Nächtliche Grundlast erkennen und bewerten

Die Grundlast eines Gebäudes ist die Leistung, die auch dann bezogen wird, wenn dort niemand arbeitet. Ein Teil davon muss weiterlaufen: Kühlung, Serverräume, Brandmelde- und Sicherheitssysteme, Frostschutz und Lüftung, die Räume sicher hält. Ein anderer Teil ist vermeidbar: eingeschaltete Beleuchtung, Lüftungsanlagen, die durch eine Übersteuerung im Belegungsbetrieb bleiben, und Geräte im Standby. Fehler in Beleuchtungs- und Lüftungszeitplänen werden im BMS behoben. Druckluftlecks und eine fehlende Frostschutzverriegelung erfordern Wartungs- oder Steuerungsarbeiten. Schalten Sie eine Last erst ab, wenn die Daten zeigen, dass sie vermeidbar ist.

Betriebsfreie Zeiten auswerten

Verwenden Sie Intervallwerte mit einer Auflösung von höchstens 15 Minuten, um die Nachtlast zu bewerten. Monatssummen trennen Tag und Nacht nicht. Weder 15- noch 30-Minuten-Daten zeigen einen Zyklus, der kürzer als das Intervall ist. Läuft ein Verdichter alle zehn Minuten für fünf Minuten, erscheint in jedem Intervall eine gleichmäßige Leistung in Höhe der halben Betriebsleistung. Um den Zyklus zu erkennen, messen Sie seinen Stromkreis im Minutenintervall oder feiner.

Trennen Sie Werktagnächte, Wochenenden, Feiertage und ungewöhnliche Ereignisse wie eine Abschaltung oder nächtliche Wartung. Vergleichen Sie ähnliche Zeiträume. Wandeln Sie Zeitstempel in die Ortszeit um, bevor Sie das betriebsfreie Fenster auswählen. Erfolgt die Auswahl in UTC, verschiebt sich das Fenster bei jeder Zeitumstellung um eine Stunde und kann den morgendlichen Anlauf enthalten.

Verwenden Sie Perzentile, um das Lastniveau zu bestimmen. Die Lastprofilstudie des Lawrence Berkeley National Laboratory definiert das 2,5. Perzentil der täglichen Intervallleistung als betriebsnahe Grundlast und das 97,5. Perzentil als betriebsnahe Spitzenlast. Verwenden Sie nicht den Minimalwert: Ein einzelner Ausfall oder fehlender Zählerwert kann ihn bestimmen, ohne etwas über den normalen Betrieb auszusagen.

Das Verhältnis von betriebsnaher Grundlast zu betriebsnaher Spitzenlast zeigt schnell, ob die Grundlast eine Erklärung braucht. Die Studie nennt für vier Gebäude in Martinez, Kalifornien, die Medianwerte an Werktagen von Frühjahr bis Herbst 2008:

Jugendhaftanstalt und Gefängnis sind rund um die Uhr belegt; ihre Nachtlast ist deshalb zu erwarten. Büro A hat ein höheres Verhältnis als beide. Ein Büro mit einem ähnlichen Verhältnis und ohne Serverraum oder Prozesslast als Erklärung sollte nachts begangen werden.

Vergleichen Sie das Lastprofil mit diesen Mustern:

Eine konstante Last von 20 kW und eine Last, die bei 50 % Einschaltdauer zwischen 0 und 40 kW wechselt, verbrauchen in einer Nacht gleich viel Energie. Sie weisen jedoch auf unterschiedliche Geräte hin.

Den vermeidbaren Anteil bewerten

Bewerten Sie nur den nachweislich vermeidbaren Teil, nicht die gesamte Nachtlast. Leiten Sie die Stunden aus der tatsächlichen Belegung ab, nicht aus der Anzahl der Nächte.

