Raus aus der Unzufriedenheit…

…mit den Energieeinsparungen – Aschaffenburg macht’s vor
Die unterfränkische Metropole Aschaffenburg sieht sich – wie viele Immobilienbetreiber und Kommunen – vor der Herausforderung gestellt, zur Senkung des Energieverbrauchs, respektive Emissionsminderung, der dezentralen TGA ihrer zahlreichen Gebäude eine liegenschaftsübergreifende moderne, digitale Infrastruktur überzustülpen. Auf dem Branchentreff 2018 der Firma Inga mbH, Hameln, stellten die Beteiligten das Projekt Aschaffenburg als eine Art Blaupause vor, einfach kopierbar für eine Vielzahl ähnlicher Objekte in der Immobilienlandschaft.

Das Schlüsselwort heißt in diesem Zusammenhang Migration: vorhandene DDC-TGA und IT wachsen Stück für Stück zusammen, machen sämtliche Aktoren und Sensoren kommunikationsfähig.

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Bild 1: Die Beteiligten (v.l.): Horst Zacharias, INGA mbH, Herbert Krüger, Stadt Aschaffenburg, Stefan Schaffner, ProFM/ASS, Holger Dietz, Ludwig Hammer GmbH, Stefan Hindrichs, Synavision

„Sie und wir heben Schätze. Daten sind das Gold von morgen, sprich das Geld von morgen. Doch genauso wie das Geld bringen sie nur Nutzen, wenn sie nicht leblos auf einem Konto, hier auf einer Speicherplatte, liegen, sondern wenn man sie verwendet, wenn man sie verknüpft, selektiert, gewichtet und dann im nächsten Schritt interpretiert.

Zur Interpretation der Daten müssen sich diese mit dem Problem, das es zu lösen gilt, in Beziehung setzen lassen können. Das ist unsere Aufgabe: Wir müssen die Daten zum Reden bringen. Dann können wir ihren Wert abschöpfen, indem wir ohne Verlust an Komfort beträchtliche Einsparpotenziale erschließen und so Kosten und Emissionen reduzieren.“

Horst Zacharias (Bild 1), Geschäftsführender Gesellschafter der Firma Inga Ingenieurgesellschaft für Gebäudeautomation aus Hameln, sagt das mit Blick auf die gegenwärtige Struktur des Gebäudemanagements:

  • relativ optimierungsresistent, da noch mit einem großen Anteil nicht vernetzter DDC-Unterstationen sowie analoger Modems ausgestattet, teilweise Zählererfassung von Hand oder nur am Jahresende durch die Rechnung des Energieversorgers
  • nicht oder kaum kommunikationsfähig, da zum einen die unterschiedlichen DDC-Regelungen in einem Objekt unterschiedliche Sprachen sprechen und zum anderen der dezentrale Aufbau den Datentransfer zu einem Zentralsystem – und damit ein zeitnahes Energiemanagement – nicht so ohne weiteres zulassen
  • unter anderem kein ganzheitliches Energiecontrolling wegen der Dezentralität

Partnerschaften: leistungsfähig wie ein Konzern

Er nannte noch weitere Schwachstellen. Ort und Zeit seiner Situationsbeschreibung: Schlosshotel Münchhausen bei Hameln (Bild 2), Mai 2018. Anlass: die regelmäßige Inga-Partnertagung, die 2018 unter dem Thema „Infrastruktur für moderne Gebäudeautomation am Beispiel der Stadt Aschaffenburg“ stand. Oder praxisorientierter ausgedrückt: Wie erfasst man, vor allem im Bestand, Daten zentral und wie bringt man sie zum Reden?

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Bild 2: Tagungsort war das Schlosshotel im ehemaligen Schloss des Barons von Münchhausen

Zunächst: Der entscheidende Akzent in dem zusammengesetzten Begriff ‚Partnertagung’ liegt auf dem Substantiv Partner.

Die enge Zusammenarbeit von Know-how-Trägern mit unterschiedlichen Schwerpunkten, unter anderem bezüglich der DDC-Fabrikate, gibt solch einem Team eine Kompetenz und Leistungskraft, die mit jedem Konzern mithalten kann.

Die Partnerschaft ist dem Konzern sogar überlegen, wenn es um maßgeschneiderte Lösungen geht.

