8.3.1 Grundlagen Messkonzepte

Für die Optimierung und den Betrieb von gebäudetechnischen Anlagen (und der Gebäude selbst) muss bekannt sein, wie die Anlagen «laufen». Es braucht Messdaten und damit ein Messkonzept, um planmässig und effizient Energieverbrauchsdaten und weitere energierelevante Messwerte erheben zu können. Für ein Energiecontrolling und für jedes Energiemanagementsystem im Sinne ISO 50001 ist dies unabdingbar. Ebenso werden Messdaten für die Verrechnung resp. Zuordnung der Energiekosten benötigt.

Es kann auch hier auf die alte Weisheit aus der Betriebswirtschaftslehre hingewiesen werden: If you can’t measure it, you can’t manage it.

Was ist ein Messkonzept?

Für eine Energiebuchhaltung, den sicheren Gebäudebetrieb, für energetische Betriebsoptimierung sowie für die Zuordnung und die Verrechnung der Energiekosten und für weitere Ziele des Facility- und Energiemanagements sind korrekte Messdaten erforderlich. Ein Messkonzept soll aufzeigen, wie diese Daten des Energie- und Medienverbrauchs erhoben werden können. Es ist eine wesentliche Voraussetzung für eine korrekte geplante und sinnvolle Messdatenerfassung.

Ein Messkonzept zeigt damit primär auf, welche Grössen sinnvollerweise gemessen werden müssen. Wo müssen welche Messgeräte (und gegebenfalls Sensoren) installiert werden? Damit einher geht die Definition der Struktur der Energie- und Medienverteilung, um die notwendigen Messungen möglich zu machen. Ebenfalls zum Messkonzept gehört die Klärung, mit welchen Technologien die Messdaten ausgelesen und übertragen werden, wie entsprechende Bussysteme konzipiert sind und wie die Daten dann abgespeichert und verarbeitet werden. Hierzu gehört auch die Definition allfällig notwendiger Software. Und nicht zuletzt muss festgelegt werden, durch wen und wie die aufbereiteten Messdaten interpretiert werden und was die Massnahmen sind, die daraus folgen können.

Messkonzepte können für Neubauten und für bestehende Bauten erarbeitet werden. Sie können sich auf Gebäude beziehen oder auch auf ganze Betriebe inklusive Energieflüsse, resp. Messungen für Produktionsprozesse etc.Das Messkonzept kann auch mögliche temporäre oder später nachrüstbare Messungen aufzeigen.

8.3.2 Umsetzung Messkonzepte

Zielsetzung

Wie immer steht auch hier zu Beginn eine klare Zielsetzung. Die wichtigsten Ziele eines Messkonzeptes sind in der Regel:

Verbrauchsabhängige Energieverrechnung

  • Energiebuchhaltung und Energiecontrolling
  • Energetische Betriebsoptimierung (eBO)

Für diese Ziele muss der Energieverbrauch (inkl. Wasser und weiteren Medien) bekannt sein, wobei der Detaillierungsgrad resp. die Aufteilung unterschiedlich sein kann. Als Grundlage für ein Messkonzept muss bekannt sein:

  • Wem muss oder soll welche Energie separat und verbrauchsabhängig verrechnet werden?
  • Welche Messungen resp. Daten sind für die Energiebuchhaltung und für die energetische Betriebsoptimierung erforderlich?

Daneben kann ein Messkonzept weitere Ziele beinhalten wie:

  • Überprüfung von Garantiewerten bei der Abnahme technischer Anlagen, Geräte ermöglichen
  • Grundlagen, Daten liefern für die Erneuerung von technischen Anlagen (z. B. Ersatz Wärmeerzeuger)
  • Grundlagen, Daten liefern für ein «Demand Side Management», das heisst die dynamische Anpassung von Energieangebot und -verbrauch
  • Daten für die Sicherstellung der unterbrechungslosen Energieversorgung liefern
  • Daten für den Energieeinkauf (z. B. nach Lastprofil) bereitstellen

Auch hier ist ein Lastenheft seitens Gebäudeeigentümer resp. der Leitungsebene der Organisation vorteilhaft. Der Fachplaner kann darauf basierend ein Messkonzept im Sinne eines Pflichtenheftes erarbeiten. Daneben kann ein Messkonzept weitere Ziele beinhalten:

Definition der Messgrössen

Zu Beginn, nach der generellen Zielsetzung, müssen die zu messenden Grössen bestimmt werden. Es wird definiert, welche Messungen erforderlich sind, wie die Ablesehäufigkeit sein soll und wie die Genauigkeit der Messungen sein muss.