Ein Büro ist montags bis freitags von 07:00 bis 19:00 Uhr belegt. Das sind 60 der 168 Wochenstunden; 108 Stunden pro Woche beziehungsweise 5.616 Stunden in 52 Wochen bleiben unbelegt. Irland hat zehn gesetzliche Feiertage. Bleibt das Büro an jedem dieser Tage für einen Werktag geschlossen, kommen zehnmal zwölf Stunden, also 120 Stunden, hinzu. Insgesamt sind es 5.736 Stunden oder 65 % des Jahres. Der verbleibende Tag nach 52 Wochen ergänzt je nach Wochentag weitere 12 oder 24 Stunden. Eine vermeidbare Last von 8 kW über die berechneten Stunden ergibt:

8 kW × 5.736 h = 45.888 kWh pro Jahr

Bei 0,25 € pro kWh wären das 11.472 € pro Jahr. Wer nur Werktagnächte mit zwölf Stunden an 250 Nächten zählt, kommt auf 3.000 Stunden und 24.000 kWh und übersieht damit fast die Hälfte des vermeidbaren Verbrauchs.

Bewerten Sie jede Stunde mit dem jeweils geltenden Tarif. In den Netznutzungstarifen von ESB Networks für Geschäftskunden mit Intervallzähler läuft die Nachtperiode im Sommer und Winter von 23:00 bis 08:00 Uhr. Nehmen wir einen Tarif mit einem Nachtpreis in diesem Zeitfenster und einem Tagespreis für alle übrigen Stunden; die Spitzenzeit von 17:00 bis 19:00 Uhr bleibt hier unberücksichtigt. Beim Büro oben fallen an jedem Werktag acht unbelegte Stunden in die Nachtperiode und vier von 19:00 bis 23:00 Uhr in die Tagesperiode. Jeder Wochenendtag hat neun Nacht- und 15 Tagesstunden. Jeder Feiertag ergänzt eine Nachtstunde von 07:00 bis 08:00 Uhr und elf Tagesstunden. Bei angenommenen 0,15 € pro kWh nachts und 0,25 € tagsüber ergibt sich:

Der pauschal berechnete Wert überschätzt diese Einsparung um 2.421 € beziehungsweise 27 %. Der FEMP-Leitfaden zu Tarifoptionen erklärt zeitabhängige Tarife. Beide Werte lassen Grund- und Leistungspreise sowie die Kosten der Maßnahme außer Acht. Der Stromkostenrechner berücksichtigt weitere Bestandteile einer Rechnung.

Prüfen Sie Blindenergie, bevor Sie eine große Nachtlast abschalten. Für Kunden mit Leistungsmessung berechnet ESB Networks einen Zuschlag auf kVArh oberhalb eines Drittels der kWh im Abrechnungszeitraum. Das entspricht einem Leistungsfaktor von etwa 0,95. Der Magnetisierungsstrom des Transformators und schwach ausgelastete Motoren beziehen die ganze Nacht Blindleistung. Wird eine Wirklast wie Beleuchtung oder elektrische Heizung abgeschaltet, können die kWh sinken, während die kVArh gleich bleiben; das Verhältnis steigt.

Für eine zyklische Last verwenden Sie die mittlere Leistung über vollständige betriebsfreie Zeitfenster, nicht die Typenschildleistung oder einen einzelnen Spitzenwert. Enthält ein Fenster viele Zyklen, bleibt der Fehler durch angeschnittene Zyklen an seinen Rändern klein: Ein Zwölfstundenfenster umfasst 36 Zyklen zu je 20 Minuten. Mitteln Sie über mehrere vergleichbare Nächte, damit eine ungewöhnliche Nacht das Ergebnis nicht bestimmt.

Lasten bis zum Gerät verfolgen

Beginnen Sie mit dem Lastprofil des gesamten Gebäudes. Ergänzen Sie Messpunkte dort, wo sie unterschiedliche Erklärungen trennen: zuerst an den Hauptverteilungen, dann an den Stromkreisen der Verteilung mit der höchsten Nachtlast. Addieren Sie einen Verteilungszähler nicht zu seinen nachgeordneten Stromkreiszählern, denn damit zählen Sie dieselbe Last doppelt. Die Differenz zwischen Verteilungswert und Summe der erfassten Stromkreise ist der nicht separat gemessene Rest. Der Leitfaden zur Unterzählung erklärt die Auswahl der Messpunkte.

