BACnet.Live@light+building 15. Mai 2014 Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT) Anwendung...

April 11, 2023

BACnet.Live@light+building

Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT)

Anwendung und Forschung im Bereich der heterogenen Gebäudeautomation

Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T. Siebel

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Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.SiebelApril 11, 2023

Der Studiengang Gebäudeenergie- und –informationstechnik

• Kombiniertes Studium der Energietechnik (Energie-, Umwelt-, Klima- und Heizungstechnik) und der angewandten Automation

• Forschung im Bereich der Anwendung heterogener Gebäudeautomation, MSR und Versorgungstechnik

• Planungs- und anwendungsbezogenes Studium

• Zielsetzung: Sicheres und optimales Anwenden der Gebäudeautomation unter energetischen und integrationsplanerischen Aspekten

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Der Studiengang Gebäudeenergie- und –informationstechnik

SystemintegrationSystemautomation

InformationsmanagementKrisenmanagement

SystemintegrationSystemautomation

InformationsmanagementKrisenmanagement

WärmeerzeugungWärmeerzeugung

KälteerzeugungKälteerzeugung

HeizungHeizung

SanitärSanitär

BeleuchtungBeleuchtung

SonnenschutzSonnenschutzElektro

Elektro

BrandschutzBrandschutz

Security, ZutrittSecurity, Zutritt

AufzügeAufzüge

USV, NotstromUSV, Notstrom

Klima, LüftungKlima, LüftungBACnet Gebäudeautomation –

der Schlüssel für integratives Betreiben von komplexen technischen Systemen

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Forschungen, Abschlussarbeiten und Weiterqualifizierung

• Forschungsarbeit:

• Patentierte Hydraulikregelung OpDeCoLo

– 0ptimized Dehumidification Control Loop

• Ist ein optimierter Regel- und Steuerungsalgorithmus für die Zuluftentfeuchtung unter besonderer Berücksichtigung der Behaglichkeit (Komfortaspekt) bzw. technischer Grenzparameter (für technische Anlagen)

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Patentierte Hydraulikregelung OpDeCoLo

• Schaltung 1: Luftkühler, beimischgeregelt

• Konstanter Massenstrom, variableTemperatur am Vorlauf

• Kühlung ohne Entfeuchtung• Geeignet nur für reine Kühlzwecke, da

zur Entfeuchtung erst bis zur Taupunkt-Temperatur heruntergekühlt werden müsste. => Energieverschwendung

• Schaltung 2: Luftkühler, mengengeregelt

• Variable Wassermenge (Massenstrom),konstante Temperatur am Vorlauf.

• Kühlung mit Entfeuchtung auch beigeringer Last.

• Benötigt mehr Kühlenergie um die Luftvon A nach B abzukühlen.

• Für Entfeuchtung in Klimaanlagen besser geeignet.

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• Punkte, die in dem orangefarbenen Feld zwischen den beiden Strecken 1 – 2 – 5 und 1 – 3 – 4 – 5 liegen,sind ohne besondere bauliche Aufwendungen an der Anlage nicht erreichbar.

• OpDeCoLo bietet eine intelligente Möglichkeit durch den Einsatz einer drehzahlgeregelten Pumpe die beiden Vorteile der hydraulischen Schaltungen miteinander zu kombinieren. Dabei ist die Kühlmitteleintrittstemperatur(Beimischkomponente) für die Entfeuchtung, die Kühlmittelmenge (Mengenkomponente) für die Temperatur-Reduktion verantwortlich.

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a

h

h

kg

kg

kJ

909810012 h Betrieb

909610024 h Betrieb

OpDeCoLomengengeregelter

Luftkühlerbeimischgeregelter

Luftkühler

spezifischer Jahreskühlenergiebedarf in ProzentOrt

Mannheim

2,5 Milliarden € /a werden für die Gebäudekühlung in Deutschland ausgegeben. Quelle VDI Nachrichten 02/2010

Durch den Einsatz von OpDeCoLo kann fast 10 % der eingesetzten Kühlenergie für RLT eingespart werden, ohne dass qualitative Einbußen an der Raumklimaqualität wirksam werden.

