Hilfestellung für Planer und Betreiber von Niederspannungsanlagen
Potenziale zur Kostensenkung aufspüren
Im zweiten Teil der Normen-Serie im Schaltschrankbau wird die DIN VDE 0100-801 beleuchtet: Seit 2015 ist sie in Kraft und spricht seitdem Empfehlungen zur Optimierung des Verbrauchs von elektrischer Energie in Niederspannungsanlagen aus. Sie stellt auch das gültige Regelwerk für die Einhaltung der Energieeinsparverordnung (EnEV) dar. Ziel der Norm ist es, bei gleichbleibender Leistung und stabiler Qualität des Stroms, den in Kilowattstunden gemessenen Verbrauch zu verringern.
Bild: Schneider Electric GmbHHierfür werden die Verteilung der Energie in der Fläche sowie der Verbrauch der Energie in der Gebäudetechnik und Anlagenautomation untersucht und optimiert. Neben der Energieeinsparung werden so auch Ausfallzeiten in der Produktion und Energieverluste in der Elektroinstallation reduziert. Auch die zeitliche Verfügbarkeit von Energie - besonders im Hinblick auf die steigende Anzahl von energieautarken Gebäuden und dem Prosumer-Trend - kann durch die Umsetzung der in der Norm empfohlenen Maßnahmen wesentlich effizienter gestaltet werden. Denn es sind ganz konkrete Schritte, die in der VDE DIN0100-801 vorgeschlagen werden, um Einsparpotenziale im Energieverteilungs-Prozess zu identifizieren und auszuschöpfen. Die Wirtschaftlichkeit einer Maßnahme stellt dabei das entscheidende Auswahlkriterium für deren Realisation dar. Die Norm erläutert, wie in Wohngebäuden, in gewerblichen oder industriellen Gebäuden und in der Infrastruktur durch die Ermittlung des Lastschwerpunktes und folglich der Standortwahl der Transformatoren sowie der Bestimmung der Lastprofile die Energieverteilung optimiert werden kann. Sie gibt Auskünfte über die bestmögliche Anzahl und Anordnung der Unterverteilungen und wie man sie berechnet. Eine besondere Bedeutung kommt der Ermittlung von Zonen (etwa Produktionsgebäude, Raum oder Stockwerk) und den darin liegenden Maschen (Stromkreis oder Gruppe von Stromkreisen) in der Niederspannungsanlage zu. Je detaillierter die Energieverteilung bis in die Ebene der Maschen und der darin liegenden Lastabnehmer messbar ist, desto spezifischer können Analysen und Korrekturen im laufenden Betrieb vorgenommen und höhere Klassifizierungen bei der Bewertung der Energieeffizienz erreicht werden. Hierfür sollten Elektroplaner und Schaltanlagenbauer gemeinsam mit Bauherren, Betreibern oder Eigentümern schon früh in der Planungsphase technische Kriterien wie Helligkeit, Temperatur oder Steuerungsfunktionen sowie wirtschaftliche Kriterien wie Kennzahlen, Kosten oder Netzstabilität für einzelne Maschen festschreiben. Für die Berechnung von Kabel- und Leitungsquerschnitten bietet die DIN VDE0100-801 Kalkulationsansätze an und verweist darauf, dass unter bestimmten Bedingungen die wirtschaftliche Betrachtung einen größeren Kabelquerschnitt rechtfertigt, als er aus thermischer Sicht nötig wäre.
Bild: Schneider Electric GmbHLeistung einer Niederspannungsanlage erhalten und verbessern
Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind nicht isoliert zu betrachten. Sie sind Teil eines flexiblen Energie-Managementsystems, das über die gesamte Lebensdauer eines Gebäudes oder einer Produktionsanlage Energieverbräuche misst und optimiert. Denn neben der abnehmenden Leistung aufgrund des Lebenszyklus einer Anlage können auch Kapazitätserweiterungen, moderne Technologien, geänderte gesetzliche Bestimmungen oder einfach die neue Nutzungsart eines Gebäudes Grund für eine Änderung beziehungsweise Anpassung der elektrischen Energieverteilung oder der Gebäudeautomation sein. Die Norm unterscheidet in diesem Zusammenhang zwischen passiver und aktiver Energieeffizienz:
1. Passive Energieeffizienz: Zunächst werden Grunddaten wie einzusetzende Betriebsmittel, deren Einstellwerte und - bei Änderungsplanungen - Bauteile mit effizienterem Verbrauch festgelegt. Diese Grunddaten sind Werte, die im Laufe des Lebenszyklus der Anlage oder des Gebäudes überprüft und angepasst werden.
