Die steigenden Energiepreise und Umweltauflagen zwingen Unternehmen zur Reduzierung ihres Energieverbrauchs und stellen auch Betreiber von Klima- und Kälteanlagen vor Herausforderungen. Dass viele Hersteller und Betreiber von Kühltechnik den Umstieg auf halogenfreie Kältemittel planen oder bereits vollzogen haben, ist dabei ein wichtiger Schritt, um klimaschädliche Treibhausgase in größerem Umfang zu reduzieren.
Verbrauchsdaten ständig im Blick
Der Einsatz von klimaneutralen Kältemitteln ist bei weitem nicht die einzige Maßnahme, die Fachbetriebe treffen müssen, um ihre Kälteanlagen möglichst effizient, sicher und kostensparend betreiben und warten zu können. Auch die IoT-Anbindung der Systeme birgt ein Einsparpotenzial, indem die erfassten Verbrauchsdaten laufend übermittelt werden.
Ohne Digitalisierung wäre das allerdings nicht möglich, denn das regelmäßige Ablesen von Sensordaten vor Ort stellt, selbst mit Smartphone-Technik, einen erheblichen Kostenfaktor dar. Hinzu kommen die relativ großen Zeitfenster zwischen diesen manuellen Datenerhebungen. Sie ermöglichen kein verlässliches Monitoring, um zeitnah auf ungewöhnliche Schwankungen im Temperaturverlauf oder bei den Verbrauchsdaten hinweisen zu können.
Dabei geht es nicht allein darum, mögliche Fehlfunktionen der Kühlsystemtechnik frühzeitig zu entdecken und damit das Ausfallrisiko des kompletten Systems herabzusetzen. Von der Regel abweichende Energieverbräuche beim Kühlen können auch durch Anwendungsfehler vor Ort entstehen. Solche Informationen kann ein digitalisiertes System aus den vielen Daten heraus empirisch ermitteln und dem Anwender im Ereignisfall melden.
Einen solchen Service bereitzustellen kann somit auch zu einer wertvollen Dienstleistung des Anlagenbauers werden, mit der er Wettbewerbsvorteile erzielen kann. Diese Dienstleistung kann er den Betreibern gegen Kostenübernahme bereitstellen, da sie Einsparpotenziale aufdecken, die Betreibern wiederum deutlich mehr Aufwand einzusparen helfen.
Zusatzservices, wie die automatische Bereitstellung der Daten für den Bericht an das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) für geförderte Kälteanlagen könnten beispielsweise kleine Zusatzdienste sein. Diese müssen nämlich alljährlich über fünf Jahre hinweg erstellt werden. Bekommt man die hierfür erforderlichen Daten auf dem silbernen Tablett, kann sich der Betreiber den Aufwand sparen und ist in der Regel auch bereit, für solche Dienste zu zahlen.
Dies ist aber nur ein Beispiel für das Potenzial, das in der Digitalisierung liegt. Contracting-Kälte wäre auf der anderen Seite die maximale Ausbaustufe einer solchen Digitalisierung, bei der der Anlagenbauer komplett die Anlage bereitstellt und dem Nutzer die erzeugte Kältemenge abrechnet.
VDMA empfiehlt Fernüberwachung für Kälteanlagen
Ganz gleich, welches Ziel mit der Digitalisierung verfolgt wird. Es bedarf immer einer modernen Monitoring-Lösung, wie sie unter anderem auch der VDMA (Verein Deutscher Maschinenbau-Anstalten) in seinem Leitfaden zur Planung von Kälteanlagen empfiehlt und sogar für so bedeutend hält, dass er dem Thema ein eigenes Kapitel widmet.
Die Fernüberwachung einer Kälteanlage wird dabei als ebenso wichtig angesehen, wie beispielsweise die Wahl des Kältemittels oder die Wärmedämmung der Anlage. Demnach sollte der Fachbetrieb und/oder Betreiber die Möglichkeit besitzen, seine Kälteanlage über eine Datenverbindung aus der Ferne überwachen zu können, was neben dem sicheren Betrieb der Anlage auch der vorbeugenden Instandhaltung und der Minimierung von Betriebskosten dient. So können über das Monitoring beispielsweise auch Kühlzyklen so angepasst werden, dass diese nicht oder nur im Notfall in die Spitzenlasten des Energieversorgers fallen.
Doch dazu muss die Kälteanlage zunächst einmal mit geeigneter Sensorik ausgerüstet sein, um deren Betriebsdaten erfassen und aufzeichnen zu können. Neben der Ermittlung von Energieverbräuchen aller Hauptkomponenten der Kühlanlage sowie der Temperaturmessung an den Kühlstellen sollten auch Zähler für die geleisteten Betriebsstunden und die Einschalthäufigkeit eines jeden Verdichters angebracht werden. Empfohlen wird zudem auch, Hilfsantriebe oder die Verdampfer von Sekundärkreisläufen mit Zählern und Sensoren auszustatten.
