„Digital Services“ für die Gebäudetechnik

Mit Datenanalytik zum optimalen Gebäudebetrieb

In jeder Sekunde erzeugen Aktoren, Sensoren, Zähler, Geräte, Anlagen und Systeme der Gebäudetechnik riesige Mengen an Daten. Bisher wird jedoch meist nur ein kleiner Teil davon für Optimierungen im Gebäudebetrieb genutzt. Mit der zunehmenden Digitalisierung ist es möglich, Gebäude mit Hilfe dieser Daten „zum Sprechen“ zu bringen. Für Betreiber und Facility Manager ergeben sich damit Chancen, die Performance ihrer Immobilie deutlich zu steigern. Voraussetzung ist, dass sie verstehen, was das Gebäude mitzuteilen hat. Hier bieten digitale Services wie Technisches Monitoring die notwendige Unterstützung.

Wenn es um die Optimierung der Gebäudetechnik geht, sind die wesentlichen Treiber seit jeher die Steigerung von Effizienz, Wirtschaftlichkeit, Komfort und Verfügbarkeit. Um hier Verbesserungen zu erreichen, ist die Nutzung der von den Anlagen und Systemen des Gebäudes generierten Daten bewährter Standard – die Erfassung von Energiewerten ist dabei nur ein Beispiel. Doch der Steigerung der Performance waren bislang Grenzen gesetzt. Denn zum einen wurden die Daten der einzelnen Gewerke isoliert voneinander betrachtet. Zum anderen konnte die Analyse und Auswertung der Daten aufgrund fehlender technischer Voraussetzungen nur in stark eingeschränktem Umfang erfolgen.

Das hat sich grundlegend geändert: Die verfügbare Rechenleistung ist durch Cloud-Technologien innerhalb weniger Jahre enorm gestiegen. Damit können Datenmengen, die die Gebäudetechnik produziert, jetzt tatsächlich verarbeitet und zueinander in Beziehung gesetzt werden. Smarte Algorithmen ermöglichen dabei eine umfassende Datenanalytik, die die Trennung der Gewerke aufhebt. Damit geht ein Paradigmenwechsel einher: Bei der Optimierung von Gebäuden steht heute ein ganzheitlicher Ansatz im Fokus. Nur wenn sämtliche Systeme der Gebäudetechnik vom Keller bis zum Dach ineinandergreifen, bietet das Gebäude seinem Betreiber die größte Nachhaltigkeit – und den Nutzern den besten Komfort.

Unterstützung bei der Digitalisierung von Gebäuden

Das Potential, das sich mit der Digitalisierung erschließt, ist enorm und die Entwicklung ausgesprochen dynamisch. Denn mit den neuen technischen Möglichkeiten entstehen ständig neue Ideen und Anforderungen, die über die klassischen Themen wie Raumklima oder Zutrittskontrollen hinausgehen. Beispiele für neue Anwendungen sind IoT-Sensoren, die mit Hilfe von „Heatmaps“ für eine optimale und auch kontrollierte Flächennutzung in Büros, Kantinen oder Coworking-Spaces sorgen, oder Workplace-Apps auf dem Smartphone, die die sichere Navigation durch ein Gebäude erleichtern, wichtige Umgebungsdaten sowie Informationen dazu liefern, wer sich wo im Büro befindet und welche Arbeitsplätze beispielsweise frisch desinfiziert wieder zur Verfügung stehen. Doch wenn es darum geht, die Chancen der Digitalisierung zu ergreifen, ist in aller Regel professionelle Unterstützung gefragt. Denn sowohl die Bereitstellung des Personals als auch der Infrastruktur ist mit hohem zeitlichem Aufwand verbunden und erfordert technisches Know-how.

Vor diesem Hintergrund hat Siemens als Anbieter im Bereich Gebäudetechnik und „Smart Buildings“ ein Portfolio von digitalen Services entwickelt, das es Investoren, Betreibern und Facility Managern erlaubt, die Potentiale der Digitalisierung auszuschöpfen. Im Rahmen der sogenannten „Digital Services“ stellt das Unternehmen die erforderliche Expertise sowie die notwendigen Ressourcen und Technologien als Dienstleistungspaket bereit.

