Immer noch 40 bis 60 Prozent des Stroms wenden viele Supermärkte für die Kälteerzeugung auf. Laut EHI-Studie Energiemanagement im Einzelhandel 2014“ war die Kühlung mit 45 Prozent im Durchschnitt der größte Energieverbraucher [1]. Die meisten Betreiber wissen aber nicht, wie“ sie die Energie eigentlich genau nutzen und was sich an ihrer Anlage (im laufenden Betrieb) sinnvoll verbessern ließe.
Große Filialisten und Discounter führen daher zunehmend Energiemanagementsysteme (EnMS) ein, um ihre Verbräuche kontinuierlich zu überwachen und langfristig zu optimieren [2]. Energieeffizienz ist wegen der steigenden Energiepreise längst zu einem bedeutenden Wettbewerbsfaktor im Lebensmitteleinzelhandel geworden. Der verantwortungsvolle und ökologische Umgang mit Energie, um den CO2-Fußabdruck zu verkleinern, ist für viele Konsumenten zudem ein wichtiger Imagefaktor geworden.
Neben den ökologischen und ökonomischen Interessen, werden Unternehmen aber auch vom Gesetzgeber in die Pflicht genommen, um die ehrgeizigen EU-Klimaziele zu verwirklichen. Die EU-Mitgliedstaaten haben sich 2007 darauf verständigt, den Primärenergieverbrauch bis 2020 um 20 Prozent zu reduzieren.
Pflicht und Kür: Energieaudits und Energiemanagementsysteme
Um die Ziele der EU-Energiesparverordnung auf nationaler Ebene umzusetzen, wurde im März 2015 eine Novelle des Energiedienstleistungsgesetzes (EDL-G, [3]) vom Bundestag gebilligt. Große Unternehmen sind demnach verpflichtet, bis zum 5.12.2015und danach alle vier Jahre Energieauditsnach DIN EN 16247-1 durchzuführen oder ein zertifiziertes Energiemanagementsystem(EnMS) nach ISO 50001 oder EMAS (zumindest teilweise) eingeführt zu haben. Ein Ener-giemanagementsystem nach ISO 50001 muss erst bis zum 5.12.2016 zertifiziert werden.
Das EDL-G gilt für alle Nicht-KMUs, d. h. Unternehmen mit mehr als 250 Mitarbeitern oder Unternehmen mit weniger als 250 Mitarbeitern, aber einem Jahresumsatz von mehr als 50 Mio. Euro und einer Jahresbilanzsumme von mehr als 43 Mio. Euro [4]. Damit sind auch viele Supermarktbetreiber mit Filialstrukturen gefordert zu handeln. Bei den meisten steht das Thema ohnehin längst ganz oben auf der Agenda.
Will ein Unternehmen seine Energiebilanz optimieren, ist ein Energieaudit nach DIN EN 16247-1 ein guter Anfang. Die europäische Norm EN 16247-1 beschreibt allgemeine Anforderungen an ein qualitativ gutes Energieaudit. Energieeinsatz und Energieverbrauch werden im Rahmen eines solchen Audits erfasst und bewertet. Unternehmen können mit diesem Wissen ihre Energieeffizienz verbessern und ihren Energieverbrauch reduzieren, um Energiekosten zu sparen.
Zugleich ist ein Energieaudit eine sinnvolle Vorbereitung zur Einführung eines umfassenderen Energiemanagementsystems nach ISO 50001. Diese internationale Norm unterstützt Organisationen und Unternehmen beim Aufbau eines systematischen Energiemanagements und konzentriert sich auf die Etablierung eins kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP).
Was ist Energiemanagement?
Energiemanagement ist die vorausschauende, organisierte und systematisierte Koordination von Beschaffung, Wandlung, Verteilung und Nutzung von Energie zur Deckung der Anforderungen unter Berücksichtigung ökologischer und ökonomischer Zielsetzungen [5].“ So definiert die VDI-Richtlinie 4602 den Begriff Energiemanagement“.
