Energiemonitoring in Liegenschaften

Den einzigen Grund für die Messung der Energie in Gebäuden lieferte bisher der Energieversorger. Dieser liest den Zählerstand am Ende jeder Rechnungsperiode ab und verrechnet den Energiebezug den Verbrauchern direkt. In Mietobjekten kommt noch der Allgemeinstromanteil hinzu. Die Verwaltung legt diesen auf die einzelnen Mieter um und stellt es über die Nebenkosten in Rechnung.

Die bisherige Methode ist einfach, doch es besteht keine Transparenz wozu, wann, was, wieviel Energie benötigt. Wer weiss denn schon wieviel Energie bezogen und wieviel verschwendet wird? Und ob es sich überhaupt der Mühe Wert ist, Energie zu sparen? Die bisherige Stromrechnung sagt jedenfalls nichts darüber aus!

Der dramatische Klimawandel verändert die Anforderungen an die Energiemessung nun grundsätzlich. Hintergrund bilden zwei Fakten: Zum einen steigt national der Energiebezug in den Gebäuden aufgrund des Bevölkerungs- & Wohlstandwachstums sowie aufgrund der Elektrifizierung der Mobilität & Wärmeerzeugung.

Zum anderen kann aus viel diskutierten Gründen der Wechsel zur nachhaltigen Energie nicht nur mittels Grosskraftwerke stattfinden. Die Energie wird in Zukunft in sehr, sehr vielen "Kleinkraftwerken" vor Ort erzeugt. Notgedrungen werden Liegenschaften vom reinen Energiebezüger (Consumer) zum erneuerbaren Energieproduzenten (Prosumer) tranformiert und Immobilienbesitzer müssen klug investieren. Das kann individuell geschehen oder in Form von Zusammenschlüssen benachbarter Grundstücke (Arealnetze mit Gemeinschaftsanlagen).

Aufgrund der Mangellage bei nachhaltigen Grosskraftwerken strebt die Gesellschaft eine signifikante Senkung des Netzenergiebezugs (Endenergie) an. Umgesetzt wird dies durch zwei Massnahmen:

• Erstens wird der Endenergiebedarf mit vor Ort gewonnener erneuerbarer Energie substituiert. Es wird in Solar-, Biomasse- und Windanlagen investiert sowie Umweltwärme über elektrische Pumpen genutzt. Dies verändert die Energiemessung & Abrechnung in Liegenschaften grundlegend. Die Energieproduktionskosten müssen gerecht unter den Bezügern verteilt werden. Die gerechte Aufteilung der Kosten erfolgt verbrauchsabhängig.

• Zweitens wird der Endenergiebedarf gesenkt. Die beiden Optionen sind Suffizienz (Verzicht) und Effizienz. Bei der Energieeffizienz geht darum, Verschwendung zu eliminieren und den Wirkungsgrad von Gebäude, Anlagen und Geräten zu verbessern. Effizienz wird durch Energiemanagement verbessert. Die Basis im Management bilden reale Informationen über Verbraucherbedarf und Energieherkunft im Gebäude. Ohne dieses Wissen werden Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge nicht richtig erkannt und sinnvolle Massnahmen bleiben entweder ganz aus oder erzielen nicht die optimale Wirkung.

Sind hingegen Energiebedarf, Energiefluss und Einflussfaktoren transparent, kann das Technische Gebäudemanagement erfolgreich energetische Betriebsoptimierungen durchführen. Auch das Verhalten der Nutzer im Gebäude wird durch Informationen positiv beeinflusst. Die meisten Menschen sind heute motiviert sich zu ökologisch zu engagieren, wenn er/sie die Ursache-Wirkung verstehen und einfach beeinflussen können. Spannend sind die Energiekosten, Beeinträchtigung der Umwelt und welche Verhaltensänderungen was bringen.

Auch der Staat fördert sehr aktiv die Verbesserung der Effizienz mittels Gesetze, Vorschriften und Anreize. Hersteller von Anlagen, Geräten und Betriebsmitteln müssen Effizienzrichtwerte deklarieren und erfüllen.

Liegenschaften werden vermehrt nach Effizienzklasse A bis G beurteilt, indem der Betrieb gemessen wird (und nicht wie bisher nur die Bauplanung & Ausführung). Erneuerungsinvestitionen in nachhaltige Anlagen werden zudem finanziell gefördert und sind dadurch noch wettbewerbsfähiger.

