Durch eine übersichtliche Visualisierung laufender Betriebsprozesse und ihre automatisierte Bewertung liefert der Prüfstand die Grundlage für ein effektives Qualitätsmanagement der Gebäudeausrüstung und Leittechnik.
Die leider allzu bekannte Verbindung aus komplexer Automation einerseits und mangelhaftem Qualitätsmanagement andererseits verhindert häufig, dass ressourcenschonende Gebäude ihren selbstgestellten Ansprüchen gerecht werden. Überlange Laufzeiten von Lüftungsanlagen, fehlende Koordination beim Kühlen und Heizen, fehlerhafte Hydraulik, ungenaue Kalibrierung von Sensoren, falsche Regelungsstrategien und Parametrierungen oder fehlerhafte Anlagenergänzungen führen zu vermeidbaren Energiekosten von bis zu 30 Prozent, die jede Wirtschaftlichkeitsberechnung über den Haufen werfen.
Rechnet man ein (konservativ geschätztes) Einsparpotenzial von 10 Prozent hoch auf den derzeitigen Bestand von 1,8 Millionen Nichtwohngebäuden in Deutschland mit Energiekosten von mehr als 10 Milliarden Euro, dann sprechen wir von einer Milliarde Euro pro Jahr. Allein durch Qualitätsverbesserung! Die Notwendigkeit eines leistungsfähigen Qualitätsmanagements wird damit offensichtlich, nur so lassen sich die planerischen Vorgaben endlich adäquat in die Praxis umsetzen. Hier kommt nun der Prüfstand für Gebäudeperformance der synavision GmbH ins Spiel.
Transparente Gebäudeperformance
Bereits während der Planung spezifizieren die synavision-Experten mit ihrer Software die jeweiligen Anlagenfunktionen, um dann im Zuge der Inbetriebnahme überprüfen zu können, ob die Leistung der Anlage tatsächlich den Planungsparametern entspricht. Durch eine transparente visuelle Darstellung (ein roter Balken steht für eine fehlerhafte, ein grüner Balken für eine einwandfreie Funktion, weiß für Inaktivität) ist die Betriebsgüte jederzeit ersichtlich. Hier entsteht also erstmals ein effektiver Qualitätsregelkreis, der ein weitgehend automatisiertes, standardisiertes und ökonomisches Qualitätsmanagement ermöglicht. Außerdem gewährt ein solcher unabhängiger Nachweis der erreichten Anlagenperformance Verhandlungssicherheit für alle Parteien, für den Anlagenerrichter ebenso wie für den Fachplaner und Bauherrn.
Zu den Vorzügen des Prüfstands gehört seine schnelle und unproblematische Anwendbarkeit. Zusätzliche Messverfahren erübrigen sich in der Regel. Verarbeitet werden die ohnehin anfallenden Betriebsdaten aus der GA/GLT, somit kann die Auswertung unmittelbar nach dem Einlesen beginnen. Der Bauherr bzw. Betreiber muss auch keine weiteren Programme installieren (der Prüfstand funktioniert als Software-as-a-Service), sodass für ihn so gut wie kein zusätzlicher Aufwand entsteht. Je nach Zugriffsmöglichkeiten und Sicherheitsstandards kann er außerdem wählen, ob er die Daten per E-Mail oder direkt online in das synavision-Cloud übertragen will. Die Servicedauer hängt ab vom Umfang der bewerteten Gebäudeausrüstung. Bei der Inbetriebnahme einer komplexen Anlage kann sie 6 bis 12 Monate betragen, bei einfacheren Bestandsgebäuden reichen oftmals wenige Wochen. Um die energetischen Ziele auch zukünftig sicherzustellen, lässt sich ein kontinuierliches Monitoring des Regelbetriebs daran anschließen.