Darüber hinaus hört man in diesem Zusammenhang häufig die Begriffe Energiemonitoring“ und Energiecontrolling“. Energiemonitoring umfasst dabei hauptsächlich den Teilaspekt der kontinuierlichen Datenerfassung und Archivierung sowie Überwachung von Energieverbräuchen. Das Energiemonitoring ist somit die Grundlage zur Reduktion von Energiekosten, das Energiemanagement kommt hinzu. Das Energiemonitoring liefert also die Fakten, auf deren Basis technische Maßnahmen und Investitionen entschieden werden können.
Beim Energiecontrolling“ geht es hauptsächlich um die detaillierte Analyse und Vergleiche, z. B. um die Wirksamkeit von Energiesparmaßnahmen zu evaluieren und Potenziale für weitere Verbesserungen zu identifizieren. Ein Energiemanagementsystem sollte beides leisten: Energiemonitoring und -controlling.
Klar, wer Energie sparen möchte, muss wissen, wo und wann er sie vergeudet“. Nur was man kennt, lässt sich managen. Was aber bedeutet es, eine Kälteanlage zu kennen“ und zu managen“?
Kälteanlagen sind komplexe Verbraucher
Das Energiemanagement für Kälteanlagen stellt besondere Anforderungen, denn mit der Erfassung der Verbräuche allein kann man noch kaum etwas über die Effizienz und das Verhalten einer Kälteanlage aussagen. Neben Klimaeinflüssen (vor allem Außentemperatur, Luftfeuchte) müssen insbesondere kälteanlagenspezifische Parameter wie die Verdampfungs- und Verflüssigungstemperatur (to/tc) in das Managementsystem und die Modellierung der Daten einbezogen werden. Nur so lässt sich ein Energiemanagementsystem als strategisches Instrument nutzen, mit dem sich sinnvolle Maßnahmen zur Optimierung der Energieeffizienz transparent planen und kontinuierlich überwachen lassen.
Die Wiesbadener Eckelmann AG hat mit E*EM ein webbasiertes Energiemanagement speziell für Supermarkt-Kälteanlagen entwickelt, das eine differenzierte Analyse von Verbrauchsdaten erlaubt. Darüber hinaus können sämtliche andere gebäudetechnische Gewerke einbezogen werden, wie z. B. Beleuchtung, Heizung, Klima, Lüftung etc.
E*EM ist eine eigenständige Lösung, die auch unabhängig vom Regelungssystem E*LDS für Kälteanlagen genutzt werden kann. Bei einer zusätzlichen Erfassung der Energieverbräuche der Kälteanlage können Energieverbrauchsdaten mit spezifischen Anlagenbetriebsdaten synchron verknüpft werden. Dadurch lassen sich schnell Zusammenhänge zwischen Energieverbrauch und Anlagenzuständen erkennen, die einer reinen Energiemanagement-Software in der Regel verborgen bleiben. Dem Betreiber werden dadurch nicht nur Auffälligkeiten im Energieverbrauch signalisiert, sondern zusätzliche Handlungszusammenhänge aufgezeigt.
E*EM unterstützt Filialisten bei der Implementierung eines ganzheitlichen Energiemanagementsystems gemäß ISO 50001. Es macht den Supermarkt als Systemkomplex und dynamischen Energieverbraucher besser durchschaubar. Die wesentlichen Funktionalitäten von E*EM sind:
Erfassung der Verbrauchsdaten aller Gewerke bzw. Zähler nach Verbrauchsgruppen;
Erfassung von korrelierenden Messwerten, das können Klimawerte wie z. B. Lufttemperatur und Luftfeuchte sein oder Betriebswerte und Koeffizienten der Kälteanlage, wie tc, to, COP oder Kälteerzeugungseffizienz kc;
Verwaltung detaillierter Stammdaten, insbesondere:a) Gebäude- und Anlagenkennwerte zur Berechnung von Kennzahlen und für das Benchmarking, wie z. B. nach Verkaufsfläche, Displayfläche, laufende Meter Kühlmöbel,b) Objektstammdaten mit Servicebeziehungen und Zuständigkeiten, z. B. für E-Mail-Alarmierungen,c) Gebäudenutzungszeiten, z. B. zur Verbrauchsanalyse.
