 Prozent reduziert
Das System kommt mittlerweile in knapp 40 Gebäuden in Deutschland und den Niederlanden zum Einsatz. Darunter finden sich neben Bürokomplexen von Versicherungs- und Industrieunternehmen, Sparkassengebäuden und Werkhallen der Deutschen Bahn auch Schwimmbäder, Museen und Supermärkte. Auch im neuen Gebäude der Europäischen Zentralbank in Frankfurt am Main, mit seinen vielen Glasfassaden und dem Einbezug erneuerbarer Energiequellen, sorgt MeteoViva Climate künftig für gutes Klima und Energieeinsparung. In der Praxis konnte bislang eine Energiekostensenkung von 15 bis 40 Prozent erzielt werden.
Besseres Raumklima in der Sparkasse
Bei der 6 500 m² großen Hauptstelle der Sparkasse Düren handelt es sich um einen kombinierten Alt- und Neubau mit einer über zwei Geschosse reichenden knapp 2 200 m² großen Kundenhalle, Einzelbüros unterschiedlicher Größe sowie Konferenzräumen und Wirtschaftsräumen. Die im Laufe der Jahre gewachsene Gebäude-struktur und inhomogene Nutzung lässt erahnen, wie schwer es bislang war, in allen Räumen ein optimales Raumklima und eine effiziente Fahrweise der HLK-Technik sicherzustellen. Vor allem bei extremen Wetterlagen und Wetterwechseln war es schwierig, die Temperatur rechtzeitig anzupassen.
Mithilfe von MeteoViva Climate sollte ganzjährig eine angenehme Raumtemperatur zwischen 21 und 24 °C in Büros und Kundenhalle erzielt werden. Neben mehr Behaglichkeit sollten auch die Energiekosten, die weit über dem Durchschnitt vergleichbarer Gebäude lagen, deutlich reduziert werden.
Das Heizen und Klimatisieren der Räume erfolgt über eine komplexe An-lagentechnik, welche mithilfe einer über mehrere Zentralen verteilten Gebäudeleittechnik betrieben wird. Neben einem statischen Heizkreis mit Fernwärmeeinspeisung kommen Kältemaschinen, RLT-Anlagen, Kühldecken, Wandheiz- und -kühlplatten sowie Luftschleieranlagen zum Einsatz.
Nach einer Bestandsaufnahme der vorhandenen Anlagen- und Automatisierungstechnik definierte MeteoViva 14 Klimazonen im Gebäude sowie die notwendigen Datenpunkte zum späteren Messen und Einwirken. Für die Inbetriebnahme wurde eine digitale Schnittstelle zur Gebäudeleittechnik geschaffen und die bisher stufig betriebenen Ventilatoren wurden nachträglich mit Frequenzumrichtern ausgestattet. Dies unterstützt eine dynamische Fahrweise der RLT-Anlage.
Das Raumklima hat sich mithilfe von MeteoViva Climate deutlich verbessert. Die Mitarbeiter beschweren sich nicht mehr über ein schlechtes Raumklima, wie es in der Vergangenheit trotz aufwendiger technischer Ausstattung häufig herrschte. Auch die erzielte Energieeinsparung überzeugte, denn bereits im ersten Betriebsjahr konnten die Energiekosten klimabereinigt um 25 Prozent reduziert werden.
Energieeffizienz auch in Industriegebäuden
Die DB Fahrzeuginstandhaltung GmbH, eine Tochter der Deutschen Bahn AG, wollte mithilfe von MeteoViva Climate die Energiebilanz in ihren Werken verbessern. Die intelligente Betriebssteuerung bewirkt, dass die Heizungs- und Klimatechnik in den Betriebsstätten stets effektiv arbeitet und keine Energie unnötig verschwendet wird. Im Rahmen eines Pilotprojekts im Krefelder Werk konnten die Energiekosten deutlich vermindert und das Raumklima verbessert werden.
In Krefeld, wo vor allem ICEs und elektrische Triebzüge der Nahverkehrs-flotte generalüberholt werden, konnte bereits in den ersten Monaten nach der Inbetriebnahme von MeteoViva Climate der Heizenergieverbrauch nahezu halbiert werden. Im Jahresmittel verringerten sich die Energiekosten schließlich um 41 Prozent, wodurch sich die intelligente Betriebssteuerung bereits nach weniger als zehn Monaten amortisiert hatte. Daher wurde die Technik bereits in weiteren DB-Betriebsstätten installiert, in anderen läuft die Prüfungsphase.
Fazit
Softwarebasierten Lösungen für die Gebäudetechnik wie MeteoViva Climate gehört die Zukunft. Sie folgen dem Trend weg von großen Schaltschränken und materialintensiver Technik hin zu smarten, digitalen Lösungen mit Standard-Hardware. So entsteht Kompatibilität zwischen den Herstellern, was im Sinne des Anwenders ist. Ziel im Rahmen der Gebäudeautomation ist eine modellgestützte Steuerung, die den Betrieb von gebäudetechnischen Anlagen im laufenden Betrieb optimiert.
Markus Werner,
geschäftsführender Gesellschafter der MeteoViva GmbH, Jülich