Es besteht also keinen Zweifel: Ohne ein gutes Energiemonitoring können die Aufgaben aufgrund des Klimawandels sowie die Prozesse im Kaufmännischen wie im Technischen Gebäudemanagement (KGM, TGM) nicht effektiv gestemmt werden.

Energiemonitoring & Gebäudemanagement-Prozesse werden dank der neuen Informations- & Kommunikations-Technologien (IKT) radikal verändert.

• Messgeräte werden nicht mehr jährlich und manuell abgelesen, sondern ein SmartMeter misst automatisch und mit hoher Periodizität viele Energiewerte.

• Die Messwerte schickt der SmartMeter über das Internet an einen spezifischen Dienst in einem Rechenzentrum, was als Cloud bezeichnet wird.

• In der Cloud werden die Messwerte sofort verarbeitet und wieder über das Internet den Kunden zugänglich gemacht. Das erfolgt so blitzschnell, so dass es quasi als Echtzeit empfunden wird (minimale Latenzzeit).

• Die Energiewerte werden in einer App anwenderfreundlich visualisiert. Die App kann auf allen privaten mobilen Engeräten wie Smartphones, Tablets, Notebooks oder MacBooks installiert werden.

• Geschützt werden die Daten wärend der Übertragung durch Verschlüsselung und in der App via Benutzerkonten mit Passwortabfrage (Authentication). In der Cloud bzw. im Rechenzentren werden die Messdaten redundant gespeichert (Sicherheitskopie) und sind besser vor Cyberattacken geschützt, als auf privat gemanagten Servern.

Software in der Cloud ist fundamental anders, als PC-basierte Software. Weil die Anwendung im Rechnungszentrum als Dienst läuft (Hosting), muss der Kunde die Computerleistung für die Software nicht mehr selbst kaufen und unterhalten, sondern er mietet sie pfannenfertig. Benötigt der Kunde mehr oder weniger Prozessorleistung & Datenspeicher, kann er diese jederzeit hinzumieten oder kündigen. Deshalb spricht man von einer skalierbaren Lösung. Die laufende Wartung & Verbesserung der Cloudsoftware verursacht bei Kunden weder administrativen noch Schulungswand. Das ganze Paket mit Clouddiensten + Rechner-/Speicherleistung + mobiler App wird als Software as a Service (SaaS) gemietet.

Um die Herausforderungen "erneuerbare Energie" und "Energieeffizienz" effizient zu meistern, benötigt das Facility Management ein Energiemonitoring mit SmartMeter. Die Messwerte müssen nach der Erfassung an jene Schaltstellen im Betrieb gelangen, wo sie auch benötigt werden, und zwar in der Form, wie sie der betroffende Anwender bzw. die betroffene Anwendung richtig verstehen und nutzen kann.

In jedem Unternehmen gibt es viele Mitarbeiter mit unterschiedlichem Bildungsstand und Vorkenntnissen. Deshalb ist es wichtig, die Messdaten für den jeweiligen Prozess in geeigneter Form aufzubereiten und zu visualisieren.

Das Energiemonitoring dient konkret den folgenden Geschäftsprozessen:

• Abrechnung der Energieproduktion vor Ort

• Energiebilanzierung für das Effizienz- & Emissionsmanagement

• Konsolidierung der Energiebilanz auf Ebene Portfolio, Areale, Facilities

• Förderung des energieeffizienten Verhaltens der Mitarbeiter & Bezüger

• Betriebsüberwachung der Produktionsanlagen, Speicher und Gebäudetechnik

• Effizienzmonitoring (Wirkungsgrad, Trends, Einflussfaktoren) von Verteilnetzen, Anlagenkomponenten und kompletten Energiesystemen

• Energiecontrolling & Emissionsmanagement mit Initiativen, Absenkpfad und Reporting

Das Energiemonitoring & Management erfordert eine geeignete SaaS-Lösung, welche die bestehenden Geschäftsprozesse der Verwaltung ergänzt. Die Lösung integriert idealerweise alle SmartMeter in den Liegenschaften inkl. der Geräte der Energieversorger, der Solaranlage, der Heiz- & Warmwassererzeugung, Universalmessgeräte (UMG) oder IoT-Messgeräte usw. Es liegt deshalb nahe, eine Hardware-unabhängiges SaaS-Produkt zu wählen mit Hersteller-neutralem Support.