Der erste Schritt in eine digitale Zukunft ist für Gebäudebetreiber die Vernetzung der Gebäudetechnik mit den cloudbasierten Plattformen von Siemens. Im Anschluss werden in Abstimmung mit dem Kunden die benötigten Datenpunkte erfasst. Über standardisierte Schnittstellen, wie beispielsweise BACnet oder Modbus, können dabei alle Systeme unabhängig vom Hersteller angebunden werden. Ausgewertet und visualisiert werden die übertragenen Daten durch eine webbasierte Analyseumgebung, auf die die Anwender jederzeit Zugriff haben. Mit digitalen Datenanalysetools und Expertenwissen lassen sich so Ineffizienzen und Optimierungsmaßnahmen identifizieren.

Das Spektrum der verfügbaren Digital Services reicht dabei vom komplexen technischen Monitoring aller HLK-Anlagen bis zum Energiemanagement auf der Basis aktueller Verbrauchsdaten mit einem datenbasierten Analyse- und Optimierungsservice und dem Fernzugriff auf die gebäudetechnischen Anlagen. Diese Services sind je nach Anforderung miteinander kombinierbar und lassen sich über ein Managed-Services-Konzept nahtlos in die Serviceumgebungen beim Kunden integrieren. Dank Cloud-Technologie, die Zugang zu den Daten immer und überall erlaubt, können die digitalen Services für alle Arten von Liegenschaften genutzt werden: von Filialisten oder Gebäudeverwaltern mit Immobilen an unterschiedlichen Orten ebenso wie von Betreibern einzelner Büro- und Industriegebäude oder Kommunen, die Schwimmbäder, Turnhallen oder Büros unterhalten.

Als leistungsfähiger Partner bietet Siemens darüber hinaus auch nachgelagerte Services an, die weit über die Datenanalytik hinausreichen und auf den individuellen Bedarf von Betreibern und Facility Managern abgestimmt sind. So werden beispielsweise bei einem definierten kritischen Ereignis, wie dem Ausfall einer Kühlung, automatisch alle erforderlichen Maßnahmen ergriffen, um das Problem zu beheben – ohne dass der Betreiber selbst in Aktion treten muss. Die Kombination von 24/7 verfügbaren Digital und Managend Services ist damit für Gebäudebetreiber gerade angesichts von Fachkräftemangel und immer höherer Komplexität der Technik eine wirtschaftlich interessante Option.

Optimierung durch Technisches Monitoring

Etwa 35 % des gesamten deutschen Endenergieverbrauchs entfallen laut der Deutschen Energie-Agentur (dena) auf Gebäude [1] der mit Abstand größte Teil wird für die Bereitstellung von Raumwärme aufgewendet, gefolgt von Warmwasser, Beleuchtung und Klimakälte [2]. Entsprechend hoch ist das Potential für Energieeinsparungen, das hier mit Hilfe innovativer datenbasierte Dienstleistungen gehoben und realisiert werden kann.

Denn Realität ist, dass viele Gebäude die gewünschte Performance ihrer HLK-Anlagen nicht erreichen. Gründe sind beispielsweise durch eine unzureichende Einregelungsphase aufgrund von Zeit- und Kostendruck oder Veränderungen im Gebäudebetrieb, die zur Verschlechterung der Energieeffizienz führen. Dies kann mit einer gezielten Überwachung der HLK-Anlagen auf Basis von umfangreichen Grenzwertbetrachtungen vermieden werden (nach VDI 6041). Technisches Monitoring heißt das Stichwort für den optimalen Betrieb von HLK-Anlagen. Siemens bietet diesen Digital Service zur automatisierten Anlagenüberwachung unter der Bezeichnung Performance Observer. Als digitaler Assistent überwacht er das Anlagenverhalten permanent und deckt Schwachstellen auf. Das Ergebnis wird rund um die Uhr in einem Dashboard visualisiert und regelmäßig über einen Bericht per Mail zur Verfügung gestellt.

Konkret werden für das technische Monitoring alle relevanten Betriebsdaten der HLK-Anlagen automatisiert erfasst und in die Siemens-IoT-Cloudplattform übertragen. Die Daten werden dort gespeichert und mit Hilfe eines komplexen Regelwerks in einer webbasierten Analyseumgebung ausgewertet. Mehr als 220 Regeln haben die Anlageningenieure bereits aufgestellt – und die Liste wird permanent erweitert. Die Regeln beziehen die Bereiche Wärmeerzeugung und -verteilung, Kälteerzeugung und -verteilung sowie Raumlufttechnik ein. Das Betriebsverhalten der Anlagen wird entsprechend fortlaufend mit den definierten Überwachungsregeln verglichen. Damit können auch bei immer knapper werdendem Fachpersonal, steigender Komplexität der Systeme und viel zu geringen zeitlichen Ressourcen die Gebäudeautomationssysteme auf dem qualitativen Niveau betrieben werden, das der Nutzer von dem Betreiber erwartet.