Gesetzlich vorgeschriebene Messungen:
Für die verbrauchsabhängige Heizkostenabrechnung (VHKA) sind je nach Kanton und Anzahl Mietern, Gebäudealter und Energiestandard Messungen erforderlich. Ebenso muss der Strombezug für jeden Mieter separat gemessen werden, was bis heute meist durch das Elektrizitätsversorgungsunternehmen erfolgt. Vorgeschrieben sein können auch Messungen bei Eigenstromerzeugungsanlagen, z. B. bei Fotovoltaikanlagen. Für Messungen, welche der Energieverrechnung an Dritte dienen, ist die Genauigkeit vorgeschrieben (Messgeräte mit Zulassung und Eichpflicht).

Messungen für interne Energiebuchhaltung und die Betriebsoptimierung:
Diese Messungen sind nicht gesetzlich vorgeschrieben oder reglementiert und sie werden auch als Privatmessungen bezeichnet. Sie dienen der Überwachung der gebäudetechnischen Anlagen sowie zur Generierung von Kennzahlen und Statistiken. Es können auch Fehlfunktionen von Anlagen festgestellt werden. Ebenso können mit Privatmessungen Garantiewerte nachgewiesen werden oder Grundlagen für die Erneuerung von Anlagen gewonnen werden. Einzelne Messungen können auch nur temporär durchgeführt werden. Dies zum Beispiel, um die maximal erforderliche Leistung einer Wärme- oder Kälteerzeugeranlage zu messen, bevor sie ersetzt werden muss. Oder um eine Lüftungsanlage nach Inbetriebnahme hydraulisch korrekt abzugleichen. Die Genauigkeit solcher internen oder Privatmessungen ist meist sekundär, geeichte und teure Messgeräte sind nicht erforderlich.

Messungen für Kostenzuordnung:
Innerbetrieblich kann es empfehlenswert sein, die Energiekosten den Kostenstellen, Organisationseinheiten oder Produkten zuzuordnen. Auch in diesem Fall sind Privatmessungen ausreichend.

Messkonzept als Bestandteil der Gebäudetechnikplanung

Nach der Definition der erforderlichen Messungen muss innerhalb des Planerteams für die Gebäudetechnik ein Messkonzept erarbeitet werden. Das Messkonzept betrifft die Sparten Heizung, Kälte, Lüftung, Elektro und Sanitär.

Das Messkonzept sollte parallel zur Vorprojektplanung erstellt werden. Die Verläufe der Leitungen und Verteilschemata der einzelnen Medien haben einen wesentlichen Einfluss auf die Messbarkeit. Deswegen muss die Medienverteilung auf die Bedürfnisse der Messungen Rücksicht nehmen. Dies gilt insbesondere, wo nach Verbraucher gemessen werden soll. Daher muss das Messkonzept bei Neuanlagen in einer möglichst frühen Planungsphase definiert werden.

Die erforderlichen Messungen erfordern Investitionen, welche in der Kostenschätzung und im Kostenvoranschlag enthalten sein müssen. Um das Messkonzept gewerkeübergreifend zu koordinieren, muss eine verantwortliche Person im Planungsteam bestimmt werden. Bei bestehenden Bauten kann diese Aufgabe einer Person des technischen Dienstes zugeordnet werden.

Messkonzept und Kommunikationstechnik, Gebäudeautomation

Heute werden die meisten Messgeräte und Sensoren zur Datenübertragung resp. Kommunikation an ein Bussystem (einen Feldbus) angeschlossen. Ein Bussystem (Bus = Binary Unit System) ist ein Kommunikationssystem zwischen Teilnehmern, welches den Datenaustausch über definierte Leitungsarten ermöglicht – seltener über drahtlose Verbindungen, Steckverbindungen, Protokolle («Sprache» resp. Kommunikationsregeln) und weitere Funktionalitäten wie Adressierungen, Fehlererkennung und Korrektur. Im Messkonzept muss dieses Bussystem und sein Aufbau definiert werden.