Das SaaS-Produkt wird zur Energiedatenplattform im Facility Management. Die Anforderungen an die Plattform sind folgende:

• Zuverlässige Datenübermittlung übers Internet. Ein hoher Quality of Service (QoS) sichert vollständige Datenreihen für Analysen und minimiert den Aufwand für die Plausibilisierung bei Datenfehlern.

• Datenarchivierung muss gesichert und jederzeit wiederherstellbar sein. Die Daten werden mit einer Auflösung und Langfristigkeit archiviert, wie es zweckmässig ist.

• Echtzeit-Datenverarbeitung für einzelne SmartMeter und Aggregate (z.B. für Facilities, Areale, Portfolios, Prozesse). Werden Messdaten unmittelbar angezeigt und interpretiert, können Ursachen & Einflussfaktoren untersucht werden, die dann vor Ort ersichtlich sind.

• Plattform-Schnittstellen (API) sind notwendig, wenn Messwerte & Aggregate in bestehende Geschäftsprozesse integriert werden, z.B. ins Inkassosystem.

• Softwareupdates erhöhen die Sicherheit, steigern die Performance und Modernisieren die Anwendung mit neuen Features. Der Clouddienst muss Updates regelmässig und unterbrechungsfrei durchführen, ohne den Datenfluss & Kundenservice zu beeinträchtigen.

In Liegenschaften gibt es mehrere Effizienzpotenziale, die im Energiemonitoring untersucht werden. Beim Strom wird elektrische Arbeit angeschaut, also die Anzahl kWh, welche die Verbraucher beziehen: beispielsweise die Wärmepumpe, Lüftungsanlage, Ladestationen oder die Bezüger der Nutzeinheiten. Interessant sind dabei auch die Betriebszeiten der Anlagen, der jeweils bezogene Strommix (Anteil Netz-/PV-/Batteriestrom, Hoch-/Niedertarif, Graustrom/Primärenergie) sowie die Grundlast, also der Verbrauch, wenn die Anlagen eigentlich gar nicht laufen. Letztere gibt Hinweise auf ungewollte Dauerverbraucher und Leckagen.

Zudem wird die elektrische Leistung untersucht. Zum einen dürfen einzelne Leitungsstränge nicht überlastet werden, wenn zu viele Geräte gleichzeitig laufen, z.B. bei den KFZ-Ladestationen. Zum anderen sollten Areale, Liegenschaften oder Zusammenschlüsse zum Eigenverbrauch (ZEV bzw. Mieterstrom) mit eine Stromverbrauch von jährlich > 100'000 kWh ihre Lastspitzen kontrollieren. Grund dafür sind die Netzanschlusskosten. Die in einer Rechnungsperiode höchste Lastspitze bestimmt den Leistungspreis. Also lohnt es sich, mit einem intelligenten Lastmanagement diese Spitzen zu brechen (sog. Peak-Shelving), um die Anschlusskosten zu minimieren.

Bevor Erneuerungsinvestitionen in Heizsysteme getätigt werden, wäre es sinnvoll, zuerst den bestehenden Wärme-Energiefluss im Gebäude zu optimieren. Grundsätzlich gilt: Je tiefer die benötigte Vorlauftemperatur der Heizkörper für die Erhaltung einer komfortablen Raumtemperatur ist, desto weniger Heizenergie wird benötigt. Tiefere Temperaturen weisen zudem geringere Transportverluste auf und können effektiver Umwelt- oder Abwärme aufnehmen.

Das Wärme-Energiemonitoring liefert Gewissheit bei der Planung zukünftiger Wärmepumpen, Heizverteiler und Gebäudehülle. Das Energiemonitoring misst den Wirkungsgrad bzw. die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe sowie deren Energieverbrauch. Die Werte zeigen an, ob das Wärmesystem im grünen Bereich operiert oder ob es Schwachstellen in Gebäudehülle, Gebäudetechnik oder beim Nutzerverhalten auszuloten gibt. Nach Bedarf können auch zusätzliche Messungen im Gebäude (z.B. Raumklima) und externe Daten (z.B. Wetter, Raumbelegung, Nutzermeldungen) im Energiemonitoring berücksichtigt werden.

