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Messen - Wissen - Entscheiden
Energieeffizienz

Produktfamilie MEC
die Möglichkeit zum effizienteren Einsatz von Energie


Die wohl relevanteste Form von Energie in Gebäuden ist heute der elektrische Strom.
Wie im Management generell, gilt auch beim Einsatz von elektrischen Strom, dass nur dann
steuernde Entscheidungen getroffen werden können,
wenn ausreichend Daten für die Beurteilung der Lage vorliegen.

Entscheidungsfaktoren
Es können u.a. folgende Faktoren im Vordergrund stehen:

-) Effizienterer Einsatz der Ressourcen - um die Kosten zu senken

-) Steigerung der Verfügbarkeit - zur Verringerung von Ausfällen

-) Zeitgerechte Anpassung der Infrastruktur - langfristige,präventive (vorausschauende) Planung für Installationsarbeiten
Die betrieblichen Kenndaten sind in jedem Fall die Grundlage für die Entscheidung des Managers.
Verfügbare Kenndaten
Bei der elektrischen Energie bzw. beim Stromverbrauch stehen in der Regel nur sehr grobe Kenndaten zur Verfügung; das sind zumeist
-) die maximale Anschlussleistung an der Übergabestelle des Energieversorgungsunternehmen (EVU),
-) der Energieverbrauch im Gesamten und
-) der Energieverbrauch von größeren Bereichen (ganze Gebäude oder Gebäudetrakte)
-) der maximale Strom eines Versorgungsbereichs (Steigleitung oder Abgang)
Bisherige Methode
Eine bisher übliche Methode besteht darin, dass im Falle des Auftretens eines Problems, eine zeitlich einmalige Aufnahme der Lastsituation vorgenommen wird (i.d.R. manuell mit hohen Kosten verbunden). Bei Lasten, die sich im Lauf der Zeit ändern (kurzfristig wie auch langfristig), sind die dadurch erfassten einmaligen Kennwerte keine geeignete Grundlage für Entscheidungen, da die tatsächliche Situation durch diese einmalige Aufnahme nicht dargestellt werden kann.

Dadurch ist nur ein reaktives Management (wenn der Bedarf durch die Anwender oder einen Ausfall vermittelt wird, wird mit eine Managemententscheidung reagiert) oder proaktives Management (auf Verdacht wird eine Anpassung der Installation vorgenommen) möglich; ein präventives Management - vorausschauendes Management, bei dem eine Investition genau dann vorgenommen wird, wenn es tatsächlich erforderlich ist, ist dadurch nicht möglich.

Das Ziel ist es durch präventives Management vorbeugende Maßnahmen treffen zu können, um ein unerwünschtes Ereignis oder eine unerwünschte Entwicklung zu vermeiden - dies ist nur auf Basis von ausreichender Information möglich.
Zielgerichtete Maßnahmen
Durch den Einsatz von MEC-Modulen wird elektrischer Strom in unmittelbarer Nähe der Verbraucher kontinuierlich erfasst, aufgezeichnet, bewertet und gegebenfalls eine Meldung oder Alarm abgesetzt.

Die Qualität der Managemententscheidungen kann zielgerichtet auf die jeweiligen Problembereiche verbessert werden. Veränderungen oder Maßnahmen, die aus der allgemeinen Sicht der Versorgungswurzel eines Gebäudes (z.B. in der Niederspannungs-Haupt-Versorgung - NSHV) aus getroffen werden, sind mit hohen Streuverlusten verbundenen. Zielgerichtete Maßnahmen erfordern eine detailierte Kenntnis der Lastsituation.
Einsatz der MEC Produktfamilie

Die MEC-Produktfamilie ist als Hutschienenmontage im Elektroverteiler oder als MEC-Powerbox für die komplette Elektroverteilung im 19"-Schrank verfügbar. Es wird der Stromverbrauch der einzelnen Abgänge (Verbraucherlinien) kontinuierlich erfasst. MAMEC-Module sind mit 8, 16, 24, und 32 Strommesskanälen verfügbar. Somit kann in einem typischen Elektroverteiler jedem Abgang - Leitungsschutzschalter (LS) ein Messkanal zugeordnet werden.