Der Typ des Bussystems muss festgelegt werden. Nur so können die richtigen Messgeräte und Sensoren mit der passenden Busanbindung beschafft und installiert werden. Oft ist dies ein M-Bus oder ein Mod-Bus, mit welchem eine Daten- und Kommunikationsverbindung zu den Messgeräten geschaffen wird. Diese Bussysteme brauchen nur einfache Kupferdrähte zur Verbindung. Sie haben zwar nur eine begrenzte Datenübertragungsrate, was aber für Messzwecke meist ausreicht. Daneben gibt es viele proprietäre (firmenspezifische) Bussysteme oder Bussysteme für spezielle Anwendungen wie Beleuchtung. Meist werden die Messbussysteme dann auf einen anderen Bus, typischerweise auf BACnet, übertragen, wozu ein Gateway erforderlich ist. BACnet (Building Automation and Control Networks) stellt ein Kommunikationsprotokoll dar und kann als Standard in der Gebäudeautomation bezeichnet werden. BACnet lässt auch grosse Datenübertragungsraten zu. Je nachdem können Messgeräte und weitere Komponenten auch direkt an BACnet angeschlossen werden. Mit BACnet kann über Ethernet-Leitungen oder über Internet (IP) die Datenverbindung zu einem zentralen Messdatenserver geschaffen werden. Dort werden alle Mess- und Sensordaten gespeichert. Mit einer Energiemanagementsoftware können diese dann ausgewertet und für die Anwender in eine nutz- und lesbare Form gebracht werden. Die Anwender oder Nutzer der Daten können dann wieder über Internet auf diese Informationen zugreifen resp. erhalten Meldungen und Alarme übermittelt, je nach Berechtigung und Rolle.

Neben dem Bussystem müssen die Topologie und der Systemaufbau geplant werden. Die Topologie bedeutet, wie die einzelnen Messgeräte und Sensoren («Teilnehmer») schematisch miteinander verbunden sind. Die einzelnen Topologien sind:

Linientopologie:
Alle Teilnehmer sind in Reihe geschaltet, die Informationen durchlaufen alle Teilnehmer. Dies ist die einfachste Topologie, es braucht keine Netzwerkkomponenten. Fällt aber eine Verbindung oder ein Teilnehmer aus, ist das ganze System betroffen. Diese Topologie ist selten und höchstens für kleine Anwendungen zu empfehlen.

Bustopologie:
Ähnlicher Aufbau wie die Linientopologie, aber die Datenverbindung verläuft unabhängig neben und nicht «durch» die Teilnehmer. Die Teilnehmer sind in Reihe an die Busverbindung angehängt. Die Teilnehmer können adressiert werden und erhalten dann die für sie relevanten Informationen. Es können auch Informationen an alle Teilnehmer gesendet werden. Umgekehrt können die einzelnen Teilnehmer adresseierte Informationen absenden. Vorteil ist der einfache Systemaufbau, der umgekehrt aber recht starr ist. Weiterer Nachteil ist, dass beim Unterbruch der Leitung das ganze System betroffen ist.

Baumtopologie:
Hier werden die Teilnehmer ab einem hierarchisch höchsten Punkt wurzel- oder baumförmig verbunden, mit einer sich verzweigenden Struktur. Diese Struktur ist einfach und flexibel erweiterbar mit neuen Haupt- oder Unterzweigen. Die einzelnen Zweige funktionieren wie bei der Bustopologie. Beim Unterbruch einer Leitung funktionieren die nicht betroffenen Zweige weiter. Für die Verzweigungen sind meist aktive Netzwerkkomponenten (z. B. Switch) erforderlich.

Ringtopologie:
Die Teilnehmer werden ringförmig miteinander verbunden. Damit kann bei einem Leiterunterbruch die Datenübertragung weiter funktionieren. Die Einbindung der Teilnehmer kann dabei nach dem Linien- oder Busprinzip erfolgen. Es können weitere Teilnehmer eingebunden werden. Es sind keine aktiven Netzwerkkomponenten erforderlich. Diese Topologie kann nur gewählt werden, wenn das entsprechende Bussystem dies unterstützt. Je nach Grösse des Rings kann die Datenübertragung länger dauern oder es sind nur eingeschränkte Datenübertragungsraten möglich.