Der Energieverbrauch hängt einerseits von der Gebäudehülle & Technik an und andererseits von der Nutzung und Umgebungseinflüssen. Diese komplexen Zusammenhänge werden nur sichtbar, wenn sämtliche Daten im Energiemonitoring erfasst sind.

Um die Energieeffizienz zwischen Gebäuden, Büro- und Wohneinheiten zu vergleichen, werden die Energiemessdaten von sogenannten Einflussfaktoren bereinigt. Das bedeutet der Energieverbrauch wird z.B. pro m2 Energiebezugsfläche oder pro Anzahl Personen umgerechnet. Oder der Heizenergiebedarf für eine konstante Raumtemperatur von z.B. 23°C wird von unterschiedlichen Wetterschwankungen bzw. den Heizgradtagen bereinigt.

Einflussfaktoren verändern sich im Zeitverlauf entweder dynamisch oder statisch. Dynamische Änderungen sind fortlaufend und müssen mit Fühlern oder Sensoren gemessen werden (z.B. Raumklima, Besucherzähler, Bewegungsmelder). Hingegen erfolgen statische Änderungen nur selten und werden manuell erfasst: z.B. ändert sich die Energiebezugsfläche der klimatisierten Räume erst nach einem Umbau.

Das Energiemonitoring wird zudem ergänzt durch externe Datenquellen wie z.B. lokale Wetterstationsdaten, Daten des Energieversorgers (Strommix), Umwandlungsfaktoren zur Schätzung der Primärenergie oder CO2-Emissionen, Vergleichsdaten zur Bestimmung der Gebäude-Effizienzklasse und interne Betriebsdaten z.B. aus dem ERP System.

Man kann es über- oder untertreiben. Das Energiemonitoring muss technisch realisierbar, praktisch und wirtschaftlich sinnvoll sein. Wärmeflüsse sind sehr komplex, weil Gebäudehülle & Technik, Luft, Wetter, Kleidung, Aktivitäten und subjektives Empfinden in einer komplexen Symbiose stehen. Hingegen ist Elektrizität sehr einfach mess- und kontrollierbar, inklusive der Strombedarf für die Wärmeerzeugung.

Die bestehende Messinfrastruktur der Energieversorger, Gebäudeanlagen und Prozesstechnik (Steuerungen, Leitstände) ist in jedem Fall zu nutzen, da diese keinen grossen Installationsaufwand mehr verursachen. Die vom Netzbetreiber installierten SmartMeter, auch intelligente Messsystem (iMS) genannt, aber auch proprietäre Messgeräte bieten immer häufiger Schnittstellen mit Web-Anbindungen an, die relativ einfach genutzt werden können. Diese können mit einer herstellerunabhängige Energiedatenplattform wie ROOCKiE integriert werden.

Messgeräte zu Abrechnungszwecken müssen vom Eidgenössische Institut für Metrologie (METAS) geeicht und zugelassen sein. Für Elektrizität in Haushalten muss das Messgerät der Genauigkeitsklasse A entsprechen und in Gewerbebetrieben der Klasse B.

Messgeräte für das Energiemonitoring zum Zweck der Betriebsoptimierung, Lastmanagement oder Klimabilanzierung werden im Fachhandel beschafft. Die Wahl geeigneter Messgeräte sowie die sichere Montage erfordert meist geschulte Installateure. In vielen Fällen wird die Montage von der Behörde (z.B. ElCom) aus Sicherheitsgründen geprüft.

Auch SmartHome-Sensoren & Schalter vom Discounter können im Energiemonitoring genutzt und selbst installiert werden. Der Initialaufwand ist damit sehr gering. Die Herausforderung sind vor allem proprietäre Kommunikationstechniken, kurze Produktlebenszyklen sowie der Aufwand für den zuverlässigen Betrieb & Unterhalt (z.B. Batteriewechsel, Übertragungstörungen, fehlender Support).

Festlegung und Anzahl der Energiemessungen hängen einerseits von der Bilanzierungsgrenze ab: Messe ich das ganze Immobilienportfolio, ein Areal, Gebäude oder eine Nutzeinheiten, oder die zentrale Energieversorgung? Die zweite Dimension betrifft die Energieträger, also Elektrizität, Wasser, Wärme, Biomasse, fossile Brennstoffe usw.

