Energie-Management liegt im Trend. Die Betreiber großer Zweckgebäude suchen nach Einsparmöglichkeiten, scheuen jedoch oft den Aufwand für eine hochautomatisierte Leittechnik. Dabei kann der Einstieg sehr einfach sein. Mit der passenden Messtechnik an den entscheidenden Stellen lassen sich Energieflüsse analysieren und die Kosten durch simple Maßnahmen senken. Manchmal genügt sogar eine Zeitsteuerung, um teure Lastspitzen zu kappen.

In Garching bei München befindet sich der deutsche Stammsitz der Swiss Life. Das Gebäude mit seinen 22.000 Quadratmetern Nutzfläche macht zunächst durch seine ungewöhnliche Form auf sich aufmerksam: Spiralförmig angeordnete Bauabschnitte, die sich nach oben verjüngen, bieten auf einem kompakten Areal Platz für rund 700 Mitarbeiter. Gleichzeitig entsteht so ein Innenhof, der von der belebten Straßenkreuzung abgeschirmt ist. Das Erdgeschoss dominieren ein Konferenzraum, ein Café, ein Casino, die Küche sowie das Gastro- und Gebäude-Management.

Die Bürozonen ab dem ersten Stock sind in 40 je 400 Quadratmeter große Brandabschnitte unterteilt. Sie bilden zugleich funktionale Einheiten mit jeweils eigener Unterverteilung. Jede Zone verfügt über ein flexibel gestaltbares Zentrum zwischen den Büroräumen. Bild 1 zeigt eine Zone mit einem PC-Arbeitsplatz für Praktikanten oder vergleichbare gelegentliche Nutzung, einer Teeküche und einer Besprechungszone. Wie viel Technik in dem Bau steckt, erkennt man erst bei näherem Hinsehen.

Bild 1. Flexibel gestaltbare Zentren zwischen den Büroräumen.

Oben Komfort, unten Technik

Das Untergeschoss ist der umfangreichen Technik vorbehalten. Dazu gehören seitens der Elektroinstallation neben Einspeisungen, Niederspannungshauptverteilung etc. auch ein komplettes Rechenzentrum. Insbesondere die IT zieht entsprechende Sicherungsmaßnahmen nach sich, etwa mehrere USV-Anlagen und zwei Dieselaggregate mit je 1.250 kVA. Für die stetig wachsenden Anforderungen an die IT gibt es eine Ausbaureserve für ein weiteres Rechenzentrum. Insgesamt vier Transformatoren, zwei mit 1.000 kVA und zwei kleinere mit 630 kVA, stellen eigens für die Rechenzentren die Energieversorgung sicher. Die Hauptleitungen von den Transformatoren zu den Niederspannungshauptverteilungen sind als 2.500-A-Stromschienen ausgeführt (Bild 2).

Bild 2. Einer der 1.000-kVA-Transformatoren. Die 2.500-A-Stromschiene oben und rechts im Bild führt zur Niederspannungshauptverteilung.

Der zweite 630-kVA-Trafo wird zwar erst mit der Installation des zweiten Rechenzentrums zwingend nötig. Die Planer entschieden sich jedoch für den sofortigen Einbau, da er als Reservegerät Wartungsarbeiten erheblich erleichtert.

Insgesamt ist die Elektroinstallation in dem Gebäude auf einem hohen technischen Standard. Getrennte Netze für die IT und die allgemeine Energieversorgung konsequent bis in die Bodentanks der Büros sind ebenso vorhanden wie die USV-Absicherung der aktiven IT-Komponenten. Besonderheiten gibt es an unerwarteter Stelle. Frank Urmann, technischer Objektleiter bei Swiss Life, beschreibt sie: „Wir unterscheiden bei der Stromversorgung drei große Bereiche: das allgemeine Netz, das Rechenzentrum und die Küche. Sie spielt energietechnisch eine besondere Rolle, denn hier wird nicht nur aufgewärmt, sondern tatsächlich gekocht. Das verursacht markante Lastspitzen in den Vormittagsstunden.“