Die Messung erfolgt über Hall-Sensoren mit 128 Abtastungen je Vollperiode. Aus den Abtastwerten wird der Effektivwert berechnet. Dadurch wird sowohl der Gleichstromanteil als auch die relevanten Oberschwingungen bestimmt. Es wird sowohl eine quantitative als auch eine qualitative Aussage über die entnommene elektrische Energie getroffen.

Die einzelnen MAMEC-Module werden über ein normales Lokales Datennetz (LAN) mit einem Server verbunden. Dabei wird das Protokoll TCP/IP verwendet. Eine spezielle Verkabelung ist nicht erforderlich; selbst deutlich dislozierte Bereiche sind somit einfach integrierbar. Ein hohes Maß an Flexlität bei Anpassungen der elektrotechnischen Infrasturktur ist gegeben.

Durch die Möglichkeit der Einstellung von Überstrombereichen wird eine automatische Bewertung des Stromverbrauchs jeder Verbraucherlinie durchgeführt. Es werden folgende Farben verwendet: rot, orange, gelb, grün sowie violett für Wartungszeiten. Zusätzlich ist eine Alarmierung per email oder SMS möglich, wodurch auf kritische Situationen ehebladigst aufmerksam gemacht wird und durch geeignete Entscheidungen reagiert werden kann.

Der Zugriff erfolgt mittels eines heute üblichen Web-Browser vom Arbeitsplatz aus, über einen PDA oder über das Mobiltelefon. Die Anzeige kann sowohl tabellarische als auch graphisch (basierend auf Flash) individuell gestaltet erfolgen.

Die periodische und automatische Erstellung von Berichten der qualitativen Bewertung reduziert den Zeitaufwand des Betriebspersonals als auch des Managers auf ein Minimum und optimiert gleichzeitig die Grundlage der Entscheidungen. Die Berichte werden im Format PDF erstellt. Der zeitliche Verlauf der Messwerte steht über den Web-Browser zur Verfügung.

Das modulare System bieter in Ergänzung zu den Stromsensoren, Module zur Erfassung von Meldekontakten (z.B. Mitnehmerkontakte der LS, Türe, Meldekontakte der Klimaanlage etc.), für Temperatur und Feuchte sowie Schaltkontakte (z.B. für selektives Ein- und Ausschalten oder automatische Ein- und Ausschaltsequenzen bei Stromausfällen).


Durch die umfassende Aufnahme der Kennwerte mittels der MEC-Module wird präventives Management mit effizientem Einsatz der Ressourcen möglich - Kosten werden gesenkt und die Qualität der Gebäudeinfrastruktur wird gesteigert.

Anwendungsfälle

Steuerung von Infrastrukturinvestitionsbedarf


durch Erkennen der Lastentwicklung
Bei der Errichtung eines Gebäudes werden die haustechnischen Installation auf einen zum jeweiligen Zeitpunkt vorliegenden Wissenstand der Gebäudenutzung hin (mit passenden Reserven) dimensioniert. Dies gilt sowohl für die elektrotechnische Installation (EVU-Anschluss, NSHV, Steigleitung, USV, Notersatz - NE) als auch für die Haustechnik (z.B.: Klimatisierung).

Typischerweise wird ein sinnvolles Verhältnis der E-Technik und der Klimatechnik gewählt. Durch Änderungen der Nutzung des Gebäudes und durch Änderung der Geräte im Gebäude werden die ursprünglichen Annahmen früher oder später überholt. In der Regel steigt der Bedarf an Energiezu- und -abfuhr. Eine Reduktion kommt in der Praxis nicht vor. Wenn die ursprünglich eingebauten Reserven aufgebraucht sind, ist eine im Allgemeinen kostenintensive Anpassung der haustechnischen Installationen erforderlich.