Auf Basis der automatisierten Datenanalysen können Betreiber mit geeigneten Maßnahmen den Energieverbrauch, den Instandsetzungsaufwand und die Gefahr von Folgeschäden reduzieren. Zudem lässt sich auf dieser Basis der Raumkomfort für die Nutzer verbessern. Bei kritischen Fehlern erfolgt eine Benachrichtigung per E-Mail. Zusätzlich wird einmal im Quartal ein Bericht über aufgetretene Abweichungen erstellt. Über das technische Monitoring hinaus bietet Siemens Unterstützung bei der Umsetzung von Optimierungsmaßnahmen sowie dem nachhaltigen Betrieb, sowohl durch Servicetechniker vor Ort als auch per remote. So wie Datenpunkte der MSR und HLK analysiert werden, können auch die Daten unterschiedlichster Gebäudetechniksysteme, wie z.B. der Siemens-Brandmeldetechnik, -Zutrittskontrollen oder -Gefahrenmanagementsysteme, ausgewertet und in einen neuen Kontext gebracht werden.

Um kundenspezifische Herausforderungen im Bereich der Digitalisierung zu lösen, setzt Siemens auf den Customer-Value-Co-Creation-Ansatz. Hierbei werden in sogenannten Ideation-Workshops gemeinsam mit den Kunden individuelle Lösungen erarbeitet.

BIM als „Single Source of Truth”

Die Möglichkeiten der Datenanalytik und Konnektivität werden mit dem Voranschreiten der Digitalisierung stetig erweitert. Das zeigt sich besonders deutlich in Bezug auf das Building Information Modeling (BIM), bei dem das gesamte Gebäude mit allen Gewerken parallel und abgestimmt geplant und im virtuellen Digitalmodell zusammengefasst, getestet und bei Bedarf korrigiert wird. Dieses statische digitale Gebäudemodell, entfaltet seine Möglichkeiten, wenn zusätzlich die dynamischen Live Daten integriert werden. Dieser digitale Gebäudezwilling kann über die Planungsphase hinaus als sogenannter „Performance Twin“ einen wertvollen Beitrag zum effizienten und sicheren Betrieb eines Gebäudes leisten.

Mit dem digitalen Zwilling ist es möglich ein semantisches Modell für das gesamte Gebäude zu erstellen – eine sogenannte „Single Source of Truth“. Anders als bisher existieren damit nicht länger separate Datenbanken für jede Anwendung oder Funktion, sondern nur ein Ausgangspunkt, auf den sich alle Anwendungen stützen. Dadurch eröffnen sich für Gebäudebetreiber und Facility-Manager völlig neue Möglichkeiten die Betriebseffizienz ihrer Gebäude zu verbessern, prädiktiv Wartungsmaßnahmen durchzuführen und – ausgehend von dynamischen Simulationen – Verbesserungen vorzunehmen. Denn in Gebäuden, die über einen digitalen Zwilling verfügen, sprechen nicht nur die Mauern Bände, sondern auch Thermostate, Räume, HLK-Anlagen, Brandmeldesysteme – also das gesamte Gebäude. Die gesammelten Daten erlauben wertvolle Einsichten zur Optimierung des Gebäudes und helfen so zukunftssichere Werte zu schaffen.

 

Quellen

[1] //www.dena.de/themen-projekte/energieeffizienz/gebaeude/:https://www.dena.de/themen-projekte/energieeffizienz/gebaeude/ [2] //www.dena.de/fileadmin/dena/Bilder/Newsroom/Meldungen/2019Q4/dena_GR-kompakt-2019_Endenergiebezogener_Gebaeudeenergieverbauch.pdf:https://www.dena.de/fileadmin/dena/Bilder/Newsroom/Meldungen/2019Q4/dena_GR-kompakt-2019_Endenergiebezogener_Gebaeudeenergieverbauch.pdf
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