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Effiziente
Energienutzung durch Einsatz intelligenter Technologie

Das Thema Energieeinsparung ist schon seit Jahren in aller Munde – ohne deswegen ein alter Hut zu sein. Zunehmendes Umweltbewusstsein, Verknappung der Ressourcen und vor allem steigende Energiepreise lassen die Frage nach bewussterem Umgang mit Energie immer wieder zum Tagesgespräch werden. Dabei gibt es noch ein großes Potenzial an möglichen Einsparungen, ohne dass wir einen spürbaren Komfortverlust hinnehmen müssten. Der Schlüssel hierzu heißt Effizienz. Mit neuen Technologien, aber auch mit der Vernetzung bestehender Techniken, lassen sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen.
Das moderne Haus ist heute mehr als das sprichwörtliche ‚Dach über dem Kopf‘ – hohe technische Standards und Komfort sind längst zu einer Selbstverständlichkeit geworden. In der Vergangenheit war der effiziente bzw. sparsame Umgang mit Energie wirtschaftlich nicht interessant. Die Mehrausgaben zur Energieeinsparung wogen häufig die rein rechnerischen Einsparungen auf. Mit steigenden Energiekosten sieht das schon anders aus: Schreibt man den Preisanstieg der letzten Jahre fort, so rechnen sich zukünftig viele Investitionen. Im einfachsten Fall kann man mit marktüblichen Komponenten durch Vernetzung und intelligente Steuerung den Energieverbrauch effizienter gestalten.

Vernetzung hilft Energie sparen
Einsparpotenziale liegen vor allem bei der Heizung, die in privaten Haushalten, mit ca. 76% den größten Teil des Energieverbrauchs ausmacht. Beispielsweise kann die Heizung an der Südseite eines Gebäudes heruntergefahren werden, wenn die Sonne durch die Fenster scheint. Ohne Vernetzung mit einem Sonnensensor reagiert die Heizung aber erst, wenn die Temperatur über den Sollwert klettert. Die Restwärme in den Heizkörpern führt daher zu einer kurzzeitigen Übertemperatur. Ist die Heizung mit dem Sonnensensor der Beschattungsanlage über eine intelligente Steuerung verbunden, werden die entsprechenden Informationen abgerufen und verarbeitet. Über einen Internetzugriff auf die Wetterprognose kann die Heizung auch vorausschauend arbeiten, indem sie sich auf die Klimadaten entsprechend einstellt.

Skalierbare Steuerungsplattform CX

Die Beckhoff Embedded-PC-Serie CX bietet, zusammen mit dem Automatisierungsbaukasten, bestehend aus I/O-Modulen und unterschiedlichen Gateways, die Möglichkeit, die Geräte direkt anzusteuern bzw. zu vernetzen. Einfaches Zusammenstecken verbindet die Hardware mit den notwendigen Signalen zu einer leistungsfähigen und kompakten Lösung. Die auf dem CX integrierte Steuerungssoftware TwinCAT und das Betriebssystem Windows stellen eine leistungsfähige und flexible Plattform für die Handhabung großer Datenmengen über unterschiedliche Kommunikationswege zur Verfügung. Der CX dient als Bindeglied zwischen IT, Multimedia und Video auf der einen Seite und der Sensorik und Aktorik und den Subbussen auf der anderen Seite.

Zukunftssicherheit gewährleistet

Auch mit zukünftigen Anforderungen dürfte der CX kompatibel sein. Auf der Basis von Tools und Software aus dem PC-Bereich kann man von einem Zuwachs an Rechenleistung ausgehen, sodass der CX beispielweise der zukünftigen Integration von Video- und Audioverarbeitung durchaus gewachsen sein dürfte. Zudem ist der CX ausbaufähig durch Ergänzungsmodule, d.h. auch bei hohen Anforderungen muss es nicht zum Systembruch kommen. Die ständige Weiterentwicklung des Busklemmenportfolios eröffnet dem Anwender die Möglichkeit, nahezu alle Signalformen durch Anreihen weiterer Komponenten zu ergänzen. Die von Beckhoff entwickelten internen Schnittstellen sind universell und einfach zu handhaben. So lassen sich auch zukünftige Systeme darauf abbilden und einfach in vorhandene Lösungskonzepte integrieren. Weitere Vorteile der skalierbaren Embedded-Controller sind die USB- und DMI-Schnittstellen zur einfachen Anbindung aller Bedienelemente, wie LCD-Displays, Mouse und Tastatur.

Bedarfsgerechte Beleuchtung

Der Automatisierungsbaukasten von Beckhoff wird zur Light+Building 2008 durch neue I/O-Klemmen und Softwarelibraries vervollständigt und bietet damit die Voraussetzungen für eine moderne, innovative Gebäudesteuerung auf der Basis von Standardkomponenten. Bedarfsgerechte Beleuchtung, in Abhängigkeit vom Tageslicht/Sonne, Wochentag, Tages- oder Nachtzeit sowie An- und Abwesenheit, lässt sich durch unterschiedliche Schnittstellen in das Beckhoff-System integrieren. Der einfachste Fall ist der direkte Anschluss des Leuchtmittels an einen Dimmer. Die Universaldimmerklemmen KL2751 (300 VA) und KL2761 (600VA) erkennen die Art des Beleuchtungsmittels und stellen sich auf dieses ein. Durch die eingebaute Kurzschlussfestigkeit vereinfacht sich die spätere Wartung, d.h. beim ‚Durchbrennen‘ eines Glühdrahtes muss die Sicherung nicht mehr gewechselt werden. Der Dimmer wird ohne weitere Verbindungskabel, Schalter oder Parameter von der Steuerung aus angesprochen. Aufwändigere Beleuchtungsgeräte arbeiten mit eingebauten Schnittstellen, wie DALI und DMX. Über die Busklemmen KL6811 und EL6021 kann die Steuerung mit diesen kommunizieren. Die gesamte Beleuchtungsvielfalt kann energetisch sinnvoll und gleichzeitig komfortabel von der Steuerung aus kontrolliert werden.