Filter und Werkzeuge zur grafischen und tabellarischen Auswertung;
Berechnung normierter Verbrauchskennzahlen für Rankings und Benchmarking;
Intelligente Alarmierung und Handlungsunterstützung;
Langfristige Dokumentation von Energiedaten, z. B. zur Ermittlung von Kennlinien oder zum Erkennen langfristiger Trends;
Werkzeuge zur zeitnahen Bewertung des Erfüllungsgrades durchgeführter Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz;
Klassenbildung technisch vergleichbarer Märkte, z. B. für eine Matrixzertifizierung baugleicher Märkte;
Dokumentenverwaltung für die Objektdokumentation;
Betriebs- und Anlagenlogbücher zur Dokumentation von Maßnahmen.
E*EM ist eine Webapplikation mit einer komfortablen Browser-Benutzeroberfläche. Die mächtige Filialverwaltung erlaubt die Abbildung komplexer Organisationsstrukturen und es können mehrere Mandanten verwaltet werden. Somit lassen sich ganze Filialnetze mit dem Energiemanagementsystem überwachen, von wenigen Märkten bis hin zu Tausenden Filialen.
Die Lösung ist auf die speziellen Anforderungen des Lebensmitteleinzelhandels zugeschnitten. Der von Eckelmann gehostete Internetdienst kann sowohl von Energiemanagern bei den Supermarktbetreibern wie auch von Kälteanlagenbauern genutzt werden, die ihren Kunden Energiemanagement und Anlagenoptimierung als zusätzlichen Service anbieten möchten.
Energiefressern systematisch auf die Schliche kommen
Jeder Supermarktbetreiber möchte wissen, wie sich der Energieverbrauch seiner Märkte entwickelt. Und zwar nicht erst am Ende des Jahres, wenn die Energierechnungen eingepflegt werden, sondern zeitnah zum sich ändernden Verbrauch. Nur so kann eine Strategie zur Kostenvermeidung frühzeitig greifen, z. B. um teure Lastspitzen zu verhindern oder notwendige Wartungsarbeiten und Betriebsoptimierungen in Angriff zu nehmen.
E*EM bietet hierfür gleich auf der Startseite einen praktischen Energietacho (Bild 1, [6]), der anzeigt, ob der Energieverbrauch der Kälteanlage ungewöhnlich hoch ist. Hierzu wird der aktuelle Energieverbrauch klimabereinigt mit dem Energieverbrauch eines Referenzjahres verglichen. Daneben werden die absoluten Verbräuche bis zum jeweiligen Zeitpunkt dargestellt, sowie ihre Differenz, also die bislang erzielten Einsparungen in kWh und Euro oder eben auch Mehrverbräuche.
Ein selbstlernendes Prognosemodell schätzt zudem den voraussichtlichen Jahresverbrauch ab und die zu erwartenden Einsparungen oder Mehrverbräuche. Darüber hinaus werden in einem Balkendiagramm mit einer Auflösung von Wochen (oder anderen Intervallen) die Verbräuche klimabereinigt verglichen. So sieht der Anlagenbetreiber oder Energiemanager auf einen Blick, ob eine Anlage aus dem Ruder läuft“ und ob ggf. akuter Handlungsbedarf besteht.
Der Kälteanlagenbauer oder Energiemanager möchte natürlich tiefer in die Anlagendaten blicken. E*EM bietet ihm hierfür zahlreiche Profi-Werkzeuge zur Filterung und grafischen Aufbereitung von Daten.
Ein Klassiker ist der Carpet Plot (Bild 2). Er macht sich die ausgezeichneten Mustererkennungsfähigkeiten des menschlichen Auges zunutze und codiert den Energieverbrauch über längere Zeiträume farblich. Auffälligkeiten oder Muster im Energieverbrauch werden so sichtbar gemacht. Weitere nützliche Darstellung sind bspw. die Lastgänge nach Gewerken (Bild 3) oder die gemeinsame Darstellung von Lastgängen mit spezifischen Parametern der Kälteanlage (Bild 4).
