Ziel eines Energie-Monitorings ist es, einen Überblick über die Energiebereitstellung und Energienutzung einer Anlage, einer Produktionslinie oder einer Liegenschaft zu erhalten und deren Funktion, Effizienz und Nachhaltigkeit zu überprüfen. I. d. R. ist vielen Betreibern nicht bekannt, wo in ihren Liegenschaften welche Energie in welchem Umfang genutzt wird. Ohne eine Übersicht über die Energieströme einer Liegenschaft ist es unmöglich, die Effizienz der Energienutzung zu bewerten und zu verbessern. Erste Maßnahme bei der Planung eines Monitorings ist es daher, sich einen umfassenden Überblick über die Energieanlagen zu verschaffen. Dabei wird von sämtlichen Anlagen und Gebäuden die installierte Energieanlagentechnik erfasst und wenn möglich in Form vereinfachter Blockschaltbilder visualisiert. Dies erfordert i. d. R. die Einbindung der Haus- und Anlagentechniker einer Liegenschaft.
Abb. 3: Schema der thermischen Solaranlage eines Studentenwohnheims des Studentenwerks im Freiburger Stadtteil Vauban; die gestrichelte Linie kennzeichnet die Systemgrenze zwischen solarem und konventionellem Anlagenteil.
Analog hierzu lässt sich auch mit der Methode von Sankey ein Sankey-Diagramm des Energieflusses einer Anlage oder einer Liegenschaft erstellen. Hier werden die verschiedenen Energiearten mit Flusspfeilen dargestellt und es wird ihr Weg von der Bereitstellung bis zur Endnutzung verfolgt und visualisiert.
Abb. 4: Sankey-Diagramm zur Darstellung des Energieflusses am Beispiel Solarthermieanlage Vauban
Für das konzeptionelle Vorgehen empfiehlt sich ein Bilanzverfahren. Diese Methode kommt aus der Thermodynamik und dient dazu, mittels Bilanzräumen für ein bestimmtes System die zu- und abführenden Energieströme zu erfassen und nach der Methode "zugeführte Energie = abgeführte Energie" zu bilanzieren (Energieerhaltungssatz der Thermodynamik). Da Energie nicht verloren gehen kann, muss die Bilanz immer aufgehen! Es werden je untersuchtem System die Systemgrenzen definiert (s. a. Abb. 3) und die zu- und abführenden Energieströme eingetragen. Dabei kann es nach dem Zwiebelschalen-Prinzip zu einer Verschachtelung von Systemen oder im Sinne einer Verteilung zu parallelen und seriellen Strukturen kommen. Jedes System wird jedoch für sich bilanziert und bewertet.
Abb. 5: Bilanzverfahren am Beispiel einer Kompressionskältemaschine, mit QH = Wärmefluss und QElek = Elektrische Energie
Bei der Konzeption stellt sich dann als Nächstes die Frage: Welche Bereiche sollen vorrangig betrachtet werden, wo liegt eventuell ein Schwerpunkt beim Energie-Monitoring? I. d. R. sind zunächst Gesamtsystembetrachtungen von Interesse, also wie viel Energie wird von der Liegenschaft oder einem Gebäude insgesamt genutzt, aufgeteilt nach Energiearten, wie z. B. Strom, Wärme, Kälte und Gas. Ferner ist von Interesse, wie sich die Energieströme in die Produktions- oder Nutzungsbereiche aufteilen: Welches sind die Großverbraucher und welches eher die Kleinverbraucher.
Eine weitere Verfeinerung der Energieanalyse im Sinne der Energieaspekte des Energiemanagements wäre dann, nach sog. Low Hanging Fruits zu suchen. Damit ist gemeint, Bereiche auszuwählen, in denen sich mit relativ wenig technischem und finanziellem Aufwand am meisten Energie einsparen lässt.
Bei der weiteren Planung der Monitoring-Messtechnik gilt zunächst das Prinzip: So wenig Aufwand wie möglich und so viel wie nötig! Im Rahmen eines Energiemanagement-Prozesses kann es immer wieder dazu kommen, dass neue Bilanzbereiche dazu kommen oder neue Energieaspekte ausgewählt und untersucht werden sollen. Dann kann es sinnvoll sein, die Monitoring-Messtechnik entsprechend zu erweitern. Im Laufe eines langjährigen Monitorings entsteht so ein immer umfassenderes Monitoring-Messsystem.
Sind die Bereiche bzw. Systeme bestimmt, die für ein Energiemonitoring ausgewählt wurden, wird ein Messkonzept mit Messstellenplan erstellt. Damit ist gemeint, dass nun in den vereinfachten Anlagen-Blockschaltbildern (s. Abb. 3) die entsprechende Messtechnik so eingetragen wird, dass zu- und abführende Energieströme erfasst werden können und falls erforderlich zusätzlich Anlagendaten (Vor- und Rücklauftemperaturen, Ventilstellungen, Pumpenzustände, Raumtemperaturen etc.) für die Bewertung mit erfasst werden.
Abb. 6: Messtellenplan am Beispiel der Solaranlage Vauban Freiburg
Umfang Messtechnik: So wenig wie nötig!
Nur derjenige Bereich muss mit Messtechnik ausgestattet werden, der für das gewünschte Monitoring von Belang ist. Diese Abgrenzung der Messaufgabe wird durch den Kontrollraum veranschaulicht. Der Messstellenplan dokumentiert den Umfang der Messtechnik für das Monitoring.
Auf Basis dieses Messkonzeptes wird eine Liste der Messstellen für das Energiemonitoring erstellt. Sie enthält folgende Informationen:
- Art des Sensors (Temperatursensor, Wärmezähler, Ventilstellung),
- Art des vermessenen Mediums,
- Zuordnung zu einem Produktions- bzw. Nutzungsbereich,
- Lage im Gebäude bzw. in der Liegenschaft,
- Art der Messwert-Erf...