Effiziente Drehzahlregelung von Pumpen und Lüftern

Zirkulationspumpen werden in älteren Anlagen mechanisch gedrosselt betrieben, wodurch sich der Arbeitspunkt verschiebt und die Pumpe besonders uneffizient arbeitet. Mit einem einfachen Regelkonzept lässt sich der Volumenstrom dem Bedarf anpassen und die Drehzahl der Pumpe entsprechend reduzieren. Besonders in kleinen Heizungsanlagen ist die Zirkulationspumpe meist überdimensioniert und bietet Einsparpotenzial. Die logische Verbindung der Pumpe mit der Zentralsteuerung lässt sich durch die 230-V-Ausgangsklemme KL2791 einfach realisieren. Die Klemme enthält eine Leistungselektronik, die einen 1-Phasenmotor in einem weiten Drehzahlbereich – um 10% bis zu 100% – verändern kann. Zusammenhänge, wie Außen- und Innentemperatur, aber auch Anwesenheit und Windgeschwindigkeit, beeinflussen den Wärmebedarf und damit auch den notwendigen Volumenstrom der Zirkulationspumpe. Ein Luftbedarfsprofil sorgt für gute Luft und spart Heiz- und Stromkosten. Wie auch bei den Pumpen ist es aufwändig, für Lüfter eine Schnittstelle zur Steuerung zu gestalten. Mit der KL2791 ’schreibt‘ die Software nur einen digitalen Wert und kontrolliert die Förderleistung.

Druckmessung

Die Druckmessklemmen KM37xx ermitteln den Volumenstrom durch Staudruck und können so den Verschmutzungsgrad der Filter feststellen. Auf diese Weise findet der Betrieb in den vorgesehenen Grenzen statt. Die Folge ist, dass wenig Verbrauchsmaterial (Filter) anfällt und geringer Energieeinsatz notwendig ist, als wenn Filter über Monate unbemerkt verschmutzt sind.

Energiemessung

Voraussetzung für Einsparungen und eine effizientere Nutzung von Energie sind exakte Verbrauchsmessungen. Erst die Messung einzelner Verbraucher und kleiner Gruppen lässt einen gezielten Eingriff und auch eine Erfolgskontrolle zu. Dadurch sieht man schnell, wo sich das Nachdenken erst gar nicht lohnt, und wo Einsparpotenzial besteht. Die KL3403 stellt jedem Feldbus eine umfangreiche Netzanalyse zur Verfügung, auf deren Basis eine Art ‚Selbstlernen‘ möglich ist: Mit dem Ein- und Ausschalten von Geräten sind typische Energieverbräuche verbunden. Treten diese nicht auf, kann man auf einen Fehler im Gerät schließen und einen Techniker (zumindest über Fernwartung) mit der Kontrolle beauftragen.

Bedienkomfort

Die meisten Geräte besitzen eine leistungsfähige Elektronik für die Kontrolle der erwünschten Funktion. Die optimale Nutzung erfordert die Einstellung der richtigen Parameter. Der Zugang zu diesen Parametern ist in den meisten Fällen nicht einfach und die Bedienung aufwändig. Das Display ist zu klein und mit wenigen Tasten muss man sich mühsam durch eine Hierarchie von Untermenüs arbeiten. Für den Fachmann mit einer guten Produktschulung mag das ausreichend sein, der Endnutzer wird sich jedoch nicht an die Veränderung der Parameter wagen. Eine selbsterklärende Benutzerführung mit Hilfestellungen und einer grafisch unterstützten Oberfläche kann aus Kostengründen nicht in jedes Gerät eingebaut werden. Aus wirtschaftlichen Gründen, und vor allem für einen guten Komfort, ist daher die Bedienung an einer zentralen Stelle notwendig. Idealerweise werden die vernetzten Geräte an diesem zentralen Punkt nicht alle einzeln dargestellt, sondern zu typischen Anwendungsprofilen zusammengefasst. Mit dem Menüpunkt ‚Abwesenheit‘ wird die Heizung reduziert, die Beleuchtung auf Anwesenheitssimulation geschaltet, die Alarmanlage 3min. nach dem Verlassen des Hauses aktiviert und die Wasserzufuhr nach Beendigung des Waschprogramms der Spülmaschine abgestellt. Natürlich kann diese zentrale Darstellung über das Internet von einem PC aufgerufen werden und ermöglicht die Bedienung aus der Ferne.

Die Zukunft sichern

Die Schwellenländer sehen uns an vielen Stellen als Vorbild, was den effizienten Umgang mit Energieresourcen angeht. Unser Ziel sollte es sein, das ökonomische und ökologische Maximum aus unseren installierten Geräten, Anlagen und Gebäuden herausholen. Neben der Verantwortung für unsere Umwelt liegt darin nicht zuletzt ein entscheidender Wettbewerbsfaktor für alle nationalen Anbieter im globalen Kräftemessen. In der Hoffnung, dass wir viele Nachahmer finden, sollten wir durch effiziente Energienutzung unseren Beitrag zur Sicherung unserer Zukunft leisten.

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