2. Aktive elektrische Energieeffizienz: Bei der aktiven Energieeffizienz kommt der Messung von Daten eine entscheidende Rolle zu. Nur durch genaue und detaillierte Erhebung der Verbräuche bis in die Maschen hinein, lässt sich der Energiekonsum nachvollziehen und gegen Zielwerte abgleichen. Die Steuerung zur Optimierung kann dann mit entsprechenden Steuerungsgeräten in Echtzeit erfolgen.
Die passive und aktive Energieeffizienz kommt im Energieeffizienz- und Lastmanagement zur Wirkung. Betriebsmittel wie Kühl- und Beleuchtungssysteme oder Prozessantriebe werden als Haupteingangsgrößen vom Anwender festgelegt. Hinzu kommen Entscheidungen der Betreiber hinsichtlich der Nutzung von Energiequellen (regionaler Stromanbieter, lokale Erzeugung, lokale Speicherung) sowie Entscheidungen bezüglich der Lasten (beispielsweise Priorisierung bei Lastabschaltung). Entscheidend für die Effizienzoptimierung sind neben Umweltdaten wie Luftfeuchtigkeit, Helligkeit oder Temperatur vor allem die erhobenen Messdaten der angeschlossenen Lasten während des laufenden Betriebs. Hier liegt das Einsparpotenzial - die Auswahl der Messpunkte ist daher als kritischer Faktor im Energieeffizienz-System einzustufen.
Konkrete Hilfestellung für Planer und Schaltanlagenbauer
In den Anhängen der DIN VDE0100-801 finden Planer und Schaltanlagenbauer detaillierte Vorlagen zur Planung, Optimierung und Bewertung ihrer elektrotechnischen Installationen: Anhang A stellt eine Vorlage zur Bestimmung der Standorte der Transformatoren und Schaltanlagen durch Lastschwerpunktermittlung zur Verfügung. Anhand der in Anhang B dargestellten dreizehn Kriterien kann die Bewertung der Energieeffizienz-Maßnahmen (EM) einer elektrischen Anlage vorgenommen werden. Drei weitere Kriterien zur Bestimmung von Energieeffizienz-Leistungsklassen (EEPL) ergänzen die Anwendungshilfen.
Diese Anhänge verdeutlichen, welche Maßnahmen zu welcher Energieeffizienzklasse führen. Beispielhaft sei hier die Spannungsmessung (B.11) erläutert: Wird die Spannung nur periodisch in der Hauptverteilung gemessen, entspricht dies der Stufe 1. Wird permanent in der Hauptverteilung gemessen, entspricht diese EM der Stufe 2. Wird hingegen permanent in der Haupt- und Unterverteilung gemessen, ist bereits Stufe 3 erreicht. Werden zusätzlich noch die Hauptlasten gemessen, entspricht die Maßnahme der höchsten Stufe 4. Entsprechend der Stufe werden Bewertungspunkte vergeben (1=1, 2=2, ?). Die Energieeffizienzklasse ergibt sich schließlich durch die Addition aller Bewertungspunkte.
Fazit
Richtig angewandt ist die DIN VDE0100-801 eine wertvolle Hilfestellung, die es zum einen Planern erleichtert, Niederspannungsanlagen effizient zu errichten und zum anderen Unternehmen ermöglicht, Energieeinsparpotenziale in der Gebäudeautomation zu identifizieren und Maßnahmen zur Optimierung der Energieverteilung zu ergreifen. Darüber hinaus stellt die DIN VDE0100-801 alle relevanten Dokumente aus den elektrotechnischen Bereichen für übergeordnete Regelwerke - wie dem Energiemanagement-System oder Zertifizierungsnachweisen wie dem Energieausweis - zur Verfügung.