Praxisbeispiel: Das Celler Badeland
In diversen Pilotprojekten konnte der Prüfstand bereits seine Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen – etwa bei der Inbetriebnahme der neuen Heizzentrale im Celler Badeland (Bild 1 und 2). Hier hat man im Rahmen einer energetischen Sanierung zwei Blockheizkraftwerke (BHKW) installiert, die mindestens 80 Prozent des jährlichen Wärme- und 120 Prozent des Strombedarfs liefernsollen. Das größere BHKW produziert 540 kW (thermisch) und 405 kW (elektrisch), das kleinere BHKW 360 kW (thermisch) und 240 kW (elektrisch). Zwei parallel geschaltete Pufferspeicher (je 57 m3) werden zur Laufzeitoptimierung der BHKWs genutzt, ein Brennwertwärmeübertrager im Abgasstrom von BHKW 1 nutzt die abgeführte Wärme zusätzlich zur Vorwärmung der Pufferspeicher. Thermische Lastspitzen bzw. Störungen der BHKWs kompensieren zwei parallel betriebene Gasheizkessel von jeweils 1000 kW Leistung.
Um die Heizzentrale auf die unterschiedlichen Last- und Umgebungssituationen effizient abstimmen zu können, hat die Fachplanung 13 verschiedene Betriebszustände definiert. Das ist regelungstechnisch keine Kleinigkeit, in einem einfachen Kesselhaus mit zwei Kesseln gibt es selten mehr als vier Betriebszustände.
Um die planungsgemäße Funktion der Anlage sicherzustellen, war der Prüfstand schon beim Probelauf eingebunden. Zunächst erstellte synavision in Zusammenarbeit mit dem Fachplaner eine Spezifikation der verschiedenen Betriebszustände und der jeweiligen Anlagenfunk-tionen. Danach wurden die Messdaten aus der Automationsstation importiert (bereits in der ersten Woche liefen rund 100 000 Messwerte auf). Nach anderthalb Wochen stellten die Experten der synavision sowohl dem Fachplaner als auch dem Betreiber tägliche Reports zu den relevanten Anlagenfunktionen per Webservice zur Verfügung. Diese belegten, dass die Anlage nicht durchgängig die planungsgemäße Betriebsgüte von mehr als 80 Prozent erreichte (Bild 3).
Weitere Detailanalysen konnten die Fehlfunktionen präzise identifizieren. Es zeigte sich etwa, dass der aktive Betriebszustand BZ12 vom 6. Oktober 2015 (9 Uhr) bis zum 7. Oktober 2015 (9 Uhr) durchgehende Mängel offenbarte. Die daraus folgende Abfrage der zugehörigen Betriebsregeln legte schließlich die konkreten Defizite offen: den konstanten Fehlbetrieb einer Umwälzpumpe (BR03) und die falsche Ansteuerung einer Absperrklappe (BR07) (Bild 4).
Zwei Tage nach der Inbetriebnahme haben wir festgestellt, dass eine Ladepumpe falsch aufgelegt war“, berichtet GA-Planer Jonas Rau vom Ing.-Büro Koch & Partner. Diese Pumpe hätte die Schichtung von zwei jeweils 57-m3-Speichern permanent durcheinandergebracht. Mithilfe des Prüfstands von synavision konnte der Fehler noch während der Inbetriebnahme identifiziert und behoben werden.“
Universelles Qualitätsmanagement
Das Beispiel Celler Badeland deutet das Potenzial des Prüfstands an. Die synavision GmbH gibt Bauherren, Gebäudeplanern und -errichtern hiermit ein ebenso komfortables wie innovatives Analyseinstrument an die Hand, das die Performanceleistung eines Gebäudes effizient, transparent und objektiv beurteilt. Aber eben nicht nur eines Gebäudes! Es geht hier nicht allein um die Optimierung einer einzelnen Anlage, sondern um die Etablierung eines effektiven Qualitätsmanagements als Standardleistung für Gebäude. Der Prüfstand ist robust skalierbar, sodass eine wirtschaftliche Anwendung bei einer Vielzahl von Gebäuden mit verschiedensten Systemen möglich ist. Die positive Resonanz der unterschiedlichen Anwender bestätigt dies. Insofern bietet der Prüfstand erstmals die Chance, dem Ziel perfekter Gebäudeperformance in der Praxis ein großes Stück näherzukommen. Ein vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit gefördertes Forschungsprojekt der Forschungsinitiative Zukunft Bau erprobt den Prüfstand gegenwärtig in mehreren Gebäuden mit Erfolg.
Dr.-Ing. Stefan Plesser,
Leiter der Arbeitsgruppe Energie- und Qualitätsmanagement und von weitereren Forschungsprojekten an der Technischen Universität Braunschweig