Horst Zacharias erklärt das so, dass der Konzern in aller Regel nur das Wissen über die eigene Produktpalette hat, die Partnerschaft aber über das Wissen unterschiedlicher Produkte, zum Beispiel von DDC-Fabrikaten, verfügt.

Nebenbei: In der industriellen Produktionstechnik plant man deshalb bereits die „Morgen-Fabrik“. Das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin, sowie das benachbarte Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF der TU arbeiten am Entwurf.

Die Leitung der virtuellen „Morgen-Fabrik“ wählt für bestimmte Vorhaben aus einem Pool von qualifizierten Klein- und Mittelunternehmen die für die Aufgabe benötigten Spezialisten heraus und vernetzt sie zu einer Einheit. Solch ein Modell, sind sich die Produktionswissenschaftler einig, reagiert rascher, kompetenter und kostengünstiger auf wechselnde Bedarfe, als es Großunternehmen mit ihren weniger flexiblen und auf Masse ausgerichteten Einrichtungen vermögen.

Dezentral als Hürde

Die Inga-Partnerschaft steht im Geist der „Morgen-Fabrik“. Den Beleg liefert das Beispiel Digitalisierung Stadtverwaltung Aschaffenburg. Die Modernisierung der Gebäudeautomation in den Liegenschaften der Kommune – Verwaltungsgebäude, Schulen, Museen, Seniorenwohnheime, Hallenbäder – liegt in den Händen einer Fünfer-Gemeinschaft mit der Stadt als Auftraggeber und Mitgestalter, den Firmen Inga, Hameln, ferner der ProFM Consulting & Projektmanagement GmbH, Groß-Bieberau, nebst der zur Gruppe gehörenden ASS IT-Systemhaus GmbH, dann dem Anlagenbauer Ludwig Hammer GmbH, Kleinostheim, sowie dem Softwarehaus Synavision, Bielefeld. Details zur Aufgabenteilung weiter unten.

Den Anstoß zur Digitalisierung gab letztlich die CO2-Diskussion. Die Heiz- und Klimatisierungskosten der zweitgrößten Stadt des Regierungsbezirks Unterfranken – nach Würzburg – belaufen sich je nach Witterung auf 2,5 bis 3 Mio. Euro jährlich.

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Bild 3: Ausgangssituation Stadt Aschaffenburg

Die Zuständigen schauten sich deshalb den Energieverbrauch im Detail an und vor allem seine Entwicklung in Bezug auf das Stichjahr 2008, als Brüssel die Formel 20-20-20 verabschiedete.

Die nimmt die Länder der Europäischen Union in die Pflicht, den Klimawandel zu bremsen: Sie sind aufgefordert, bis 2020 um 20 % den Energieverbrauch sowie die Treibhausgas-Emissionen zu senken und den Anteil erneuerbarer Energien auf 20 % zu steigern.

Die Stadt musste eingestehen, sich nicht auf der Zielgeraden zu bewegen.

Das Durcheinander von Steuerungs- und Regelungstechnik aus den 90er-Jahren sowie dezentraler Gebäudeleittechnik mit je Liegenschaft eigenem kompletten Netzwerk mit Server und Automationsstation (Bild 3) ließ letztlich nur sowohl einen punktuellen Einblick als auch punktuellen Eingriff in den Betrieb der 70 bis 100 energierelevanten Liegenschaften von insgesamt etwa 400 zu. Die TGA-Installationen im Bestand gestatteten es nicht, sämtliche Daten einer einzigen Zentrale für ein effizientes Energiemanagement verfügbar zumachen.

Die Aufgaben

Der Zustand lieferte also die Begründung für die absehbare Zielverfehlung und führte zur Definierung von Anforderungen für die Zukunft (Bild 4). Unter anderem:

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Bild 4: Aus dem Aufgabenkatalog

Vernetzung der einzelnen Liegenschaften mit Informationsaustausch in beide Richtungen

bei weitgehender Einbindung der vorhandenen Technik

Automatisierte Analysen des Anlagenbetriebs

Energiecontrolling

Energieeffizienz im Lebenszyklus steigern

Der letzte Punkt, Energieeffizienz im Lebenszyklus steigern, heißt in Prozent: eine mindestens zweistellige Einsparung bis 2020 gegenüber 2008, da die EU-gewollten 20 % „doch sehr sportlich angesichts unserer derzeit 6 % “ seien, wie Herbert Krüger, Leiter der Abteilung Energiemanagement der Kommune, auf der Inga-Veranstaltung einräumte.