Sterntopologie:
Die Sterntopologie kann als eine Sonderform der Baumtopologie, aber nur mit Hauptzweigen, ab einem zentralen Punkt verstanden werden. Es gelten entsprechend die analogen Bedingungen, aber es sind keine aktiven Netzwerkkomponenten erforderlich. Es sind meist mehr resp. längere Leitungen erforderlich.

Vermaschte Topologie:
Teilnehmer können auf eine beliebige Art und Weise verbunden werden. Jeder Teilnehmer muss mindestens eine Anbindung haben. Diese Topologie kann nur gewählt werden, wenn das entsprechende Bussystem dies unterstützt. Dann aber ist sie die flexibelste Struktur und bietet die meisten Möglichkeiten. Die Leistungslängen können minimiert werden. Bei Anbindung jedes Teilnehmers von zwei Seiten kann die Übertragungssicherheit erhöht werden. Es sind aber viele aktive Netzwerkkomponenten erforderlich. Der Betrieb und die Wartung solcher Systeme können anspruchsvoller sein, je nach Bussystem.

Vollvermaschte Topologie:
Hier ist jeder Teilnehmer mit jedem verbunden. Damit sind keine aktiven Netzwerkkomponenten mehr erforderlich, da diese Aufgabe durch die Teilnehmer selbst erfolgen kann. Die Ausfallsicherheit und die Datenübertragungskapazität wie auch die Geschwindigkeit sind am höchsten. Umgekehrt ist das System recht aufwendig, gerade auch bei Erweiterungen, und grosse Systeme mit vielen Teilnehmern sind kaum mehr machbar. Deswegen kommt dieses System für Messanwendungen kaum je zur Anwendung.

Die Wahl der Typologie muss im Konzept erfolgen, in Übereinstimmung mit der Wahl des Bussystems. Oft ist eine vermaschte Topologie zu empfehlen, da diese die grössten Freiheiten in der Gesaltung der Topologie und in der Leitungsführung bietet.

Auch das Gebäudeautomationssystem kann je nachdem zur Messdatenerfassung genutzt werden. Die Erfahrung zeigt, dass es oft einfacher ist, ein separates Messdatensystem aufzubauen.

Gesetzliche Grundlagen

In den Kantonen ist die Pflicht zur verbrauchsabhängigen Heizkostenabrechnung (VHKA) unterschiedlich geregelt. Diese sind in den Mustervorschriften der Kantone zum Energiebereich (MuKEn) geregelt. Seit der Umsetzung von MuKEn 2008 in allen Kantonen gilt die Regel, dass in Neubauten ab fünf Bezügern die Heizkosten separat und verbrauchsabhängig verrechnet werden müssen. Die Messgeräte resp. Messsysteme brauchen eine Zulassung. In wenigen Kantonen muss auch in bestehenden Gebäuden die VHKA nachgerüstet werden. Nun wurde oder wird die MuKEn 2014 umgesetzt. Diese entspricht betreffend VHKA weitgehend der MuKEn 2008. Leider ist die Umsetzung aber kantonal und in den Details unterschiedlich, sodass in jedem Kanton die genauen Regelungen nachfragt werden müssen.

Falls Energie (in irgendeiner Form) an andere Organisationen verkauft werden soll (z.B. an Mieter), so ist eine Messung mit geeichten und zugelassenen Messgeräten erforderlich. Dies wird bei einer Liberalisierung des Strom- und Gasmarkts vermehrt vorkommen. Auch bei Zusammenschlüssen zum Eigenverbrauch für selbst erzeugte regenerative Energie (ZEV) gelten Anforderungen an die Messungen. Desgleichen verlangen die Elektrizitätsversorgungsunternehmungen bestimmte Messungen, wenn selbst erzeugter Strom ins Netz zurück gespiesen werden soll.

In der Schweiz ist das Eidgenössische Institut für Metrologie (METAS) für die Umsetzung der Bundesgesetze betreffend Messwesen zuständig; es überwacht die zugelassenen Eichstellen.