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• Diplomarbeit:

• Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren

– Ist ein Regel- und Steuerungsalgorithmus für die energieoptimierte Kühlung von Rechenzentren, deren Rackanordnung in Kalt- und Warmgangzonen aufgeteilt ist.

– Unterstützt die freie und bivalente Kälteerzeugung bei RZ.

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Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren

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Messprinzip:

• Die Kaltluft passiert zuerst den Doppelboden und durchströmt die perforierten Doppelbodenplatten mit dem Volumenstrom , um im Kaltgang die Temperatur T1 sicherzustellen.

• Die Serverlüfter fördern den unbekannten Volumenstrom durch die Serverschränke, sodass sich die Luft auf Temperatur T2 erwärmt. Der Volumenstrom strömt als Ausgleichsströmung durch die Messöffnung, wodurch sich eine Temperaturänderung am Messpunkt T3 ergibt.

• Mit diesem Messpunkt lässt sich auf die Volumenströme der Server-Racks rückschließen.

1V

2V

3V

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Erstes Szenario: Rackvolumenstrom gleich eingebrachter Volumenstrom

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• Erstes Szenario: Rackvolumenstrom gleich eingebrachter Volumenstrom

• Der durch die Server strömende Volumenstrom entspricht dem im Kaltgang eingebrachten Volumenstrom.

• Es treten dadurch keine Druckdifferenzen auf.

• In der Messöffnung stellt sich durch den fehlenden Volumenstrom eine Mischtemperatur von ca. 20 ° C ein.

• Die FU bleiben konstant auf der eingestellten Drehzahl stehen.

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Zweites Szenario: Rackvolumenstrom höher als eingebrachter Volumenstrom

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Temperaturdifferenz zwischen Szenario 1 und Szenario 2

• Zweites Szenario: Rackvolumenstrom höher als eingebrachter Volumenstrom

• Der durch die Server strömende Volumenstrom ist höher als der im Kaltgang eingebrachte Volumenstrom.

• Es tritt dadurch Unterdruck im Kaltgang auf.

• In der Messöffnung stellt sich durch den einströmenden Volumenstrom eine um 7K höhere Temperatur im Vergleich zu Szenario 1 als im Kaltgang ein.

• Die Drehzahlen der FU der ULKG des jeweiligen Kaltgangs werden solange angehoben, bis wieder ein ausgeglichenes Mischtemperaturverhältnis an der Öffnung entsteht.

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Drittes Szenario: Rackvolumenstrom ist kleiner als eingebrachter Volumenstrom

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• Drittes Szenario: Rackvolumenstrom kleiner als eingebrachter Volumenstrom

• Der durch die Server strömende Volumenstrom ist niedriger als der im Kaltgang eingebrachte Volumenstrom.

• Es tritt dadurch Überdruck im Kaltgang auf.

• In der Messöffnung stellt sich durch den einströmenden Volumenstrom im Vergleich zum ersten Szenario eine um 3K niedrigere Temperatur ein, die der Kaltgangtemperatur entspricht.

• Die Drehzahlen der FU der ULKG des jeweiligen Kaltgangs werden solange abgesenkt, bis wieder ein ausgeglichenes Mischtemperaturverhältnis an der Öffnung entsteht.

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• Kostenreduzierung:

• Gerechnet wurde mit 15 ULKG mit einem Einzelvolumenstrom von 31.500 m3/h. Die ULKG enthalten jeweils 3 Einzelventilatoren zu 6,3 kW.

• Die Geamtleistung für 15 ULKG beträgt 283,5 kW. Dies entspricht einer Arbeit je Jahr von 2.500 MWh.

• Durch Einsatz der Regelung reduziert sich der Verbrauch auf ca. 1.270 MWh.

• Durch die jetzt bedarfsgerecht geregelten Ventilatoren werden umgerechnet ca. 127.000,00 € je Jahr eingespart.

• Sofern die Kaltgänge bereits eingehaust sind, müssen lediglich Sensoren und möglicherweise I/O sowie das DDC-Programm nachgerüstet werden.