Aber man packt es an (Bild 5). Zur Umsetzung initiierte die Stadt eine Kooperation der genannten versierten Dienstleister, jeder anerkannter Spezialist in seinem Fach, und startete nach drei Jahren der Erfassung und Vorplanung 2017 das Projekt mit folgenden Schwerpunkten:

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Bild 5: Ziele

Zentrale Verwaltung und Steuerung

Standardisierte Benutzeroberfläche

Zentrale und einfach verfügbare Daten

Detaillierte und sofortige Datenübermittlung

Zentraler Zugriff von beliebigen Standorten

Konformität zum bayrischen Behördennetz

 

Neuer Blick von oben

Im ersten Schritt mussten die Daten der unterschiedlichen dezentralen GLT für das angestrebte liegenschaftsübergreifende Energiemanagement zentral erfassbar, lesbar und internetfähig gemacht werden. Dafür ist die Software intelli BMS (iBMS) der Inga mbH zuständig. Sie verheiratet unter anderem die verschiedenen Protokolle und stellt die nun einheitlich verschlüsselten Informationen, verschlüsselt beispielsweise per BACnet oder einer anderen Codierung, den Rechnern zur Verfügung.

Der Leistungsumfang reicht freilich weiter. iBMS fällt in die Kategorie der offenen, fabrikatsneutralen Gebäudemanagementlösungen und dient laut Beschreibung „der zentralen Bedienung und Überwachung von TGA mit dezentralen, autonomen Automationsstationen“. Das Programm ist damit für die Aufgabe in Aschaffenburg maßgeschneidert.

Die Anlagen an sich werden immer noch komplex in den Liegenschaften einzeln gesteuert, aber Sie haben mit dem Inga-System die Möglichkeit, auf die Technik von oben drauf zu schauen und zu schalten“, hatte Herbert Krüger im Schlosshotel Münchhausen in seinem Vortrag vor 50 Kunden und Partner die Hamelner Software herausgestellt. „Wir betreiben – und das nur als Beispiel – über die Stadt verteilt 25 Blockheizkraftwerke mehrerer Hersteller. Wenn wir erkennen, dass bei einem ein falsches Zeitprogramm hinterlegt ist, passen wir es heute über die Inga-GLT an. Allein in solch einem Controlling steckt ein hohes Einsparpotenzial.“

Herbert Krüger spricht damit „EIQ“ an, die webbasierte Softwarelösung für das Energiecontrolling und eins der Module der Hamelner Automatisierungsspezialisten. „EIQ“ schafft auf Basis der liegenschaftsübergreifend erfassten Energiedaten zeitnahe Transparenz von Verbrauch und Kosten, jene Transparenz, die letztlich Voraussetzung für einen verantwortungsbewussten Umgang mit Strom und Gas ist. Das Programm unterstützt so geringinvestive Maßnahmen auch zur Reduzierung von Emissionen.

intelli BMS

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iBMS-Architektur (zum vergrößern anklicken)
Bild: Inga mbH

Als vollständig webbasierte Gebäudemanagementlösung basiert das intelli BMS (iBMS) im Wesentlichen auf zwei Kernkomponenten: Während  im Hintergrund der leistungsstarke Microsoft SOL-Server für Performance und Skalierbarkeit sorgt, erfolgt im Vordergrund die Visualisierung und Bedienung vollständig per Webbrowser.

Das macht aus jeder Plattform (Windows, Linux, Mac OS und Android) ohne Installation von Zusatzsoftware einen vollwertigen Bedienplatz.

Das iBMS erfüllt das BACnet-Geräteprofil B-AWS (Advanced Operator Workstation) nach DIN EN ISO 16484-5 Revision 1.14 und übertrifft die Anforderungen der Profile A und B der aktuellen AMEV-Richtlinie. Zertifiziert ist es bis April 2022.

Aufschalten lassen sich darüber hinaus auch proprietäre Protokolle von beispielsweise Siemens, Elesta und andere Unternehmen. iBMS bietet sich damit auch für Liegenschaften an, in denen bereits firmenspezifische Protokolle eingesetzt sind. So kann vor allem in Bestandsanlagen ein Mischbetrieb verschiedener Steuerungssysteme über eine einzige Leittechnik erfolgen.