Durch die Ermittlung der aufgenommenen elektrischen Energie kann
-) eine genauere Bestimmung des Zeitpunkts für erforderliche Maßnahmen oder
-) eine Verschiebung bzw. Verhinderung von Investitionen durch Umschichtung
erfolgen. Durch entsprechende Kenntnis kann eine gleichmäßige Aufteilung der Lasten auf alle drei Phasen in einem Drehstromsystem zur Vermeidung von Schieflasten durchgeführt werden.

Der Einsatz von Investitionen kann auf ein sinnvolles Maß reduziert und zeitlich gesteuert werden. Die unvorhergesehenen Ausgaben werden reduziert.
Erkennen von Energieverbrauchern

durch Zuordnung von Aufwendungen
In Bereichen, in denen die Nutzung eines Gebäudes von unterschiedlichen Nutzergruppen erfolgt, ist die individuelle Zuordnung der Kosten für die Bereitstellung und Verwendung von elektrischer Energie in vielen Fällen nicht oder durch kostenintensive Komponenten möglich.

Durch den Einsatz von MAMEC-Modulen wird vergleichsweise kostengünstig der Verbrauch an elektrischer Energie zuordenbar. Die Verbrauchsdaten erlauben zwar keine exakte Abrechnung im Sinne einer Verrechnung, zeigen aber deutliche Verschiedenheiten sowie die Größenordnung des Verbrauchs der Nutzer auf. Etwaige Verursacher von Engpässen sind dadurch identifizierbar.

Dem Manager steht damit eine Grundlage zur differenzierten Behandlung der Nutzer zur Verfügung und Ungerechtigkeiten bei der Anwendung des Gieskannenprinzips werden vermieden.
Erkennen von Zeitverläufen

durch Lastschwankungen - Gleichzeitigkeiten - Spitzenbedarf
Schwankende Lasten können durch einmalige Messungen nicht bzw. nur zufällig erfasst werden. In der Regel kennt der Nutzer der elektrischen Energie das Lastverhalten seiner Verbraucher selber nicht. Daher ist die wiederholte andauernde Messung in kurzen Abständen erforderlich, um den tatsächlichen Zeitverlauf des Bedarfs zu erfassen.

Wenn mehrere derartige Lasten am Stromnetz angeschlossen sind, so kann durch geeignete Koordination eine Reduktion der Spitzenlasten erreicht werden.

Der Gebäudemanager ist somit in der Lage entweder eine zeitliche Lastverteilung zu veranlassen (z.B.: einer vormittags, der andere nachmittags) oder zeitgerecht mit dem EVU in zielgerichtete Verhandlungen eintreten oder im n ächsten Budget die erforderlichen Mittel reservieren oder beruhigt warten, weil er weiss, dass diese Situation in seinem Bereich nicht vorkommt. In jedem Fall wird, falls es ein Potential zur Steigerung der Effizienz gibt, diese erkennbar aufgezeigt.
Steigerung der Sicherheit des Gebäudemanagements

durch Erkennen der Neutralleiterbelastung
Wie eine aktuell durchgeführte Untersuchung (IEAE) zeigt, ergibt sich durch eine Änderung des Lastverhaltens heutiger Lasten (z.B. Schaltnetzteile, Energiesparlampern) eine grundlegende Änderung der Qualität des Stroms.

Die heutigen Versorgungsstrukturen basieren auf dem System des Drehstroms. Dabei werden drei Phasen-Ströme (je 120° phasenverschoben) und ein gemeinsamer Neutralleiter zum Stromtransport eingesetzt. Aufgrund der Phasenverschiebungen ergibt sich bei gleicher und linearer Last, dass im Neutralleiter kein Strom fließt. Bei ungleichmäßiger aber immer noch linearer Last, kann am Neutralleiter maximal der Phasenstrom fließen. Eine Absicherung des Neutralleiters erfolgt nicht, da die Phasenleiter jeweils abgesichert sind. Entsprechend der bisherigen Annahme, dass hauptsächlich lineare Lasten vorliegen, ist das auch ausreichend. Zunehmend mehr ist diese Annahme jedoch nicht mehr zutreffend.