Messstellen werden am einfachsten über eine Top-Down-Betrachtung identifiziert: der Energiefluss wird von der Quelle bis zur letzten Verwendung untersucht. Ist die Energieverteilung auf die einzelnen Verbraucher unbekannt, so beginnt man mit der Messung der Energiequelle bzw. der Haupteinspeisung. In einem zweiten Schritt werden die Grossverbraucher identifiziert und gemessen (z.B. Wärmepumpe, Ladestationen, Lüftungsanlage). Anschliessend können zusätzliche Messstellen für spezifische Verbraucher sinnvoll sein (z.B. Quartierbeleuchtung, Kühlsysteme, Anlagen gewerblicher Mieter).

Wurden in der Liegenschaft Nutzeinheiten vermietet oder wird Energie an Dritte durchgeleitet, muss deren Bezug separat gemessen werden. Der Allgemeinstrom der Liegenschaft wird ebenfalls ermittelt und auf die Bezüger umgelegt. Das erfolgte traditionell anteilsmässig (z.B. nach Wohnfläche), sollte aber mit Blick auf klimafreundliches Verhalten verbrauchsabhängig erfolgen.

Die Verantwortung für die Abrechnungszähler der Energieversorgung liegt beim regionalen Netzbetreiber. Er misst den Netzanschluss des Gebäude bzw. Areals. Ferner misst er den Strombezug in jedem Mietobjekt einer Liegenschaft, da Mieter Ihr Stromprodukt per Gesetz selbst wählen dürfen. Im Privatbereich des Grundstücks und in einem ZEV ist der Grundeigentümer für die Abrechnungszähler verantwortlich.

Zähler für das Last- & Energiemanagement muss eine geschulte Fachkraft wählen, welche Gebäudenetze und Technik kennt, die Anwendung versteht und im Interessen des Auftragsgebers (z.B. dem Facility Management) Entscheide treffen kann. Diese Fachperson plant Energiefluss-Prinzipschema und Messstellenplan, konfiguriert das Energiemanagement System und analysiert energetische Zusammenhänge und Potenziale.

Auf Energiedaten in Mietliegenschaften dürfen nur berechtigte und autorisierte zugreifen, damit Persönlichkeitsrechte gewärleistet und Verträge eingehalten werden. Für Forschungszwecke dürfen Messungen auch in gewissen Fällen anonymisiert genutzt werden. Sowohl Immobilienverwaltung, Facility Manager, Verbraucher & Mieter, Energiebeauftragte, PV-Produzenten, Netzbetreiber und Anlagenlieferanten haben spezifische Verantwortungsbereiche und Perspektiven auf die Daten.

Minergie

Der Gebäudestandard Minergie schreibt ein Energiemonitoring ab einer Energiebezugsfläche von 2000 m2 vor. Gemessen werden

• Elektrizität für Endverbraucher

• Wärmeerzeugung für Raumheizung

• Wärmeerzeugung für Warmwasser

• Kühlung/Klimatisierung

• Erneuerbare Energieproduktion (PV, Solarthermie) inkl. Speicher & Wärme-Kraft-Kopplungen

Der Zweck des Energiemonitorings ist die Analyse des Performance Gap, das ist die Differenz zwischen Schätzwerten aus der Gebäudeplanung und den realen Messwerten aus dem Energiemonitoring. Mittels einer Betriebsoptimierung wird der Gap nach Möglichkeit reduziert.

EN ISO 50001/50005

Der Aufbau eines Energieeffizienz-Management Systems nach EN ISO 50001/50005 verlangt eine systematische Erfassung der Energieverbräuche. Unternehmen & Gemeinden managen über das Energiemonitoring & Controlling ihre Energieziele bzw. ihren Netto Null-Absenkpfad langfristig. Der Energiezahlennachweis erlaubt es ihnen zu verstehen und nachzuweisen, dass sie auf Kurs sind.  Das systematische Energiemanagement identifiziert Grossverbraucher, visualisiert Änderungen, Ausreisser, Leckagen und Betriebsausfälle, erlaubt Vergleiche und erkennt Trends. Kontinuierliche Verbesserung ist ein gelebter Prozesse und schafft interne Kompetenz, Planungsgrundlagen für Erneuerungen und einen äusserst optimierten Betrieb.