Geringeres Risiko mit VPN-Tunneln

Zur anlagentechnischen Umrüstung arbeitet Inga in der unterfränkischen Region schon seit 30 Jahren mit der Ludwig Hammer GmbH zusammen. Das mittelständische Unternehmen der technischen Gebäudeausrüstung, 136 Jahre alt, wird mittlerweile in der fünften Generation geführt.

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Bild 6: Selektiver Datentransport für unterschiedliche Benutzer via VPN-Tunnel

Beispiel seiner Innovationsbereitschaft und Kompetenz ist die Ergänzung der traditionellen Geschäftsfelder in der Haustechnik mit den nachgefragten Dienstleistungsbereichen Service und Gebäudeautomation.

Mit diesem Angebot hat sich der Betrieb einen Namen auch bei der Stadt Aschaffenburg gemacht, die die Qualität der Arbeit des zudem regionalen Betriebs zu schätzen weiß.

Die Ludwig Hammer GmbH implementiert in Aschaffenburg die Inga-GLT.

Die Aufbereitung und Nutzung der Daten mit iBMS ist das eine, der gesicherte und kanalisierte Datentransport zu den Nutzungsberechtigten, mit der Zugriffsmöglichkeit aus externen Netzen, das andere.

Vereinfacht gesagt genügt den Kaufleuten der Stadt der aktuelle Einblick in die Energieverbräuche und Energiekosten, während die Techniker die Betriebsdaten benötigen.

Um diese Netzarchitektur kümmert sich in der Kommune der Verbund ProFM/ASS IT-Systemhaus GmbH. Der realisierte Kommunikationsweg zu internen und externen Datenpunkten geht mehrheitlich über VPN-Kanäle (Bild 6). Das Kürzel steht für Virtuelles Privates Netzwerk.

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Bild 7: Was zu tun ist, Stefan Schaffner

Solche Kanäle oder Tunnel lassen es zu, dass beispielsweise trotz getrennter Kreise gezielt Bürosysteme und technischen Produkte der GLT miteinander kommunizieren können.

Für Stefan Schaffner (Bild 7), Geschäftsführer von ProFM und ASS, gestatten VPN-Tunnel etwa den getrennten Transport (und Abfrage) von sensiblen und weniger sensiblen Informationen, erleichtern die Administration und ermöglichen die detaillierte Protokollierung der Aktivitäten.

Kommt es zur Störung in der Kommunikation, sind darüber hinaus maximal die einzelnen Anschlüsse am Tunnel betroffen.

Die Segmentierung begrenzt des Weiteren das Risiko, das besteht, wenn externes Wartungspersonal mit eigener IT auf die Installationen zugreift.

Auf einer Cloud

Die neue Gebäudemangement-Systemarchitektur baut in Aschaffenburg ProFM auf, unterstützt vom verschwägerten Servicedienstleister ASS, den die Stadt Aschaffenburg mit der Bereitstellung einer virtualisierten Server-Infrastruktur für die Gebäudemanagement-GLT beauftragte.

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Bild 8: Das Dalberg-Gymnasium ist eine der energierelevanten Liegenschaften in Aschaffenburg

Die Virtualisierung des Servers läuft auf eine Cloud hinaus: ASS stellt in diesem Kontext mehrere Server- und Datenbanksysteme ihres eigenen Rechenzentrums der Kommune zur Verfügung sowie den Zugang zur Visualisierung und Steuerung der GLT- Anlagen.

Darüber hinaus verantwortet ASS die Bereitstellung und den Betrieb des technischen Netzwerkes (Anbindung aller Liegenschaften).

„Ursprünglich wollten wir das alles selbst in die Hand nehmen. Aber es zeigte sich schnell, dass die Mammutaufgabe Digitalisierung uns und unsere eigenen Server überfordert“ gesteht Aschaffenburgs oberster Energiemanager ein.

Inzwischen dürften rund 40 Liegenschaften (Bild 8) an ASS angeschlossen worden sein und jährlich sollen fünf bis zehn hinzukommen.

Inga bereitet die Daten für eine zentrale Gebäudeleittechnik auf, ProFM baut die alte analoge Infrastruktur zurück und die moderne und schnelle Internetverbindung mit Modems für den digitalen Datentransport, speziellen Routern, Sicherheitseinrichtungen usw. auf. Ludwig Hammer schließt die Inga-GLT mit Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik an das neue Aschaffenburger Netz an, macht die Daten zentral verfügbar, ASS betreibt im Auftrag der Stadt die Architektur und verwaltet die Digits.