In den letzten Jahren haben die nichtlinearen Verbraucher anteilsmäßig deutlich zugenommen. Der Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom I und der elektrischen Spannung U wird durch das Ohmsche Gesetz dargestellt: U = I×R Wenn der Widerstand R als konstant angenommen werden kann, dann handelt es sich um eine lineare Last. Wenn jedoch der Widerstand eine Funktion der Spannung ist, dann ist die Last nicht linear. Alle Lasten, die über einen einfachen Gleichrichter und nachgeschalteten Glättungskondensator Gleichspannung erzeugen, nehmen nur in einem sehr kurzen Zeitbereich Strom auf (zum Laden des Kondensators im Scheitelbereich der Sinuskurve der Spannung). Das hat zur Folgen, dass der entnommene Strom einen erheblichen Oberschwingungsanteil hat. Dabei ist insbesonders die 3. Oberschwingung mit 150Hz zu beachten. Aufgrund der Phasenverschiebung von je 120° im Drehstromsystem heben sich die Ströme dieser Frequenz im Neutralleiter nicht gegenseitig auf, sondern addieren sich. Das bedeutet, dass bereits bei einem Anteil von etwa 30% an 3. Oberschwingung am Neutralleiter etwa gleich viel Strom fließt, wie in den Phasenleitern. Wenn der Anteil der 3. Oberschwingung 50% erreicht, fließt am Neutralleiter bereits der 1,5-fache Strom. Da der Neutralleiter jedoch in den heutigen Installation nicht abzusichern (eine diesbezügliche Vorschrift ist in Vorbereitung) ist eine Überlastung des Neutralleiters sowie der zugehörigen Anschlüsse (Klemmen) möglich; die Verluste im Leiter und an den Verbindungsstellen (Klemmen) haben eine quadratischen Zusammenhang zum Strom (vereinfacht dargestellt: P = U×I, U = I×R somit ergibt sich P = I2×R). Dies stellt eine deutliche Gefahr dar, die zu Überlastungen, Ausfällen und schlimmstenfalls zum Brand führen kann.

Beispiele für linearae Lasten sind elektrische Heizungen, Backrohre und Glühlampen. Beispiele für nicht lineare Lasten sind Computernetzteile, Radio- und Fernseher und Energiesparlampen.

Insbesonders der intensive Einsatz von Energiesparlampen (diese haben einen Oberschwingungsanteil am entnommenen Strom von etwa 30%) macht die oben dargestellen Probleme akut; eine andauernde Erhebung der Kenndaten zur Erkennung, ob sich die elektrische Energieversogung der Gebäude im unkritischen oder bereits im kritischen Bereich befindet und eine zeitgerechte Alarmierung, wenn Handlungsbedarf entsteht ist dringend angeraten.

Eine mögliche Lösung ist die entsprechende Verstärkung des Neutralleiters auf den doppelten bzw. dreifachen Querschnitt der Phasenleiter. Die Kosten für diese Verstärkung sind jedoch in bestehenden Gebäuden sinnvollerweise erst dann zu tätigen, wenn es tatsächlich notwenig ist. Die Sicherheit des Gebäudemanagements wird in diesem Punkt gesteigert; die Unsicherheit reduziert, die Kosten für notwenige Infrastrukturanpassungen fallen den Erfordernissen entsprechend zeitrichtig an.
Zielgerichtete Maßnahmen
Zielgerichtete Maßnahmen erfordern eine detailierte Kenntnis der Lastsituation.

Durch den Einsatz von MEC-Modulen wird elektrischer Strom in unmittelbarer Nähe der Verbraucher kontinuierlich erfasst, aufgezeichnet, bewertet und gegebenfalls eine Meldung oder Alarm abgesetzt.

Durch die umfassende Aufnahme der Kennwerte mittels der MAMEC-Module wird preventives Management mit effizientem Einsatz der Ressourcen möglich - Kosten werden gesenkt und die Qualität der Gebäudeinfrastruktur wird gesteigert.

Die Qualität der Managemententscheidungen kann zielgerichtet auf die jeweiligen Problembereiche verbessert werden.
 
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