Moderne Netzanalysatoren
Kostenreduzierung in
der Gebäudetechnik

Stark ansteigende Energiekosten machen elektrische Energie immer mehr zu einem Kostentreiber. Ein erster Schritt der Kostenfalle zu entrinnen ist die präzise Erfassung sämtlicher Energiedaten, elektrischer und Spannungsqualitäts-Parameter. Moderne Energiemesstechnik sorgt für die nötige Transparenz in der Gebäudeenergieversorgung. Auf Basis konkreter Daten lassen sich dann Konzepte z.B. zur Stromkostenreduzierung entwickeln sowie weitere Maßnahmen einführen. Mit Netzanalysatoren können die Verbesserungen auch überwacht und protokolliert werden.
Autor: Rudolf Müller, Vertriebsleiter Export, Janitza electronics GmbH l Bilder: Janitza
Es gibt eine Reihe versteckter Kosteneinsparpotenziale. Ein wichtiger Kostenfaktor ist die Stromrechnung für Betriebsanlagen, Gebäude oder Infrastrukturobjekte. Allerdings ist die Stromrechnung nur der sofort sichtbare Teil von manchmal viel höheren Kosten unter Berücksichtigung einer ‚verschmutzten‘ und unzuverlässigen Energieversorgung. Neben den direkten Elektrizitätskosten spielt auch die effektive Auslastung von Energieverteilungsanlagen und Einrichtungen sowie eine zuverlässige Energieversorgung eine wichtige Rolle bei der Wirtschaftlichkeit. Da diese Kosten nicht so offensichtlich sind, werden sie auch als ‚versteckte Kosten‘ bezeichnet.

Versteckte Kosteneinsparpotentiale

– 3 x Stromkosten reduzieren: kWh, Blindstromkosten und Spitzenlast
– Identifizierung von ‚Energiefressern‘
– Wartungskosten senken
– Lebensdauer von elektronischen und elektrischen Geräten verlängern
– Präzise Kostenstellenerfassung (z.B. für welches Büro wird wie viel Strom benötigt?)
– Stabilisierung der Stromversorgung zur Vermeidung von Computerausfällen

Reduzierung der Stromkosten

Direkte, verbrauchsbezogene Stromkosten können beachtlich verringert werden. Für Hausverwalter bedeutet dies eine Verbesserung der Genauigkeit von Stromverbrauchsabrechnungen und eine kundenbezogene Abrechnung (Kostenstellenmanagement). Mit der entsprechenden Energiemesstechnik können Auswertungen komfortabel erstellt werden, um die Stromrechnung des Energieversorgungsunternehmens zu überprüfen. Durchgängige Energiemanagementsysteme über die verschiedenen Netzebenen hinweg ermöglichen es, unwirtschaftliche Verbraucher und Energieverschwendung zu erkennen. Erst mit der nötigen Netztransparenz wird es möglich, ‚Sünder‘ zu identifizieren und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Als Beispiel soll die folgende Überlegung eines Bürogebäudekomplexes in Niederbayern dienen: Die Elektroabteilung wurde seitens des Managements aufgefordert, die steigenden Stromkosten zu erklären und Einsparmöglichkeiten aufzuzeigen. Das Gebäude hatte bis zu diesem Zeitpunkt mit analogen Einbaumessgeräten eine recht traditionelle Messtechnik installiert. Zum Einsatz kamen Universalmessgeräte und Netzanalysatoren der Typen UMG96S, UMG507E und UMG510 der Marke Janitza. Ziel war es, sowohl den Energieverbrauch der einzelnen Gebäude, Abteilungen und eingemieteten Großkunden zu ermitteln, als auch die Spannungsqualität insgesamt zu überwachen. Dazu war es notwendig, die Messpunkte in der Energieverteilung über sämtliche Netzebenen hinweg zu definieren. Es wurde dabei ein mehrstufiges Konzept gewählt, mit einem UMG510 Spannungsqualitätsanalysator in der 10kV Einspeisung (PCC). Dieser Netzanalysator verifiziert die vom EVU gelieferte Spannungsqualität gemäß dem gültigen Spannungsqualitätsstandard EN50160. Wichtig war dem zuständigen Elektroverantwortlichen die einfache Dokumentation der Spannungsqualität mit kontinuierlicher Aufzeichnung sämtlicher Spannungsqualitätsparameter. Der UMG510 Netzanalysator ermöglicht auf Knopfdruck für einen definierten Zeitraum eine komplette Netzanalyse gemäß der Norm EN50160. Ein umfangreicher Bericht mit sämtlichen Parametern wird automatisch generiert und kann dem Management bei Rückfragen zur Verfügung gestellt werden.