Im zweiten Teil der Normen-Serie im Schaltschrankbau wird die DIN VDE 0100-801 beleuchtet: Seit 2015 ist sie in Kraft und spricht seitdem Empfehlungen zur Optimierung des Verbrauchs von elektrischer Energie in Niederspannungsanlagen aus. Sie stellt auch das gültige Regelwerk für die Einhaltung der Energieeinsparverordnung (EnEV) dar. Ziel der Norm ist es, bei gleichbleibender Leistung und stabiler Qualität des Stroms, den in Kilowattstunden gemessenen Verbrauch zu verringern.
Bild: Schneider Electric GmbHHierfür werden die Verteilung der Energie in der Fläche sowie der Verbrauch der Energie in der Gebäudetechnik und Anlagenautomation untersucht und optimiert. Neben der Energieeinsparung werden so auch Ausfallzeiten in der Produktion und Energieverluste in der Elektroinstallation reduziert. Auch die zeitliche Verfügbarkeit von Energie - besonders im Hinblick auf die steigende Anzahl von energieautarken Gebäuden und dem Prosumer-Trend - kann durch die Umsetzung der in der Norm empfohlenen Maßnahmen wesentlich effizienter gestaltet werden. Denn es sind ganz konkrete Schritte, die in der VDE DIN0100-801 vorgeschlagen werden, um Einsparpotenziale im Energieverteilungs-Prozess zu identifizieren und auszuschöpfen. Die Wirtschaftlichkeit einer Maßnahme stellt dabei das entscheidende Auswahlkriterium für deren Realisation dar. Die Norm erläutert, wie in Wohngebäuden, in gewerblichen oder industriellen Gebäuden und in der Infrastruktur durch die Ermittlung des Lastschwerpunktes und folglich der Standortwahl der Transformatoren sowie der Bestimmung der Lastprofile die Energieverteilung optimiert werden kann. Sie gibt Auskünfte über die bestmögliche Anzahl und Anordnung der Unterverteilungen und wie man sie berechnet. Eine besondere Bedeutung kommt der Ermittlung von Zonen (etwa Produktionsgebäude, Raum oder Stockwerk) und den darin liegenden Maschen (Stromkreis oder Gruppe von Stromkreisen) in der Niederspannungsanlage zu. Je detaillierter die Energieverteilung bis in die Ebene der Maschen und der darin liegenden Lastabnehmer messbar ist, desto spezifischer können Analysen und Korrekturen im laufenden Betrieb vorgenommen und höhere Klassifizierungen bei der Bewertung der Energieeffizienz erreicht werden. Hierfür sollten Elektroplaner und Schaltanlagenbauer gemeinsam mit Bauherren, Betreibern oder Eigentümern schon früh in der Planungsphase technische Kriterien wie Helligkeit, Temperatur oder Steuerungsfunktionen sowie wirtschaftliche Kriterien wie Kennzahlen, Kosten oder Netzstabilität für einzelne Maschen festschreiben. Für die Berechnung von Kabel- und Leitungsquerschnitten bietet die DIN VDE0100-801 Kalkulationsansätze an und verweist darauf, dass unter bestimmten Bedingungen die wirtschaftliche Betrachtung einen größeren Kabelquerschnitt rechtfertigt, als er aus thermischer Sicht nötig wäre.
Bild: Schneider Electric GmbHLeistung einer Niederspannungsanlage erhalten und verbessern
Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind nicht isoliert zu betrachten. Sie sind Teil eines flexiblen Energie-Managementsystems, das über die gesamte Lebensdauer eines Gebäudes oder einer Produktionsanlage Energieverbräuche misst und optimiert. Denn neben der abnehmenden Leistung aufgrund des Lebenszyklus einer Anlage können auch Kapazitätserweiterungen, moderne Technologien, geänderte gesetzliche Bestimmungen oder einfach die neue Nutzungsart eines Gebäudes Grund für eine Änderung beziehungsweise Anpassung der elektrischen Energieverteilung oder der Gebäudeautomation sein. Die Norm unterscheidet in diesem Zusammenhang zwischen passiver und aktiver Energieeffizienz:
1. Passive Energieeffizienz: Zunächst werden Grunddaten wie einzusetzende Betriebsmittel, deren Einstellwerte und - bei Änderungsplanungen - Bauteile mit effizienterem Verbrauch festgelegt. Diese Grunddaten sind Werte, die im Laufe des Lebenszyklus der Anlage oder des Gebäudes überprüft und angepasst werden.
