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Energiemanagement
Flughäfen sind prädestiniert für eine ganzheitliche Betriebsoptimierung – hier beispielhaft der Flughafen Düsseldorf. (Quelle: Flughafen Düsseldorf)

Fachbeitrag: Smarte Daten ermöglichen ganzheitliches Energiemanagement von Netz und Gebäude

Modellbasierte Prognoseverfahren helfen bereits seit längerem, den Betrieb von Büro- und Industriegebäuden energieeffizient zu steuern. Nun liefern smarte Daten zugleich eine Antwort auf eine der größten Herausforderungen der sogenannten Energiewende: Sie können helfen, die Stromerzeugung, die Lasten von Gebäuden, Gebäudekomplexen und ganzen Stadtteilen sowie die Energiepreise ganzheitlich und vorausschauend zu managen. Wie das funktioniert, erklärt Markus Werner in diesem Fachbeitrag.

Der Beitrag ist zuerst in der GI 4/17 erschienen.

1. Einleitung

Der Anteil erneuerbarer Energie an der Bruttostromerzeugung steigt unaufhörlich. In Deutsch­land liegt er mittlerweile bei 30 %. Zugleich wächst der Bedarf, die Auswirkungen der schwankenden Einspeisungen von Sonnen-­ oder Windenergie aufzufangen. Die vorhandenen Flexibilitätspotenziale noch besser zu nutzen, ist eine Aufgabe, für die nicht nur überregionale Energieerzeuger und Stadtwerke Lösungsansätze suchen. Auch für die Betreiber kleiner Kraftwerke, die Industrieanlagen, Flughäfen, Universitätsgelände oder Wohn- und Gewerbequartiere versorgen, ist ein modernes Energiemanagement unabdingbar geworden. Nur so lässt sich eine kosteneffiziente und klimaschonende Versorgungsicherheit erreichen.

2. Gesamtsystemischer Ansatz

Eine Lösung bieten modellbasierte prognostische Verfahren, die das dynamische Verhalten von Gebäuden, Netzen und Energiequellen als ein System betrachten. Bezogen auf das System Gebäude verfolgt das Unternehmen MeteoViva diesen gesamtsystemischen Ansatz bereits mit seiner Betriebsoptimierung „MeteoViva Climate“. Sie kommt seit über zehn Jahren bei der Steuerung von HLK-­Anlagen in kommerziellen Gebäudekomplexen wie Bürogebäuden oder Produktionshallen zum Einsatz.

Herzstück ist das Rechenmodell „LACASA“. Dessen Prognosealgorithmen simulieren das dynamische Verhalten von Raumklima und HLK­-Technik eines Systems „Gebäude“. Ein Baukasten von über 250 Modulen erlaubt es, ein auf das jeweilige Gebäude zugeschnittenes Rechenmodell zu erstellen. Zu den einzelnen Bausteinen zählen unter anderem die Physik von Wänden und Fenstern, anlagentechnische Komponenten, das Raumklima, die Nutzung des Gebäudes, das Wetter sowie die zeitliche Verfügbarkeit und Bepreisung von Energie. Das Rechenmodell ist in ein mathematisches Optimierungsverfahren eingebunden und liefert täglich Sollwerte der nächsten zwei Tage für eine vorausschauende Fahrweise der Anlagen. In der Folge kommt es – abhängig von Gebäude­typ und technischer Ausstattung – zu einer Energieeinsparung von 15 bis 40 % sowie zu einer Verbesserung der Raumklimaqualität.

2.1 Eine nachhaltige Wärmeversorgung gewährleisten

Die MeteoViva-­Technologie ist jedoch nicht nur zur Verbrauchssenkung eines größeren Gebäudekomplexes geeignet. Sie lässt sich darüber hinaus nutzen, um mehrere Gebäude in Verbindung mit einem Versorgungsnetz zu koppeln. Das heißt: Sie kann ebenso gut den Betrieb von Nah­ und Fernwärmenetzen oder auch kombinierten Wärme-­, Kälte-­ und Stromnetzen von Campusarealen (Flughäfen, Universitäten, Gewerbequartiere) optimieren. Erneuerbare Energiequellen müssen nicht mehr bei zu hoher Produktion abgeregelt werden, sondern werden durch den Ansatz eines prognostischen Energiemanagements zu 100 % verwertet.

2.2 Der Bedarf an ganzheitlichem Energie­ management steigt

Nah-­ und Fernwärmenetze bieten ein großes Potenzial, Energiekosten zu senken und den Klimaschutz zu verbessern. Über insgesamt rund 21.000 km Fernwärmenetze von durchschnittlich 16 km Länge werden in Deutschland pro Jahr bereits heute 131 TWh Wärme und 53 TWh Strom aus Kraft­-Wärme­-Kopplung (KWK) bereitgestellt. Schätzungsweise 14 % des Wohnungsbestands in Deutschland werden darüber beheizt. 15 % der Wärmequellen sind reine Heizwerke, 83 % der Wärme wird aus KWK bereitgestellt. Der Trend geht damit eindeutig zu einer Vernetzung und Kopplung der elektrischen und thermischen Energiewirtschaft.

Bislang stammen in Deutschland jedoch lediglich 13 % der Fernwärme aus erneuerbaren Energiequellen. Der Löwenanteil entfällt auf fossile Energien. Dänemark zum Beispiel ist hier bereits viel weiter: 65 % aller Wohnungen werden in unserem Nachbarland über Fernwärme beheizt, welche zu einem Anteil von gut 50 % aus erneuerbaren Energiequellen bereitgestellt wird.

Das alles zeigt, dass der Bedarf an einem ganzheitlichen Energiemanagement steigt, das Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Nut­zung von Strom und Wärme vereint.

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