8.3.3 Werkzeuge

Um ein Messkonzept zu erstellen, sind folgende Werkzeuge erforderlich und es müssen folgende Vorgaben und Konzepte berücksichtigt werden:

  • Kenntnis der gesetzlichen Grundlagen
  • Kenntnis über Messtechnik
  • Klarheit über die Ziele des Energiekonzeptes
  • Anzahl der Mieter resp. Nutzer eines Gebäudes resp. einer Anlage
  • Kostenstellenstruktur der Finanzbuchhaltung der Nutzerorganisation resp. des Betriebs
  • Kostenstellen der Liegenschaftsbuchhaltung
  • Gebäudetechnikkonzept
  • Eigenstromerzeugung ja oder nein
  • Betriebskonzept der Anlage
  • Konzept der Gebäudeautomation
  • Konzept der Kommunikations- und BUS-Systeme
  • Konzept der Messdatenerfassung und -speicherung
  • Vorhandensein einer Energiemanagementsoftware
  • Anforderungen an die Messgenauigkeit und die Ableseverfahren
  • Struktur der Energiekennzahlen gemäss SIA 380/1 und SIA 380/4

8.3.4 Darstellung des Messkonzeptes

Das Messkonzept wird als schematische, möglichst einfache grafische Darstellung erfasst. Das Schema zeigt die Struktur der Energie- resp. Medienverteilung, die Verbraucher resp. Verbrauchergruppen und die Messstellen (Beispiel siehe Abb. 35).

Abb. 35: Messkonzept Hallenbad, das mit Abwärme von einer benachbarten Trafostation versorgt wird.

In der Abb. 35 ist das Messkonzept eines Hallenbads wiedergegeben. Mit diesen Messungen könnte eine energetische Betriebsoptimierung erfolgen und die Stromkosten könnten der Cafeteria verrechnet werden. Mit den vorhandenen Wärmezählern können die Leistungszahl und die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe ermittelt werden. Dasselbe gilt für die Kältemaschine. Jedoch kann die Genauigkeit resp. Funktion der Wärmezähler nicht überprüft werden. Dies im Gegensatz zur Strommessung. Dort muss die Summe der privaten Stromzähler auch dem Wert des Verrechnungszählers entsprechen. Dasselbe gilt für die Wassermessung, wo der Eingangswasserzähler jeweils dasselbe messen muss wie die Summe der beiden Kaltwasser- plus der Warmwasserzähler.

Jede Messstelle erhält eine eindeutige Kennzeichnung, im Allgemeinen eine strukturierte Nummer resp. eine Zahlen-Buchstaben-Kombination. Dazu gehört eine Tabelle mit den Messstellen, welche für jede Messstelle die Kennzeichnung, die Bezeichnung, die gemessenen Grössen mit Messbereichen, die Genauigkeit resp. Messgeräteklasse sowie den Rhythmus der Ablesung, den Speicherort und den Sinn der Messung (Betriebsoptimierung, Kostenzuordnung, Kostenverrechnung etc.) angibt (Tab. 4).

Tab. 4: «Schulbeispiel» einer Tabelle der Messungen

Dazu kommt noch eine Beschreibung mit den Zielen des Messkonzeptes, der Ablesetechnik, des Bussystems mit seiner Topologie und seinen Komponenten für die Datenübertragung, des Datenspeicherkonzeptes und der Datenverarbeitung zu Statistiken, zu Kennzahlen und Verbrauchswerten.

8.3.5 Kosten-Nutzen-Betrachtung

Jede Messung resp. jede Messstelle kostet mehrfach Geld:

  • Die einmalige Investition für die Messgeräte (Hardware, Fühler, Messaufnehmer etc.), deren Installation, Verdrahtung und je nachdem die Datenerfassung über einen Messbus zu einem zentralen Rechner oder über das Gebäudeleittechniksystem (GLS) zum zentralen Rechner. Diese Investition muss über die Nutzungsdauer abgeschrieben und verzinst werden.
  • Die regelmässige Messdatenerfassung und Speicherung (Ablesung oder automatische Speicherung) und die Auswertung der Daten verursachen ebenso regelmässig einen Aufwand.
  • Das Messsystem muss unterhalten werden, es benötigt Kontrollen, periodische Eichungen sowie Reparaturen und unterliegt einer Alterung.

All dies verursacht jährliche Kosten, deren Höhe je nach System und Fall unterschiedlich sind.

Diesem Aufwand muss ein entsprechender Ertrag gegenüberstehen.

Bei gesetzlich vorgeschriebenen Messungen (z.B. VHKA, resp. neu VEWA) erübrigt sich diese Kosten-Nutzen-Betrachtung, hier ist das Bestreben, die Auflagen möglichst kostengünstig zu erfüllen.