Befindet sich der Abrechnungszähler auf der Mittelspannungsseite eines standorteigenen Transformators, enthält sein Nachtwert auch Transformatorverluste, die kein nachgelagerter Stromkreiszähler sieht. Der Leerlaufverlust entsteht, solange der Transformator unter Spannung steht. Der Tier-2-Grenzwert der Verordnung (EU) Nr. 548/2014 für einen neuen flüssigkeitsgefüllten 1.000-kVA-Transformator beträgt 693 W, also etwa 6.070 kWh pro Jahr. Ein älterer Transformator kann höhere Verluste haben. Lastverluste steigen mit dem Quadrat des Stroms. Bei 20 % Last betragen sie 4 % des Werts bei Volllast: 304 W gegenüber dem Tier-2-Grenzwert von 7.600 W. Berücksichtigen Sie beide Verluste im nicht separat gemessenen Rest. Sie sind kein Fehler.

Prüfen Sie jeden neuen Zähler auf negative Leistung in einzelnen Phasen, bevor Sie seine Daten nutzen. Ein verkehrt herum montierter Stromsensor kann vom Gesamtwert abziehen und eine Nachtlast verdecken. Der Leitfaden zu negativer Leistung zeigt, wie Sie das feststellen.

Prüfen Sie zunächst:

• Sinkt die Leistung, wenn Reinigungskräfte oder die letzte Schicht das Gebäude verlassen?
• Entsprechen Lüftungs- und Heizungszeitpläne der tatsächlichen Belegung, einschließlich Feiertagen?
• Laufen Heizung oder Kühlung während einer Abschaltung?
• Blieb nach Wartungsarbeiten eine manuelle Übersteuerung aktiv?
• Verteilt sich die Standby-Last auf viele kleine Geräte oder stammt sie aus einem Stromkreis?

Sehen Sie bei einer nächtlichen Begehung nach Lüftungsanlagen, verfolgen Sie Heizung und Frostschutz ohne Verriegelung durch die Außentemperatur und prüfen Sie Warmwasserbereitung rund um die Uhr sowie Druckluftanlagen.

An einem Standort mit Druckluft dient die nächtliche Verdichterlast auch als Leckagetest. Wenn alle Druckluftverbraucher ausgeschaltet sind, läuft der Verdichter im Last- und Leerlaufbetrieb, um entweichende Luft zu ersetzen. Das Merkblatt zu Druckluftlecks des DOE und der Compressed Air Challenge berechnet die Leckage als Anteil der Verdichterkapazität:

Leckage (%) = (T × 100) / (T + t)

T ist die durchschnittliche Lastlaufzeit und t die durchschnittliche Leerlaufzeit, jeweils in Minuten. Ein Zähler am Verdichterstromkreis zeigt beides in seinem Leistungsprofil. Läuft der Verdichter drei Minuten unter Last und neun Minuten im Leerlauf, gehen 25 % seiner Kapazität durch Lecks verloren. Das Merkblatt nennt unter 10 % für ein gut gewartetes System, 20 % für eine typische schlecht gewartete Anlage und bis zu 30 % für eine Anlage in schlechtem Zustand. Es empfiehlt, den Test vierteljährlich durchzuführen.

Eine Übereinstimmung mit einem Zeitplan oder Ereignis zeigt, wo Sie suchen sollten. Klären Sie vor einem Änderungsvorschlag, welches Gerät läuft und warum. Manche Nachtlasten sind beabsichtigt: ein Kühlraum, der die Produkttemperatur hält, eine Heizung zum Frostschutz des Sprinklerpumpenraums oder ein Serverraum für einen gehosteten Dienst.

Änderungen verifizieren

Halten Sie vor der Änderung den Zeitplan, den Anlagenzustand, die Außentemperatur oder Produktion und den Messzeitraum fest. Stimmen Sie die Änderung mit der für die Anlage verantwortlichen Person ab.