2. Aktive elektrische Energieeffizienz: Bei der aktiven Energieeffizienz kommt der Messung von Daten eine entscheidende Rolle zu. Nur durch genaue und detaillierte Erhebung der Verbräuche bis in die Maschen hinein, lässt sich der Energiekonsum nachvollziehen und gegen Zielwerte abgleichen. Die Steuerung zur Optimierung kann dann mit entsprechenden Steuerungsgeräten in Echtzeit erfolgen.
Die passive und aktive Energieeffizienz kommt im Energieeffizienz- und Lastmanagement zur Wirkung. Betriebsmittel wie Kühl- und Beleuchtungssysteme oder Prozessantriebe werden als Haupteingangsgrößen vom Anwender festgelegt. Hinzu kommen Entscheidungen der Betreiber hinsichtlich der Nutzung von Energiequellen (regionaler Stromanbieter, lokale Erzeugung, lokale Speicherung) sowie Entscheidungen bezüglich der Lasten (beispielsweise Priorisierung bei Lastabschaltung). Entscheidend für die Effizienzoptimierung sind neben Umweltdaten wie Luftfeuchtigkeit, Helligkeit oder Temperatur vor allem die erhobenen Messdaten der angeschlossenen Lasten während des laufenden Betriebs. Hier liegt das Einsparpotenzial - die Auswahl der Messpunkte ist daher als kritischer Faktor im Energieeffizienz-System einzustufen.
Konkrete Hilfestellung für Planer und Schaltanlagenbauer
In den Anhängen der DIN VDE0100-801 finden Planer und Schaltanlagenbauer detaillierte Vorlagen zur Planung, Optimierung und Bewertung ihrer elektrotechnischen Installationen: Anhang A stellt eine Vorlage zur Bestimmung der Standorte der Transformatoren und Schaltanlagen durch Lastschwerpunktermittlung zur Verfügung. Anhand der in Anhang B dargestellten dreizehn Kriterien kann die Bewertung der Energieeffizienz-Maßnahmen (EM) einer elektrischen Anlage vorgenommen werden. Drei weitere Kriterien zur Bestimmung von Energieeffizienz-Leistungsklassen (EEPL) ergänzen die Anwendungshilfen.
Diese Anhänge verdeutlichen, welche Maßnahmen zu welcher Energieeffizienzklasse führen. Beispielhaft sei hier die Spannungsmessung (B.11) erläutert: Wird die Spannung nur periodisch in der Hauptverteilung gemessen, entspricht dies der Stufe 1. Wird permanent in der Hauptverteilung gemessen, entspricht diese EM der Stufe 2. Wird hingegen permanent in der Haupt- und Unterverteilung gemessen, ist bereits Stufe 3 erreicht. Werden zusätzlich noch die Hauptlasten gemessen, entspricht die Maßnahme der höchsten Stufe 4. Entsprechend der Stufe werden Bewertungspunkte vergeben (1=1, 2=2, ?). Die Energieeffizienzklasse ergibt sich schließlich durch die Addition aller Bewertungspunkte.
Fazit
Richtig angewandt ist die DIN VDE0100-801 eine wertvolle Hilfestellung, die es zum einen Planern erleichtert, Niederspannungsanlagen effizient zu errichten und zum anderen Unternehmen ermöglicht, Energieeinsparpotenziale in der Gebäudeautomation zu identifizieren und Maßnahmen zur Optimierung der Energieverteilung zu ergreifen. Darüber hinaus stellt die DIN VDE0100-801 alle relevanten Dokumente aus den elektrotechnischen Bereichen für übergeordnete Regelwerke - wie dem Energiemanagement-System oder Zertifizierungsnachweisen wie dem Energieausweis - zur Verfügung.
Schneider Electric GmbH
Dieser Artikel erschien in SCHALTSCHRANKBAU 6 2017 - 17.11.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.schaltschrankbau-magazin.de