Bei Privatmessungen, welche für die Kostenzuordnung vorgesehen werden, muss man sich die Kosten-Nutzen-Frage schon eher stellen. Hier muss zumindest das Verhältnis der Messkosten zu den Kosten der so erfassten Energie sinnvoll sein. Der Messaufwand darf höchstens einen Bruchteil der Energiekosten betragen, welche den Verursachern zugeordnet werden.

Bei Messungen, welche zum Zweck der Betriebsoptimierung eingerichtet werden, sollte das Kosten-Nutzen-Verhältnis vertieft untersucht werden. Der Nutzen von Messungen für die Betriebsoptimierung resp. das Energiemanagement ist:

  • Energieeinsparung: Die Messung sollte eine optimale Betriebsweise und Überwachung der Anlagen und Installationen ermöglichen und so einen unnötigen Energieverbrauch verhindern. Es kann als erste pauschale Schätzung mit ca. 10 % Energieeinsparung und den entsprechenden Ausgaben für Energie gerechnet werden.
  • Umweltentlastung: Die Energieeinsparung führt auch zu einer Umweltentlastung und in der Regel zu einer Einsparung an Treibhausgasemissionen. Gegebenfalls können diese Einsparungen als Emissionszertifikate verkauft werden. Oder es können bei einer Zielvereinbarung mit dem Kanton oder dem Bund andere Vorteile resultieren, die sich monetär auswirken.
  • Abnahmekontrolle: Eine präzise Messung der Leistung und der Effizienz von neu installierten Anlagen kann zu Kosteneinsparungen resp. Vermeidung von zu viel bezahlten Leistungen führen. Je nach Vertrag kann nur die effektiv gelieferte Leistung bezahlt werden. Wie gross der erzielbare Nutzen ist, ist stark vom jeweiligen Einzelfall abhängig. Der Aufwand für die Messung darf jedenfalls nur einen Bruchteil der Investition für die Anlage ausmachen. Falls eine Abnahmemessung erforderlich ist und eine feste Messstelle existiert, mit der die Abnahmemessung erfolgen kann, können die vermiedenen Kosten für die Abnahmemessung dieser gutgeschrieben werden.
  • Grundlagen für den Anlagenersatz resp. Anlagenausbau: Die Messung der maximal abgegebenen Leistung einer installierten Anlage (entsprechend dem maximalen Bedarf der Abnehmer) ermöglicht eine genaue Kenntnis der vorhandenen Leistungsreserve für Erweiterungen und stellt eine gute Grundlage für die Dimensionierung einer Ersatzanlage dar. Damit können unnötige Investitionen vermieden werden. Welcher finanzielle Nutzen daraus folgt, ist wiederum sehr vom Einzelfall abhängig. Erfahrungsgemäss lohnen sich solche Messungen oft. Maximal kann auch hier einer vorhandenen festen Messung der eingesparte Betrag gutgeschrieben werden, welcher sonst für eine temporäre Einzelmessung erforderlich wäre.

Zusammengefasst kann gesagt werden, dass nur die Energieeinsparung einfach in eine Kosteneinsparung umgerechnet werden kann. Der übrige finanzielle Nutzen ist meist schwieriger bezifferbar. Es kann von einem Einsparpotenzial von etwa 10 % des Energiebedarfs ohne Messungen ausgegangen werden. Da Messungen oft weiteren Nutzen stiften, rechtfertigen sich im Sinne einer Faustregel Messpunkte immer dann, wenn die jährlichen Messkosten kleiner als 10 % der Kosten der gemessenen Energie sind.

Mit einfachen Leistungsgrenzen, ab welchen eine Messung für Betriebsoptimierung sinnvoll resp. wirtschaftlich gerechtfertigt ist, kann eine einfache Entscheidungs- und Planungsgrundlage geschaffen werden (Tab. 5). (Grundlagen: Sparpotenzial = 10 %, Messkosten = eingesparte Energiekosten, Wärmezähler kostet 2000.– CHF, Strom- oder Wasserzähler 500.– CHF, Unterhalt 3 % von Zählerkosten, Zinssatz 4 %, Lebensdauer Zähler 15 Jahre, dazu pro Zähler zwei Datenpunkte à 500.– CHF, Lebensdauer 10 Jahre, Unterhalt 5 %, pro Messstelle 1 h à 100.– CHF Arbeit pro Jahr).