Automatische Alarmierung und Handlungsunterstützung
Natürlich muss das Energiemanagement nicht ständig die Grafiken selbst analysieren, es ist auch eine differenzierte, automatische Verbrauchsüberwachung statischer und dynamischer Sollwerte möglich. So wird der Betreiber in der Regel per E-Mail informiert, sobald ungünstige Verbrauchszustände eintreten und er kann rechtzeitig Maßnahmen dagegen ergreifen. Das Auftreten teurer Lastspitzen kann z. B. zu einer Alarmierung führen. Eine intuitive Ampeldarstellung hilft bei der Anlagenüberwachung. Die Meldungen sind dabei zumeist mit einem Hinweis zur konkreten Handlungsunterstützung verbunden.
Normieren und vergleichen
Das Besondere an E*EM liegt u. a. darin, dass zur Berechnung von Energieverbrauchskennwerten viele supermarktspezifische Bezugsgrößen herangezogen werden können, wie die Gebäudefläche, Displayfläche oder laufende Meter Kühlmöbel, Anzahl der Expansionsventile etc. Diese Daten können für jede Filiale als Stammdaten hinterlegt und sogar um frei konfigurierte Parameter ergänzt werden.
Durch die Normierung werden Verbräuche vergleichbar gemacht, was z. B. für ein Ranking oder Benchmarking notwendig ist (Bild 6 und 7). Indem man Gruppen ähnlicher Märkte filtert, kann man aus E*EM auch Daten für eine sogenannte Matrixzertifizierung mehrerer Märkte generieren.
Wie weist man die Wirksamkeit von Energiesparmaßnahmen nach?
Ob es die Verglasung von Kühlmöbeln ist oder diverse andere technische Optimierungsmaßnahmen [7], Hersteller, Planer und Anlagenbauer versprechen gerne zu erwartende Einsparungen und werben damit, dass sich die Investition schnell über die Einsparungen bei den Energiekosten amortisieren. Doch wie lässt sich die Wirksamkeit einzelner Maßnahmen überprüfen und der reale Einspareffekt nachweisen?
Ohne geeignetes Energiecontrolling können Einsparmaßnahmen erst mit der nächsten Verbrauchsabrechnung bewertet werden. Für ein agiles Kostenmanagementist das zu spät und verschenkt zeitnahe Reaktionsmöglichkeiten. Ein weiteres Problem, speziell bei der Bewertung von Maßnahmen an Kälteanlagen, ist die starke Klimaabhängigkeit ihres Verbrauchs. Klimafaktoren (z. B. Lufttemperatur und Luftfeuchte) beeinflussen den Kälteverbrauch signifikant.
Für eine wirksame Bewertung von Maßnahmen muss eine zeitnahe Beurteilung auf Basis klimakompensierter Verbrauchswerte erfolgen. E*EM bietet dazu ein professionelles Instrumentarium und eignet sich daher als unabhängige Clearing-Plattform [8] zwischen Anbieter und Betreiber oder z. B. im Rahmen eines Energiecontractings. Aufgrund der historischen Daten berechnet E*EM eine klimakompensierte Anlagenkennlinie für die Bestandskälteanlage. Der aktuelle, klimaabhängige Verbrauch der Kälteanlage nach der Optimierung lässt sich dann gegen den gemäß dem Klimamodell berechneten Verbrauch der Bestandskälteanlage quantitativ bewerten. Mithilfe der Kennlinienmethode lässt sich der erwartete Energiebedarf der Anlage mit dem realen Verbrauch vergleichen und der Erfüllungsgrad einer Maßnahme ermitteln. Eine typische Frage wäre etwa: Reduziert die nachgerüstete Kühlmöbelverglasung den NK-Energieverbrauch wirklich um 10 Prozent? (Bild 8). Der Vorteil von E*EM ist, dass sich dank der Kennlinien-Methode hierzu bereits nach wenigen Wochen relativ valide Aussagen treffen lassen.