Spitzenlastüberwachung

In den Abgängen der Einspeisetransformatoren wurden UMG507E Netzanalysatoren verwendet. Neben der Erfassung von Lastgängen, Spannungsqualitätsparametern wie Kurzzeitunterbrechungen und Oberschwingungen war hier auch das Thema Spitzenlastüberwachung von zentraler Bedeutung. Durch das kurzzeitige Abschalten von Verbrauchern, z.B. in der Großküche, konnte das Wirkleistungsmaximum gesenkt und damit die Stromrechnung um bis zu 20% reduziert werden. Aber auch für die optimale Auslastung von Energieverteilungsanlagen war die Spitzenlastüberwachung wichtig, um eine Überlastung von Netzteilen zu vermeiden. Die 400V Abgänge zu einzelnen Büros und Gebäudeteilen wurden mittels UMG96S Universalmessgeräten mit Schnittstellenanbindung überwacht. Dies verbessert die Transparenz und ermöglicht die entsprechende Zuordnung von Kostenstellen. Das Management legte höchsten Wert auf die Umlage der individuellen Stromkosten auf die einzelnen Kostenstellen. Außerdem ermöglichte die genaue Kenntnis des Stromverbrauchs einzelner Verbraucher oder Verbrauchergruppen ineffiziente Verbraucher herauszufinden und Gegenmaßnahmen einzuleiten. Das gewählte mehrstufige Messkonzept über die verschiedenen Netzebenen hinweg ist im Fehlerfall wesentlich für die Ursachenforschung, d.h. für die Eingrenzung möglicher Fehlerursachen. So lässt sich durch den Vergleich zeitlich synchronisierter Geräte z.B. ermitteln, ob eine Kurzzeitunterbrechung von der Netzseite her stammt, oder ob diese durch einen Anlaufstrom oder Kurzschluss von den eigenen Verbrauchern verursacht wurde.

Kostengünstige, schnelle und sichere Kommunikation

Außerdem sollten durch die Vernetzung der Messgeräte über einen Feldbus alle Messdaten automatisch ausgelesen und in der Netzzentrale zur weiteren Verwendung zur Verfügung gestellt werden. Um die Installationskosten niedrig zu halten (z.B. Peripherie für Feldbusse), hatte man sich für Ethernet TCP/IP als Rückgrat der Datenkommunikation entschieden. Da Netzanalysatoren mit Ethernet-Schnittstelle teurer in der Anschaffung sind, hatte man anfangs Bedenken wie dies mit dem vorhandenen Budget realisiert werden könnte. Die Lösung war die Kombination der UMG507E Netzanalysatoren mit Modbus Gateway und den UMG96S Modbus Geräten. Somit hatte man die höherwertigen UMG507E in den zentralen Einspeisepunkten ohnehin für die erhöhten Anforderungen an die Messtechnik angepasst. Gleichzeitig konnten mit den UMG507E durch die Modbus Gateway Funktion die kostengünstigeren UMG96S Modbus Geräte an das Ethernet angeschlossen werden.

Immer und überall informiert, über E-Mail und Homepage

Wer kennt das nicht? Kaum aus der Firma und schon kommt der erste Anruf über Probleme in der EDV, Computer fallen aus oder die Energieversorgung stürzt ab – mittels den in die Netzanalysatoren integrierten Webservern wurde der direkte Zugang auf die Daten an den einzelnen Messpunkten geschaffen. Direkt über die Homepage des einzelnen Netzanalysators aus können sich alle autorisierten Mitarbeiter der Elektroabteilung und des Managements bereits weitreichend informieren. Dazu ist lediglich ein Webbrowser und die dem einzelnen Messgerät zugeordnete IP-Adresse im Netzwerk nötig. Zusätzlich wurden Grenzwerte für verschiedene Parameter gesetzt. Die zuständigen Mitarbeiter der Elektroabteilung werden per E-Mail weltweit informiert, falls die Energieversorgung überlastet wird, Kurzzeitunterbrechungen den Fertigungsprozess zum Erliegen bringen oder unzulässige Oberschwingungen die Lebensdauer von Betriebsmitteln reduzieren.