Lastspitzen, die bekanntermaßen kostspielig sind. Daher versucht Frank Urmann, die Gesamtauslastung möglichst kontinuierlich zu gestalten. Schon bei der Planung war das Energie-Management ein wichtiges Thema. Daher waren zwei langjährige Partner der Swiss Life mit im Boot, und zwar Raible und Partner sowie Kappenberger und Braun E-Tech. Raible und Partner zählt mit 109 Mitarbeitern zu den großen Ingenieurbüros für die Planung von Elektro- und Kommunikationstechnik. Kappenberger und Braun gehört mit insgesamt 856 Personen, die allein in Deutschland in der Elektrotechnik und in acht Fachmärkten tätig sind, ebenfalls zu den Großen der Branche.

Die Kunst der Planung

Verantwortlich für die Planung waren Christian Stuckenberger, Niederlassungsleiter München bei Raible und Partner, sowie Marius Cioclei, ebenfalls von der Niederlassung München. „In der ersten Phase müssen wir über die Fachplanungskollegen die jeweils benötigten Anschlussleistungen zusammentragen“, beschreibt Stuckenberger seinen Part. „Das ist aber nur der erste Schritt. Bei Swiss Life haben wir im Rahmen der umfangreichen Baunutzungskostenberechnung sogar eine Bachelor-Arbeit zum Thema Leistungsbilanzierung betreut.“ Große Objekte, Banken, Rechenzentren etc. sind für Stuckenberger nach dessen Aussagen nichts Ungewöhnliches. Die Erfahrungen flossen auch in das Garchinger Projekt ein.

Ein wichtiger Punkt ist die Beurteilung von Gleichzeitigkeitsfaktoren. Es gibt selbstverständlich Standards, wie etwa für Durchlauferhitzer in Toiletten und Teeküchen. Dort nimmt man eine Gleichzeitigkeit von 0,1 bis 0,3 an. Bei einer größeren, gut ausgestatteten Küche wird für die Gleichzeitigkeit von Küchengeräten eine Spanne von 0,5 bis 0,7 angesetzt. Ein anderer Blick auf die Stromversorgung erfolgt über die Leistungsaufnahme pro Quadratmeter. Ein erster Richtwert für Rechenzentren – und auch die Vorgabe der IT-Abteilung der Swiss Life – lag bei rund 2.000 W/m². Trotz all dieser Erfahrungswerte und Standards fällt später der tatsächliche Verbrauch in der Praxis oft geringer aus. Dies schließt jedoch nicht aus, dass bisweilen einzelne Lastspitzen auftreten. Für Raible und Partner gehört deshalb eine Projektauswertung zum Pflichtprogramm. Im Falle von Swiss Life erfolgte dies wegen der Bachelor-Arbeit besonders umfassend.

Qualitätskontrolle per Messtechnik

Die Niederspannungshauptverteilung des Swiss-Life-Gebäudes ist an den relevanten Abgängen mit Janitza-Messgeräten bestückt (Bild 3). Rund 37 dieser UMGs, so lautet die Abkürzung für diese Geräteserie, arbeiten in den Technikzentralen. Die Messwerte fließen an einem separaten PC zusammen und werden dort mittels der Software Gridvis bis ins Detail ausgewertet. Zwar bieten die UMG-Geräte schon viel mehr Daten als eine normale Auswertung über die Gebäudeleittechnik. Es wäre jedoch viel zu zeitaufwändig, diese vor Ort auszulesen. Mit der Kombination aus Hard- und Software kann der Techniker Detaildiagramme erzeugen, die den minütlichen Verlauf der Wirkleistung und damit Lastspitzen zeigen.

Bild 3. UMG-Messgeräte von Janitza in der Niederspannungshauptverteilung.

Mit einer solchen Datenbasis lassen sich Einsparmöglichkeiten ausmachen, die sonst verborgen geblieben wären. Die Möglichkeiten der Auswertung zeigt Bild 4. Dazu ermittelten die Systeme die durchschnittliche Scheinleistung im Tagesverlauf. Die Messungen liefen über acht Monate.