Mehr Energieeffizienz ist wichtigster Hebel für die optimale Betriebsführung
Wo kann Energiemanagement für Transparenz sorgen? Es sind zumeist nicht die großen technischen Maßnahmen und Investitionen, die eine effiziente Anlage ausmachen, sondern die kompetente Betriebsführung und Wartung der Anlage.
Bekanntlich liegt auch im richtigen Verhalten des Personals erhebliches Energieeinsparpotenzial. Ein Beispiel sind korrekt befüllte Kühlmöbel. Die Wirksamkeit von Schulungsmaßnahmen wird auch in E*EM messbar. Daneben geht es wie gezeigt um die Evaluierung technischer Wartungs- und Optimierungsmaßnahmen, wie z. B. ein optimiertes Abtaumanagement.
Mit E*EM kommt man aber auch schleichenden Veränderungen auf die Schliche, welche sich negativ auf die Anlagenleistung auswirken. Ein Beispiel wäre das Abfallen der Kälteerzeugungseffizienz durch die Verschmutzung des Verflüssigers. Nicht selten sorgt auch eine auf Handbetrieb umgestellte Rollo- und/oder Beleuchtungssteuerung eines Kühlmöbels für unnötige Verbräuche. Oder die zeitgesteuerte Nachtanhebung der Verdampfungstemperatur wurde falsch parametriert. Ein weiterer Klassiker ist eine falsch eingestellte Lüftung, die am Sonntag durchläuft oder eine Parkplatzbeleuchtung, die die ganz Nacht über brennt. E*EM macht solche ungünstigen Betriebszustände sichtbar.
Die Beispiele ließen sich mehren, Kälteanlagenbauer und Betreiber kennen sie aus ihrer täglichen Arbeit zur Genüge. Der Unterschied mit einem Energiemanagementsystem besteht darin, dass man Probleme frühzeitig erkennt und etwas dagegen unternehmen kann. Und das Gute an E*EM ist, dass es mit jedem Tag das Anlagenverhalten besser kennt und selbständig Optimierungspotenziale aufzeigt.
Dipl.-Ing. Rainer Sang,
Vertrieb Integrierte Energietechnik, Eckelmann AG, Wiesbaden
Felix Berthold, M.A.,
PR-Fachredakteur im Pressebüro Schwitzgebel, Nierstein
Fußnoten
[1]EHI: Energiekosten: kurze Entspannung – weiterer Anstieg erwartet. Pressemitteilung. URL: http://www.ehi.org/presse/pressemitteilungen/detailanzeige/article/energiekosten-kurze-entspannung-weiterer-anstieg-erwartet.html, abgerufen: 11.08.2015.
[2]Wie z. B. Lidl (http://www.presseportal.de/pm/58227/2976929) oder Aldi Süd (https://unternehmen.aldi-sued.de/de/verantwortung/betriebsablaeufe/energiemanagement/ ).
[3]Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle: Energieaudits nach dem Gesetz über Energiedienstleistungen (EDL-G). URL: http://www.bafa.de/bafa/de/energie/energie_audit/, abgerufen: 12.08.2015.
[4] Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle: Merkblatt für Energieaudits nach den gesetzlichen Bestimmungen der §§ 8 ff. EDL-G. S. 8. URL: http://www.bafa.de/bafa/de/energie/energie_audit/publikationen/merkblatt_energieaudits.pdf , abgerufen: 12.08.2015.
[5] VDI-Richtlinie VDI 4602. Berlin 2007, S. 3.
[6] Alle Beispieldiagramme und Werte in diesem Aufsatz beruhen auf Simulationsdaten und haben keinen Bezug zu realen Anlagen.
[7] Beispiele: Abtauvorgang optimieren, Überhitzung an Expansionsventilen richtig einstellen, Regelung der Verflüssigungstemperatur optimieren, Verdampfer reinigen, Betriebszeiten kontrollieren und auf Nutzungszeiten des Gebäudes (Öffnungszeiten) abstimmen etc.
[8] Als Clearing“ bezeichnet man das Feststellen gegenseitiger Forderungen, Verbindlichkeiten und Lieferverpflichtungen.