Daten sammeln, speichern und auswerten

Die von diversen Messpunkten gewonnenen Daten sollten gesammelt, gespeichert, aufbereitet, visualisiert und zur Verfügung gestellt werden. Online Analysetools zur grafischen Auswertung der Daten, z.B. Lastverläufe vergleichen, ebenso wie Analysetools für historische Daten und Reportgeneratoren wurden installiert. Die Messpunkte wurden auf Topologieansichten gezogen und geben nun einen schnellen Überblick über die gesamte Energieverteilung der verschiedenen Gebäudeteile, mit der Möglichkeit, durch Vergleich der einzelnen Messpunkte Netzstörungen zu lokalisieren, und die definierten Toleranzen auf einen Blick zu überprüfen. Durch das Hinterlegen von Grafikdateien (z.B. JPG) mit Stromlaufplänen und Gebäudeplänen und Einbinden der zugehörigen Messgeräte per Drag and Drop an ihren tatsächlichen Standort ließ sich eine kostengünstige und kundenspezifische Lösung realisieren. Grenzwertüberschreitungen (z.B. THD-U zu hoch!) sowie Zustände der Ein- und Ausgänge können ebenfalls angezeigt werden. Zur Abspeicherung der Daten wurde eine mySQL-Datenbank installiert. Die Verfügbarkeit historischer Daten macht es den Mitarbeitern der Elektroabteilung einfach, Lastverläufe für den Einkauf für Verhandlungen mit dem EVU zu erstellen. Da es bereits in der Vergangenheit kostspielige Stromunterbrechungen gab, wurde auf hohe Datensicherheit großer Wert gelegt. Aus diesem Grund wurde ein separater Datenserver mit entsprechend hoher Geschwindigkeit und Redundanzen in der Datensicherung verwendet. Die Energiemanagementsoftware PSWprofessional wurde auf den Clientrechnern der Elektroabteilung und im Einkauf installiert.

Onlinewerte und Auswertung historischer Daten

Mit der grafischen Linienschreiberfunktion ist eine schnelle Onlinedarstellung von ausgewählten Messwerten möglich. Der Graph wird in dieser Funktion laufend um neue Messdaten erweitert. Mit der Analyse historischer Daten lassen sich mit einigen wenigen Mausklicks z.B. Fehleranalysen mit dem Vergleich von verschiedenen Parametern realisieren.

Zukunftsaussichten

Durch die Integration von Funktionalitäten gehen moderne Netzanalysatoren weit über die Grenzen von digitalen Multifunktionsmessgeräten hinaus:

– Zähler (kWh, kVArh)
– Oberschwingungsanalysator
– Transientenrekorder
– Ereignisschreiber
– Spitzenlastoptimierung
– Logische Verknüpfungen
– Datensammler
– Zustandsüberwachung

Rasante Weiterentwicklungen im Bereich der integrierten Schaltkreise erlauben immer schnellere und kompaktere Netzanalysatoren zu erschwinglichen Preisen. So stellte die Firma Janitza zur Hannover Messe den brandneuen Netzanalysator UMG604 der Öffentlichkeit vor. Der UMG604, mit einem 500MHz DSP (Digitaler Signalprozessor) ausgestattet, ist ein überaus schneller und leis­tungsfähiger Netzanalysator mit kleins­ten Abmessungen. Die kontinuierliche Abtastung der acht Kanäle mit 20kHz pro Kanal erlaubt die Erfassung von sämtlichen elektrischen Parametern (mehr als 800 Werte), Min.- und Max.- Werten, den wesentlichen Spannungsqualitätswerten wie Oberschwingungen (bis zur vierzigsten, je Phase mit Richtungserkennung) und Kurzzeitunterbrechungen. Selbst schnelle Transienten (> 50µs)­ können sicher identifiziert werden. Über moderne Kommunikationsarchitekturen, integriertem Webserver und der mitgelieferten Netzanalyse Software GridVis lassen sich umfassende Energiemanagementsysteme aufbauen um eventuelle Probleme in der Energieversorgung möglichst schon im voraus zu erkennen und zu bereinigen. Mit der Erfassung von bis zu vier Stromkreisen mit einem Gerät können auch die Hardwarekosten deutlich reduziert werden.