M-Bus-Zähler für die Fernüberwachung
Auch wenn heute nicht jede Kühlanlage über eine ausgefeilte Fernüberwachung verfügt, dürften die meisten Systeme im Betrieb mit den zuvor genannten und empfohlenen Sensoren bereits ausgestattet sein. Viele Kälteanlagenbetreiber setzen beispielsweise M-Bus-fähige Zähler für Energieverbrauchs- und Temperaturmessungen an ihren Systemen ein.
Die M-Bus-Sensoren übermitteln ihre Messdaten über ein zweiadriges, verpolungssicheres Kabel, das die angeschlossenen Zähler auch zugleich mit Strom versorgt. Dies hat schon immer die Kosten geräteseitig begrenzt, auch weil dafür keine Lizenzkosten anfallen. Als Vor-Ort-Lösung kann man sie auch über einfache Gateways (M-Bus-Master) relativ gut auslesen.
Für Fachbetriebe, die mehrere Kühlsysteme verschiedener Kunden auch aus der Firmenzentrale oder ortsunabhängig über die Cloud überwachen wollen, reicht solches „Monitoring“ vor Ort beim Anwender jedoch nicht aus. Wer bereits verbaute und zuverlässig arbeitende M-Bus-Sensoren möglichst nahtlos und ohne großen Kostenaufwand auch für den IP-basierten Fernzugriff nutzen möchte, benötigt eine Lösung, welche die M-Bus-Signale der Zähler besonders effizient digitalisiert, so dass die Messdaten auch über eine herkömmliche Datenverbindung zum Dienstleister oder dessen Cloud-Dienst übertragen werden können.
Zwar finden sich auch hierzu bereits eine Reihe proprietärer Übertragungslösungen. Diese ermöglichen jedoch nur eine eingeschränkte, nicht-IP-fähige Fernauslesung der Zählerdaten und sie lassen dem Kälteanlagenbetreiber auch nur wenig Gestaltungsfreiheit, da sie auf proprietären Hardware- und Software-Komponenten basieren.
Fernauslesung über IP und MQTT
Eine Alternative sind die M-Bus Pegelwandler der MPW-IP-Serie von STV Electronics. Die Geräte ersetzen bereits vorhandene M-Bus-Master und stehen somit in direkter Verbindung mit den vorhandenen M-Bus-Zählern sowie weiterer M-Bus Sensorik und Aktorik. Die Pegelwandler können dabei je nach Modell bis zu 16, 32, 64 oder 128 M-Bus-Standardlasten à 1,5 mA verwalten, wobei eine Standardlast z.B. einem M-Bus-Zähler entspricht. Da der M-Bus Kabellängen bis zu 10 km überbrücken kann und dabei an keine bestimmte Verkabelungstopologie gebunden ist, lassen sich damit bei Bedarf auch komplexe Kühlsysteme mit weit verteilten Messpunkten überwachen.
Die Pegelwandler wandeln die M-Bus-Signale der Messsensoren in andere Signalformen wie zum Beispiel RS-232, RS-485 oder eben Ethernet um, so dass diese auch über das IP-Protokoll ausgelesen und übertragen werden können. Der Zugriff und die Konfiguration der IP-fähigen Pegelwandler erfolgt komfortabel über eine Weboberfläche, die eine einfache Parametrieroberfläche zur Einstellung der M-Bus-Baudrate und Diagnosefunktionen zu den anliegenden Pegeln und Standardlasten der angeschlossenen M-Bus-Sensoren beinhaltet.
Mit M-Bus-Übertragungsraten von 300 bis 38400 Baud sind die Pegelwandler auch für schnelle M-Bus Geräte geeignet. Eine solche IP-basierte Anbindung des M-Busses erleichtert das Energiemanagement deutlich, da man so den Ressourcen-Verbrauch jederzeit und überall IP-basiert unter Kontrolle hat und Anlagen und Gebäude auch aus der Ferne effizient betreiben kann.
Da alle MPW-IP-Pegelwandler von STV Electronic das IoT-Protokoll MQTT unterstützen, können die Pegelwandler die Messdaten der angeschlossenen M-Bus-Zähler an den MQTT-Server (Broker) des Kälteanlagenbetreibers oder den von diesem genutzten Cloud-Dienst übermitteln. Der MPW-IP-Pegelwandler übernimmt damit die Aufgabe eines MQTT-Clients mit Publisher Funktion. Die Übertragung der Messdaten zwischen Publisher und Broker erfolgt dabei über eine sicher verschlüsselte SSL-Datenverbindung.
Fazit
Durch den Einbau einfacher Pegelwandler mit Ethernet-Anschluss und MQTT-Publisher Funktion können Zähler mit der installationsfreundlichen M-Bus Schnittstelle zur Kommunikation für zukunftssichere IoT-Installation eingesetzt werden und mittels Cloud- oder Edge-Anbindung neue Dienstleistungen ermöglichen. Mit dem Raspberry Pi basierten Smart Manager 4.0 stellt STV Electronic Anlagenbauern zudem auch die passende Edge-Plattform bereit, mit der man neben den M-Bus Zählern auch gleich die gesamte Kältetechnik digitalisieren kann.
STV / Hühn