Damit ist die Basis zu ihrer Visualisierung gelegt. Für erfahrene Energie- und Facility-Manager, die die Werte beobachten, reden sie so bereits, wie Horst Zacharias das Ziel der Datenerfassung nannte, um aus der Interpretation Eingriffe via Inga-GLT abzuleiten. Diese Vorgehensweise ist heute nach wie vor die verbreiteste.

Die Vision

Letztlich stellt sie aber ein Bruch in der Digitalisierungskette dar, da sie auf die persönliche Interpretation, Fachkenntnis und Erfahrung des Bedieners aufbaut. Die Synavision GmbH, der fünfte Partner im Projekt Aschaffenburg und eine Gründung von wissenschaftlichen Mitarbeitern der TU Braunschweig und der RWTH Aachen, bündelt und lagert Erfahrung in Prozessoren ein.

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Bild 9: Datenanalyse mit Synavision: Rot bedeutet Abweichung des Ist-Werts vom Sollwert
Bilder: Genath

Das Team aus Ingenieuren und Architekten entwickelte unter anderem für das Monitoring eine cloud-basierte Software.

Der „Digitale Prüfstand“ (Synavision) zur Planung, Inbetriebnahme und für das technische Monitoring ist laut Anbieter in der Lage, größte Datenmengen effizient zu analysieren: Er vergleicht sie mit den gespeicherten Planungsdaten und interpretiert aus den Abweichungen die Ursache (Bild 9).

Aschaffenburg setzt das Verfahren testweise in zwei Liegenschaften ein. Zugegeben, die daran anschließende Fehler- oder Störungsbeseitigung erfolgt im Moment immer noch händisch.

Doch ist die Vision die Vollautomation, eine Parallelität zum autonomen Fahren: Nach der Bewertung der Abweichung aus dem Soll-Ist-Vergleich korrigiert der Computer eigenständig via Inga-GLT zum Beispiel eine entscheidende Ventilstellung in einer Klimaanlage, den Bivalenzpunkt einer Kombination Kessel/Wärmepumpe, die Heizkurve oder ein Zeitprogramm.

Inga- und Synavision-Software sind miteinander kommunikationsfähig. „Es muss zukünftig niemand mehr vor dem Display mit der Klimaanlagenregelung sitzen“, skizzierte auf der Partner-Tagung Stefan Hindrichs, bei Synavision verantwortlich für Vertrieb und Marketing, die in Angriff genommene Zukunft.

Dass das autonome Management im Falle eines Signals oder Stellbefehls den Input und Output tatsächlich dem richtigen Aktor und Sensor von bisweilen einigen Tausend in einer Anlage zuordnet, gewährleistet der Anlagenkennzeichnungsschlüssel AKS. Die Stadt Aschaffenburg stellte mit ProFM eine Richtlinie für eine einheitliche Adressierung auf. Das Verfahren entspricht den Vorgaben der Empfehlungen des AMEV Arbeitskreis Maschinen und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen.

Fazit und Zusammenfassung

Das von ProFM aufgebaute und abgesicherte technische Netzwerk, das die energierelevanten Liegenschaften der Stadt Aschaffenburg verknotet, kann gemeinsam mit der eingesetzten Gebäudemanagementsoftware iBMS und der Energiecontrolling-Lösung EIQ als beispielhafte Infrastruktur für ähnliche Projekte dienen.

Zum Projekt zählte darüber hinaus die Entwicklung eines Betriebskonzepts für einen virtuellen „GMS-Container“, der sämtliche IT-Komponenten quasi standardisierend zu einem Block virtuell vereint, sowie die Erstellung eines übergreifenden Anlagenkennzeichnungsschlüssels (AKS) – angelehnt an die IT-Datenbankstrukturen und AMEV-Empfehlungen.

Mit der Installation der Analyse-Software von Synavision in zwei Gebäudekomplexen der Stadt sind darüber hinaus erste Schritte in eine autonome, durchgängig digitalisierte Gebäudeautomation eingeleitet.

Info → Inga; Aschaffenburg

Autor

Dipl.-Ing. Bernd Genath, freier Fachjournalist, Düsseldorf.

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