Bild 4. Durchschnittliche Werteverteilung über einen Tag.

Nach den guten Erfahrungen mit der Bachelor-Arbeit will Stuckenberger die Möglichkeiten des Energie-Monitorings ausbauen. In der Janitza-Lösung hat er dafür mehrere Vorteile ausgemacht: „Für eine genaue Analyse benötigt man genügend Messstellen“, resümiert er. „Physikalische Datenpunkte wie potenzialfreie Kontakte sind jedoch kostenintensiv. Mit den UMGs kann man mit virtuellen Datenpunkten arbeiten, die man per Modbus erfasst. Das reduziert den Aufwand erheblich.“

Service statt Hardware

Auch wenn der Anwender den Aufwand in der Investitionsphase scheut, weiß Stuckenberger einen Ausweg: mobile Messkoffer. Janitza bietet Messgeräte auch als Einbau in einem robusten Koffer an. Dem Anwender stehen alle Anschlüsse einschließlich einer Schnittstelle zu einem Notebook zur Verfügung. Mitgelieferte Klappwandler erlauben dabei Strommessungen ohne Eingriff in die Verdrahtung. Stuckenberger dazu: „Diese Dienstleistung per Messkoffer wollen wir verstärkt anbieten. Besonders für Bestandsgebäude ist dies interessant. Wir können zwar sehr gut einschätzen, welche Maßnahmen zum Beispiel eine Erweiterung erfordern. Wenn der Kunde jedoch unsicher ist, lassen wir über einige Wochen den Messkoffer laufen. Dann können wir objektive Daten präsentieren.“

Von der Planung zur Praxis

Die Realisierung des Konzeptes lag in den Händen von Thomas Pongratz, dem Projektleiter von Kappenberger und Braun. Im Lauf eines Jahres waren bis zu 100 Mitarbeiter nur für die Elektroinstallation im Einsatz. Pongratz kennt sowohl Swiss Life als auch Raible und Partner aus einer langjährigen Zusammenarbeit.

Auch er ist in das Energie-Management involviert und beschreibt erste Maßnahmen: „Zunächst ist uns aufgefallen, dass die Lüftungen alle zur gleichen Zeit starteten. Das ist oft noch standardmäßig so eingerichtet. Wir haben dies als erste Maßnahme so umprogrammiert, dass die einzelnen Anlagenteile zeitversetzt starten. Dadurch konnten wir erste Spitzen kappen.“

Bild 5. Frank Urmann und Thomas Pongratz begutachten eine Auswertung per Gridvis.

Die Lüftungssteuerung erwies sich dann auch als wertvolle Stellschraube für weitere Sparmaßnahmen, als Urmann zusammen mit Pongratz die Messdaten analysierte. Er beschreibt den Prozess: „Uns war von Anfang an klar, dass der Sonderbereich Küche und Casino ein großer, separat zu zählender Verbraucher sein würde. Durch die Messdaten konnten wir die Lastprofile dort sehr viel genauer ermitteln, als dies mit einer theoretischen Analyse möglich ist. Im Zeitraum zwischen 9:00 Uhr und 11:00 Uhr haben wir den höchsten Verbrauch. Das fangen wir mit der Lüftung ab. Wir können in dieser Zeit deren Leistung problemlos drosseln und so eine weitere Verbrauchsspitze kappen.“

Lastabwurf per Schaltuhr

Der überschaubare Mehraufwand für die Messtechnik hat sich rasch bezahlt gemacht. Swiss Life spart nach eigenen Angaben Geld ohne ein aufwändiges Energie-Management oder Lastabwurfschaltungen, deren Regelverhalten sich unter ungünstigen Umständen unvorteilhaft auf andere Prozesse auswirken kann. Nachdem die Messungen den Tagesablauf energietechnisch vorhersagbar gemacht hatten, musste Urmann nur die Zeitsteuerung der Lüftung anpassen, um teure Lastspitzen zu vermeiden.

Dipl.-Phys. Martin Witzsch arbeitet als freier Journalist.