Tab. 5: Anhaltswerte für Grenzwerte, ab welchen sich eine Messung lohnt

Tabelle 5 kann auch so gelesen werden: Unterhalb dieser Grenzwerte lohnt sich eine Messung zur Betriebsoptimierung normalerweise nicht. Nur wenn mit der Messung wesentliche weitere Vorteile erzielt werden, können diese Grenzwerte auch tiefer sein. In der Tabelle 5 nicht berücksichtigt ist die Tatsache, dass eine Messung allein noch keine Energie spart. Nur wenn die Daten auch gewissenhaft ausgewertet und die Optimierungsmöglichkeiten definiert und umgesetzt werden, kann Energie gespart werden. Umgekehrt kann oft eine Anlage oder ein Gebäude ohne Messungen nicht optimiert werden.

Ein weiterer Nutzen von Energiemessungen kann dann realisiert werden, wenn die Energie (insbesondere Strom, aber auch Erdgas) am freien Markt eingekauft wird. Die genaue Kenntnis des Energiebedarfs und des Leistungsverlaufs kann genutzt werden, um die Energie günstiger einkaufen zu können.

8.3.6 Messprinzipien

Struktur der Medienverteilung

Die Messungen der einzelnen Energie- resp. Medienbezüger erfordern eine entsprechende Verteilstruktur. Die Planung der Medienverteilung hat also auf das Messkonzept Rücksicht zu nehmen. Das Messkonzept muss deshalb früh genug erstellt werden. Es sollte pro Medium (Wärme-, Kälte-, Kaltwasser-, Warmwasser-, Luft-, Druckluftverteilung und weitere Medien) ein Prinzipschema der Medienverteilung inkl. Verbraucherstellen erstellt werden. In diesem Prinzipschema («geografisch» oder besser synoptisch) müssen die Messstellen deutlich sichtbar eingezeichnet und bezeichnet werden. Nur so kann ein Überblick über die Messungen geschaffen werden, und es kann erkannt werden, wo die Verteilstruktur eines Mediums noch besser an die Anforderungen der Messungen angepasst werden muss.

Eine klare Verteilstruktur ermöglicht es auch, später oder bei Bedarf temporäre Messungen durchzuführen. Oft ist es sinnvoll, für den Einbau von Messgeräten den erforderlichen Platz resp. ein Leerteil generell vorzusehen. Auch sollten wo sinnvoll Messstutzen vorgesehen werden (z. B. «Twin-lock»). Dies kostet nicht viel, vereinfacht aber eine spätere, eventuell erforderliche mobile oder temporäre Messung stark.

Auswahl der zu messenden Grössen

Es ist nur sinnvoll, Messdaten zu erfassen und Messungen einzurichten, welche auch wirklich ausgewertet werden. Die Gefahr, dass Datenfriedhöfe angelegt werden, wenn zu viel gemessen wird oder wenn zu viele Daten gesammelt werden, ist gross. Oft ist weniger mehr.

Minimal sollten pro Gebäude (beim Gebäudeeintritt) alle zugeführten Medien (Strom, Nah- oder Fernwärme, Gas, gelieferte lagerbare Energieträger wie Heizöl oder Holz, etc.) gemessen werden. Sehr empfehlenswert ist es auch, im Gebäude den Wärmeverbrauch für Heizung und Warmwasser separat zu messen und auch den Energiebedarf von grossen Einzelverbrauchern.

Ablesung

Ab ca. 20 Messgeräten, die in einem Gebäude oder Betrieb installiert sind, sollte eine automatisierte Messdatenerfassung installiert werden. Wo automatisiert abgelesen wird und die Daten gespeichert und mit einer Software ausgwertet werden, sind sinnvolle Ablesehäufigkeiten für Energiedaten einmal die Stunde oder einmal pro 15 Minuten. Wenn kürzere Ableseintervalle für besondere Untersuchungen erforderlich sind, sollte dies wenn möglich nur temporär und örtlich erfolgen. Es können dazu mobile Messgeräte eingesetzt werden.