Messen Sie die Einsparung an der betroffenen Verteilung oder am betroffenen Stromkreis, nicht am Hauptzähler, der alle anderen Veränderungen im Gebäude mit erfasst. Das entspricht Option B, der Abgrenzung der Maßnahme mit Messung aller Parameter, in den FEMP-Richtlinien zur Messung und Verifizierung. Die Richtlinien verlangen einen Messzeitraum über das gesamte Spektrum der Betriebsbedingungen. Für eine Änderung des Nachtzeitplans verwenden wir mindestens vier vergleichbare Wochen davor und danach. Das ergibt je Zeitraum etwa 20 Werktagnächte und acht Wochenendtage. Bei Heizung oder Frostschutz normalisieren Sie den Wettereinfluss über Heizgradtage oder vergleichen nur Nächte mit ähnlicher Außentemperatur.

Vergleichen Sie ganze Tage, nicht nur Nächte. Eine niedrigere Nachttemperatur kann morgens längeres Aufheizen und eine höhere Leistungsspitze bewirken. Sinkt der Nachtverbrauch um 40 kWh und steigt der Verbrauch während des Aufheizens von 06:00 bis 09:00 Uhr um 15 kWh, beträgt die Einsparung 25 kWh pro Tag. Eine höhere Morgenspitze kann zudem den Leistungspreis erhöhen. Der Leitfaden zur Einsparungsmessung erklärt den Unterschied zwischen Rohänderung und bereinigter Einsparung.

Aus der Untersuchung ein Monitoring machen

Legen Sie für jede betriebsfreie Zeit einen erwarteten Bereich fest und dokumentieren Sie den zugrunde liegenden Zeitplan. Berechnen Sie für jede der letzten 20 vergleichbaren Werktagnächte, also für vier Wochen, die mittlere Leistung im betriebsfreien Zeitfenster. Setzen Sie die Obergrenze auf den höchsten dieser Werte plus eine Marge, zum Beispiel 10 %. Der höchste Wert bezeichnet die bisher beobachtete normale Obergrenze; die Marge lässt eine leicht abweichende Nacht zu. Bei wetterabhängigen Lasten braucht es eine größere Marge.

Diese Methode hat eine Schwäche: Eine fehlerhafte Nacht unter den 20 hebt die Grenze an, bis sie aus dem Betrachtungsfenster fällt. Entfernen Sie Nächte mit bekanntem Fehler vor der Berechnung. Verwenden Sie für Wochenenden einen eigenen Bereich. Setzen Sie den Bereich nach jeder genehmigten Änderung neu fest. Sonst kann eine Last langsam auf ihren alten Wert zurückkehren und trotzdem innerhalb der alten Grenze bleiben.

Wenn die Nachtlast den erwarteten Bereich verlässt, senden Sie eine Meldung an eine benannte Person. Die Meldung nennt den Stromkreis, die gemessene Leistung in kW, den erwarteten Bereich und den Zeitraum. Eine Meldung mit nur dem Gesamtwert des Gebäudes sagt nicht, was zu prüfen ist.

Nachtlast mit ZEM und Edge messen und überwachen

ZEM-Strommonitore messen die Verteilungen und Stromkreise, aus denen sich die Nachtlast zusammensetzt. Ein ZEM überträgt die Werte per Zigbee; dafür muss kein Datenkabel bis zur Verteilung geführt werden. Eine qualifizierte Elektrofachkraft montiert die Stromsensoren und den Spannungsabgriff. Außerdem ist eine Hilfsspannungsversorgung mit 85 bis 480 V AC erforderlich.

Ein Gateway mit Edge hält die Intervallhistorie vor Ort und stellt sie je Stromkreis grafisch dar. Eine Edge-Automationsregel für die Leistung eines Stromkreises kann einen Alarm auslösen und eine E-Mail versenden. Die Regel kann auf ein Zeitfenster über Mitternacht begrenzt werden, beispielsweise 19:00 bis 07:00 Uhr an ausgewählten Tagen. Edge wertet dieses Fenster in der Ortszeit des Gateways aus, sodass es sich bei einer Zeitumstellung nicht verschiebt. Wählen Sie eine Wartezeit, die länger als ein normaler Zyklus der Last ist, damit ein einzelner Verdichterstart keinen Alarm auslöst. Eine separate Datenqualitätsregel meldet veraltete Zählerdaten, damit ein stummer Zähler nicht als konstante Last erscheint.