Empfehlungen der Redaktion

Das könnte Sie auch interessieren

Mit zunehmenden Ansprüchen an den Gebäudebetrieb steigen auch die Anforderungen an ein Facility Management. Da Automationssysteme gleichzeitig komplexer werden, müssen zur Bedienung und Visualisierung eingesetzte Softwarelösungen einige Eigenschaften aufweisen, um einen ressourcenoptimierten Betrieb zu gewährleisten: Sie sollten kontinuierlich an Erfordernisse angepasst werden, individualisierbar sein und sich durch eine übersichtliche Gestaltung auszeichnen. Deshalb hat Sauter seine Gebäudemanagement- und Visualisierungssoftware Sauter Vision Center (SVC) nun erneut um Features ergänzt. ‣ weiterlesen

Anzeige

FP Inovolabs ist als Anbieter von Lösungen für die Automatisierung von Prozessen bekannt. Nun stellt das Unternehmen mit dem NeoMonitor ein neues SaaS-Angebot für die Digitalisierung von Gebäuden vor. Die Lösung besteht aus IoT-Gateways, Mobilfunkkonnektivität und einer Cloud-basierten Steuersoftware. ‣ weiterlesen

Anzeige

Neuberger setzt bei Raumautomationsprojekten verstärkt auf KNX und Dali. „Open.Room ermöglicht integrale und gewerkeübergreifende Lösungen“, so Jürgen Metzger, Vertriebsleiter bei Neuberger. Besonders die Integration von Raumfunktionen wie Beleuchtung, Raumklima, Sonnenschutz, Raumbedienung und -anzeige bringt Vorteile für alle Beteiligten. ‣ weiterlesen

Bei einem Blick auf die Zahlen zur Stromerzeugung 2020 wird deutlich: Vergangenes Jahr war ganz klar das Jahr der Photovoltaik. So blinkten laut dem Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (BSW) Ende 2020 ganze 184.000 Photovoltaikanlagen mehr von Deutschlands Dächern – vor allem von Eigenheim-Dächern. Denn hier hat sich die Anzahl der Neuanlagen im Vergleich zum Vorjahr sogar verdoppelt. Insgesamt ist der solare Anteil an der Netto-Stromerzeugung für die öffentliche Versorgung inzwischen auf etwa zehn Prozent gestiegen und ungefähr die Hälfte des erzeugten Stroms stammt mittlerweile aus erneuerbaren Energiequellen – Tendenz steigend. ‣ weiterlesen

Ein neues Konzept für KNX-Einsteiger stellt Elsner Elektronik mit den KNX-Sets CasaConnect vor. Typische KNX-Geräte für ein Apartment oder für ein Haus erreichen den Kunden als vorkonfiguriertes Paket. Dazu gehören Wetterstation, Bedienzentrale, Raum-Controller, Rauch-, Bewegungs- und Wassermelder und Aktoren für Heizung, Sonnenschutz, Licht und zum Schalten. Alle Komponenten wurden im Werk bereits adressiert und in einem KNX-Projekt miteinander verknüpft. Nach der Installation kommunizieren sie sofort miteinander, ohne dass der Kunde die ETS verwenden muss. ‣ weiterlesen

Die Welt von morgen wird elektrisch. Die fortschreitende Hausautomation, die zunehmende E-Mobilität und der Umstieg auf elektrische Heizungen lassen den Strombedarf stetig steigen. So sollen bis 2030 rund 50 Prozent aller Heizungen elektrisch betrieben werden und zehn Millionen E-Mobile auf unseren Straßen unterwegs sein. Der Verbraucher wird dabei auch zum Prosumer, der Energie produziert, verkauft, hinzukauft und bevorzugt die eigenproduzierte Energie nutzt. Dieser komplexe Vorgang erfordert ein intelligentes Energiemanagement, das Hager mit Flow in einer Paket-Lösung bietet. ‣ weiterlesen

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige