Gebäudemonitoring: Energie-, Wasser- und Gasverbrauch sowie Umweltparameter

Ein Gebäude zu überwachen bedeutet, seinen Verbrauch kontinuierlich zu messen und mit einem Referenzwert zu vergleichen, um festzustellen, ob die aktuellen Werte normal sind oder nicht.

Genau darin liegt der Unterschied zum Lesen von Versorgungsrechnungen. Eine Rechnung zeigt, wie viel im letzten Monat ausgegeben wurde; das Monitoring zeigt, welche Anlage wann Energie verbraucht hat und ob dieser Verbrauch durch die Bedingungen an diesem Tag gerechtfertigt war.

Kurz zusammengefasst:

• Vier Bereiche müssen überwacht werden: Strom, Wärmeenergie und Gas, Wasser sowie Umweltparameter.
• Einige gut ausgewählte Kennzahlen sind wertvoller als ein Dashboard mit fünfzig Diagrammen.
• Der Verbrauch muss immer anhand der jeweiligen Bedingungen normalisiert werden: Klima, Öffnungszeiten und Belegung.
• Monitoring führt nur dann zu Einsparungen, wenn jemand die Alarmmeldungen erhält und befugt ist, Maßnahmen zu ergreifen.

Was in einem Gebäude überwacht wird

Die vier überwachten Bereiche sind dieselben, die wir bei der Beschreibung von intelligenten Zählern und IoT-Sensoren vorgestellt haben: Strom, Wärmeenergie und Gas, Wasser sowie Umgebungsbedingungen.
Die praktische Regel für die Platzierung von Messpunkten ist einfach: Man beginnt mit den Verbrauchern, die den größten Anteil der Rechnung ausmachen, und mit Bereichen, in denen bekannte Probleme bestehen, statt das gesamte Gebäude vollständig zu erfassen. Eine gut überwachte Klimaanlage ist wertvoller als zwanzig zufällig verteilte Messpunkte.
Eine sinnvolle zeitliche Auflösung beginnt bei 15-Minuten-Intervallen. Damit lassen sich Lastprofile auswerten und regulärer Betriebsverbrauch von Verschwendung unterscheiden.

Die entscheidenden Kennzahlen

Normalisierung: Heizgradtage und relevante Variablen

Dieser Schritt macht aus Daten Informationen. Der Wärmeverbrauch im Januar lässt sich nicht einfach mit dem Januar des Vorjahres vergleichen, denn er hängt davon ab, wie kalt es war.
Heizgradtage sind das Standardinstrument, um diesen Einfluss zu berücksichtigen. Das italienische Präsidialdekret DPR 412/93 definiert sie als Summe der positiven Differenzen zwischen der Referenz-Innentemperatur von 20 Grad und der durchschnittlichen täglichen Außentemperatur über alle Tage des üblichen Heizzeitraums.
Auf dieser Grundlage ist Italien in sechs Klimazonen unterteilt, von A (unter 600 Heizgradtagen) bis F (über 3.000).
In der Praxis wird der Wärmeverbrauch mit den Heizgradtagen des jeweiligen Zeitraums in Beziehung gesetzt, typischerweise mithilfe einer linearen Regression. Anschließend werden die Verbräuche unter vergleichbaren klimatischen Bedingungen verglichen.
Die gleiche Logik gilt für andere Variablen: Öffnungszeiten, Belegung und Aktivitätsvolumen. Wichtig ist die Unterscheidung zwischen relevanten Variablen, die sich regelmäßig ändern und in das Modell aufgenommen werden müssen, und statischen Faktoren wie Fläche oder Anzahl der Stockwerke, die sich selten ändern, bei einer Änderung jedoch eine Aktualisierung der Baseline erfordern.
Das erklärt auch das häufigste Paradoxon: Eine Kennzahl verbessert sich, während die Rechnung steigt. Die Kennzahl misst den Energieverbrauch, die Rechnung enthält zusätzlich den Preis. Es handelt sich um unterschiedliche Größen, die gemeinsam betrachtet werden müssen.

So liest man ein Lastprofil

Das tägliche Lastprofil ist die aussagekräftigste Darstellung, die ein Gebäude liefert. Vier Punkte sollten der Reihe nach betrachtet werden:

• Die nächtliche Grundlast: Wie viel Energie verbraucht das Gebäude, wenn niemand da ist? Sie ist der Ausgangspunkt jeder Effizienzmaßnahme, da sich dieser Verbrauch fast immer reduzieren lässt.
• Die Anfahrphase: Wann starten die Anlagen im Verhältnis zur Öffnungszeit? Ein täglich wiederholter Vorlauf von zwei Stunden summiert sich im Laufe des Jahres stärker, als man denkt.
• Die Tageslast: Der Verbrauch während der Betriebszeiten, der mit Belegung und Außentemperatur verglichen werden sollte.
• Das Abschalten: Wann kehrt das Gebäude zur Grundlast zurück, und geschieht das tatsächlich? Nachlaufende Verbräuche am Abend gehören zu den häufigsten Befunden.

Nach unserer Erfahrung zeigt der erste Monat mit Daten aus einem bislang nicht überwachten Gebäude fast immer mindestens einen solchen Befund. Meist handelt es sich nicht um einen Defekt, sondern um einen Zeitplan, den seit Langem niemand aktualisiert hat.

Wasser und Gas: Was sich unterscheidet

Beim Wasser ist der nächtliche Verbrauch die wichtigste Kennzahl. In einem geschlossenen Gebäude deutet ein konstanter Durchfluss während der Nacht fast immer auf ein Leck hin. Kontinuierliches Monitoring erkennt es innerhalb weniger Tage, statt erst auf die nächste Rechnung zu warten. Hotels haben dabei besondere Anforderungen, die wir in unserem Beitrag zur Wasserüberwachung in Beherbergungsbetrieben näher erläutern.
Bei Gas und Wärmeenergie dient das Monitoring vor allem der Effizienzbewertung: Wie viel Energie gelangt in die Heizzentrale, wie viel erreicht die einzelnen Bereiche, wie viele Stunden laufen die Wärmeerzeuger und unter welchen Bedingungen? Diese Daten machen die vorausschauende Wartung sinnvoll, da eine schrittweise Verschlechterung der Leistung lange vor einem Ausfall sichtbar wird.

Monitoring eines Gebäudeportfolios

In einem einzelnen Gebäude hilft Monitoring dabei, Verschwendung zu erkennen. Bei zwanzig Gebäuden kommt eine oft noch wertvollere Aufgabe hinzu: herauszufinden, welche Gebäude im Vergleich zu den anderen auffällig sind.
Bei mehreren ähnlichen Standorten ist der interne Vergleich eine der schnellsten Analysemethoden. Verbrauchen zwei Verkaufsstellen mit gleicher Fläche, gleichen Öffnungszeiten und gleichem Format unterschiedlich viel Energie, lohnt es sich, den Grund dafür zu untersuchen. Die Antwort lässt sich finden, ohne externe Branchenreferenzwerte heranzuziehen.

Damit das funktioniert, sind drei Dinge zu beachten:

• Eine einheitliche Benennung. Wenn jeder Standort seine Verbraucher anders bezeichnet, sind Vergleiche unmöglich. Die Benennung muss von Anfang an festgelegt werden, denn eine nachträgliche Umbenennung nimmt sich später kaum jemand vor.
• Normalisierte Kennzahlen. Vergleiche sind nur pro Flächeneinheit, Öffnungsstunde oder Aktivitätseinheit und innerhalb derselben Klimazone aussagekräftig.
• Eine aktuelle Rangliste. Gebäude nach spezifischem Verbrauch zu ordnen und die Spitzenreiter zu prüfen, ist die effizienteste Methode, Zeit und Budget einzusetzen.

Dasselbe Prinzip gilt für einzelne Branchen: Büros, Schulen und Einkaufszentren haben unterschiedliche typische Verbrauchsprofile. Vergleiche sind daher innerhalb derselben Kategorie sinnvoll.

Vom Dashboard zu Alarmmeldungen

Ein Dashboard, das niemand öffnet, verursacht nur Kosten. Monitoring führt zu Einsparungen, wenn aus Daten konkrete Signale werden und diese jemanden erreichen, der handeln kann.

• Alarme bei Abweichungen statt bei festen Schwellenwerten. Ein fester Grenzwert löst im Winter ständig Alarm aus und im Sommer nie. Ein sinnvoller Alarm vergleicht den Verbrauch mit dem unter den jeweiligen Bedingungen erwarteten Wert.
• Wenige, gut abgestimmte Regeln. Ein System, das täglich zwanzig Benachrichtigungen versendet, wird innerhalb einer Woche stummgeschaltet.
• Ein Empfänger für jeden Alarm. Ist nicht klar, wer handeln muss, bleibt die Meldung im Dashboard stehen.
• Eine Überprüfung nach der Maßnahme. Der Prozess ist erst abgeschlossen, wenn kontrolliert wurde, ob der Verbrauch wieder normal ist.

Deshalb funktioniert Monitoring am besten in Verbindung mit der Instandhaltung: Aus einer Anomalie wird ein zugewiesener Auftrag mit Termin und dokumentiertem Ergebnis.

Die häufigsten Fehler, die wir beobachten

• Zu viel Detailtiefe von Anfang an. Hunderte Messpunkte am ersten Tag erzeugen unlesbare Diagramme und führen zu keinen Entscheidungen.
• Nicht normalisierte Daten. Jahresvergleiche ohne Berücksichtigung von Klima und Belegung führen in beide Richtungen zu falschen Schlussfolgerungen.
• Niemand ist für die Daten verantwortlich. Gehört Monitoring nicht zum Aufgabenbereich einer Person, schaut nach drei Monaten niemand mehr darauf.
• Lücken in den historischen Daten. Offline-Sensoren und leere Batterien beeinträchtigen die Baseline, mit der Einsparungen nachgewiesen werden sollen. Solche Lücken werden meist erst entdeckt, wenn die Daten benötigt werden.
• Messen, ohne Maßnahmen zu ergreifen. Das ist der teuerste Fehler: Ein Monitoringsystem amortisiert sich durch Korrekturmaßnahmen, nicht durch das Messen allein.

Die Werkzeuge: die Monitoring-Plattform

Bei einem einzelnen Gebäude kann man mit einer Tabellenkalkulation beginnen. Für ein Immobilienportfolio ist eine Plattform erforderlich, denn die Aufgabe besteht nicht nur darin, Daten zu lesen, sondern sie über verschiedene Standorte und Zeiträume hinweg mit einheitlicher Terminologie vergleichbar zu halten.
Die Energiemanagementsoftware von UTwin wurde genau dafür entwickelt: Sie erfasst Daten von intelligenten Zählern und IoT-Sensoren für Energie, Wasser, Gas und Umweltparameter, speichert historische Daten in der Cloud und stellt sie auf dem BIM-Modell oder dem Gebäudegrundriss dar.
Die Energiemanagementsoftware von UTwin wurde genau dafür entwickelt: Sie erfasst Daten von intelligenten Zählern und IoT-Sensoren für Energie, Wasser, Gas und Umweltparameter, speichert historische Daten in der Cloud und stellt sie auf dem BIM-Modell oder dem Gebäudegrundriss dar.
Die Instandhaltungssoftware (CMMS) ist nativ integriert. Dadurch wird eine erkannte Anomalie zu einem zugewiesenen und nachverfolgbaren Auftrag. Verfügt das Gebäude bereits über ein BMS, lässt sich die Plattform integrieren und erweitert dessen Automatisierungsfunktionen. Wenn sich ein herkömmliches BMS nicht rechnet, kann die Plattform als Light-BMS eingesetzt werden, mit bis zu 70 % geringeren Investitionskosten (CAPEX).
Für den Vergleich verfügbarer Lösungen haben wir einen Überblick über Energiemanagementsoftware erstellt. Weitere Informationen zum Unterschied zwischen Monitoring und einem Energiemanagementsystem finden Sie in unserem Beitrag zum EMS.

Häufig gestellte Fragen

• Was ist der Unterschied zwischen Monitoring und einer Energieauditierung?

  Das Energieaudit ist eine regelmäßige Analyse, die den Verbrauch erfasst und mögliche Maßnahmen identifiziert. Monitoring erfolgt kontinuierlich: Es überprüft, ob Maßnahmen funktionieren, und erkennt Anomalien, sobald sie auftreten. Ein Energieaudit wird alle paar Jahre durchgeführt, das Monitoring läuft ständig weiter.

• Welche Kennzahlen benötigt man für den Einstieg?

  Drei Kennzahlen reichen für den Einstieg: der Verbrauch pro Quadratmeter, der Verbrauchsanteil bei geschlossenem Gebäude und der nach Heizgradtagen normalisierte Wärmeverbrauch. Damit lassen sich Gebäude vergleichen, betriebliche Verschwendung erkennen und Klimaeinflüsse berücksichtigen.

• Wie oft sollten die Daten überprüft werden?

  Bei Stromverbrauch sind 15-Minuten-Intervalle sinnvoll. Dieses Intervall ist auch bei den erweiterten Messanforderungen der Umweltzertifizierungen vorgesehen. Bei Wasser und Gas reichen stündliche Messungen normalerweise aus. Umweltparameter werden bei Bedarf für die Regelung häufiger aktualisiert.

• Ist Monitoring auch für die ISO-50001-Zertifizierung erforderlich?

  Ja. ISO 50001 verlangt einen Plan zur Datenerfassung und die Berechnung von Leistungskennzahlen. Ein aktives Monitoringsystem erfüllt beide Anforderungen und reduziert den Aufwand bei jedem Audit.

• Wie lange dauert es, bis erste Ergebnisse sichtbar werden?

  Erste Erkenntnisse zeigen sich meist innerhalb der ersten Wochen, da sie Öffnungszeiten und nächtliche Lasten betreffen und keine Investitionen erfordern. Für die Bewertung jährlicher Einsparungen auf Basis einer zuverlässigen Baseline ist dagegen mindestens eine vollständige Saison mit Daten erforderlich.

So beginnen Sie

Man beginnt mit einem Gebäude und wenigen Verbrauchern: dem größten Energieverbraucher, der Beleuchtung und der Heizzentrale. Anschließend wird das Lastprofil über zwei Wochen betrachtet, insbesondere nachts und am Wochenende.
Schon dieser erste Vergleich zeigt, wo Einsparpotenzial besteht, und zwar fast immer noch vor jeder Investition.