Wo ausnahmsweise noch manuell abgelesen wird, ist eine Ablesung pro Monat sinnvoll, allenfalls eine Ablesung pro Woche. Wenn manuell abgelesen wird, muss erfahrungsgemäss mit vielen Ablesefehlern gerechnet werden. Es sind sehr einfache Formulare und eine Schulung des Personals erforderlich.

In jedem Fall müssen die Qualität und Plausibilität der Messdaten regelmässig überprüft werden.

8.3.7 Messdatenauswertung

Nur Messungen, welche auch ausgewertet werden, machen einen Sinn. Der Aufwand für die Auswertung darf nicht unterschätzt werden.

Neben statistischen Auswertungen und Summenbildung für die Verrechnung ist für das Energiemanagement eine grafische Auswertung mit Trendkurven am hilfreichsten. Die Darstellung des Verlaufes des Verbrauchs (auch Histogramm genannt oder Energiesignatur) zeigt sofort Abweichungen. Der Erfolg von Massnahmen kann einfach überprüft beziehungsweise Defekte können früh erkannt werden.

Die Messdatenauswertung kann auf der Managementebene des Gebäudeautomationssystems erfolgen. Noch besser ist die Anschaffung einer speziellen Energiemanagementsoftware (siehe Kapitel 10).

Es gibt Firmen, welche die Auswertung von Messdaten mittels künstlicher Intelligenz anbieten. Mit speziellen Algorithmen werden die Daten ausgewertet, um bestimmte Muster, Strukturen oder Abweichungen zum bisherigen Verlauf oder zu einem Sollverlauf oder Sollzustand festzustellen. Auch kann so bei geeigneten Voraussetzungen ein automatisiertes Benchmarking erfolgen. Mit solchen Methoden können Fehler und unnötige Verbräuche schneller und automatisiert festgestellt werden.

Heute machbar sind z. B. monatliche Energie-, Instandhaltungs- und Störungsberichte, die automatisiert erstellt werden. Zusätzlich können Störungen und Instandhaltungsaufträge von Mitarbeitern oder Gebäudenutzern über mobile Geräte ins System eingegeben werden. Diese können zur Arbeitsplanung genutzt werden. Auch ein «digitaler Störungskatalog» kann erstellt werden. Mit einer automatischen und sofortigen Erfassung von Störungen bei Energieerzeugungsanlagen kann eine raschere Alarmierung und Störungsbehebung erfolgen. Folgeanlagen, welche mit Energie versorgt werden, können geordnet heruntergefahren, automatisch auf andere Versorgungswege umgeschaltet oder über Speicher weiter mit Energie versorgt werden. «Intelligente» Systeme können hinterlegte Vorschläge zur Störungsbehebung machen, wissen, wer gerade zuständig ist, oder können Anlagen mit häufigen Störungen kennzeichnen.

Auch diskutiert wird die automatische Anpassung des Energieverbrauchs (soweit beeinflussbar, z. B. Ladung von Elektrofahrzeugen, Betrieb von Wärmepumpen, um Wärme in einen Speicher oder direkt ins Gebäude zu speichern) an das Angebot fluktuierender Erzeugung von regenerativer Energie. Wenn diese Energie selbst erzeugt wird, kommt ein optimiertes Speichermanagement (thermische Speicher und Batteriespeicher) für diese Energie hinzu. Solche Systeme können den Eigenverbrauch von selbst erzeugter Energie erhöhen, die Speicherung und die Einspeisung der Energie «netzdienlich» gestalten oder den Bezug von Energie ab Netz so regeln, dass günstige Tarife genutzt werden können.

Die Messungen, wie im Beispiel Abb. 35 gezeigt, könnten dazu genutzt werden, die elektrischen Lasten so zu steuern, dass der erzeugte Solarstrom immer direkt selbst verbraucht werden kann. Als Energiespeicher dienen das Badwasser (welches in der Temperatur um 1,5 °C schwanken darf) und eingeschränkt der Wärmespeicher für das Warmwasser. Auch die Bodenheizung kann als weitere Speichermöglichkeit genutzt werden. Damit kann der Betrieb der Wärmepumpe an das Stromangebot angepasst werden. Mit einem Kältespeicher kann die Kältemaschine im Sommer dem Stromangebot entsprechend betrieben werden. Mit diesen ohnehin vorhandenen thermischen Speichern könnte so auf einen Batteriespeicher verzichtet werden.