• Diese Investitionen schwanken somit in Abhängigkeit des Ausbauzustands zwischen etwa 10.000,00 € und etwa 50.000,00 €, je nach Ausbauzustand und Größe des Rechenzentrums.

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• Bachelorarbeit:

• Umbrella-Systeme, Cluster-Systeme

– Integration verschiedener Managementsysteme zu einem Umbrella-System für das Monitoring aller TGA-Systeme in einem hochverfügbaren Rechenzentrum nach TIER IV, TIA 942.

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Was kostet ein Ausfall eines Rechenzentrums? (Direkt messbare Kosten)

Quelle: AT&T Gartner TPPC 2002

Geschäftsfeld Branche Verluste in T€/Stunde

Finanzwesen Börse

Finanzwesen Geldhandel / Versicherungen

Medien Pay-TV

Großhandel Über TV

Großhandel Über Kataloge

Tourismus Buchungsdienste

Logistik Paketdienste, Post

11.900

4.300

280

210

165

165

50

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Der Betrieb eines Rechenzentrums.

Rechen-zentrum

GEFMA100

DIN 31051

VDMA 24196

ITILISO 20000

TIA 942 BSI 100BetriebsvorschriftenNormen (nicht vollständig)

ISO14001

ManagementsystemeZertifizierungen

ISO9001

ISO27000

ISO50001

Gesetzliche Vorschriften

BSITÜV-ITBICSI

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Der Betrieb eines Rechenzentrums.

Notwendige Informationen zum Betreibeneines Rechenzentrums (365 / 7 / 24)

Versorgungs-und sicherheits-

technische Systeme

VDMA 24196CAFM

ISO 50001ISO 14001

Informations-technische

Systeme

SystemverwaltungITILBSI

ISO 20000

OperatingImplementierung

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Fehlereinflussgrößen für Betriebsausfälle in Rechenzentren

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

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Ergonomische Anforderungen an Informationssysteme

TGA-Planungsanforderungen

IT-/ NW-Planungsanforderungen

Zahlenquelle: APC Whitepaper #6Ca. 60% der Ausfälle werden durch Menschen direkt ausgelöst oder verschlimmert.

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• Schaffung eines übergeordneten Managementsystems: Vernetzung aller alarmgebenden Systeme möglichst mit einheitlichemProtokoll, so dass Daten innerhalb des abgestimmten Interoperabilitäts- bereiches allen Systemen gegenseitig zur Verfügung stehen.

• Homogene, einfache und benutzerfreundliche Bedienung

• Sicherheitsaspekte in Bezug auf die Sicherheitslage der Rechenzentren

• (Redundanzen, Manipulationssicherheit, Dokumentationssicherheit )

• Hilfe bei Störfällen, intelligente Entstressung

Ergonomie und Verfügbarkeit

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Krisenmanagement

Schadensereignis

ZeitVorwarnzeit Entdeckungszeit Reaktionszeit Ereignisbewältigung

Eskalation des Ereignisses, wenn Maßnahmen nicht gegriffen haben oder Ereignis unbemerkt bleibt

Kritische Ausfallzeit

Frühwarnindikatorennegative Veränderung

Eintrittdes Schadenereignisses

Alarmindikatoren, welche Alarm auslösen

Eskalationsindikatoren

Forschung und Entwicklung konzentrierensich auf die Zeit vor Eintritt des Schaden-ereignisses sowie auf die Verkürzung von Vorwarn- und Entdeckungszeit.

Identifikation geeigneter Parameter zur Prognosebildung.

Unterstützung durch ergonomischere Gestaltung der Bedienung und Alarmierung von Managementsystemen und der Entstressung zur Vermeidung menschlicher Fehlbedienungen.

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Erfolgsfaktoren eines Krisenmanagements im Rechenzentrum

• Homogene und einheitliche Bedienoberfläche für alle krisenrelevanten Systeme

• Programmierte Intelligenz im Umbrella-System, um Unterstützung bei technischen Problemen zu geben

• Implementierung der Notfall- und Alarmpläne

• Keine Unterscheidung, aus welchem System eine krisenrelevante Störung kommt.

• Alle krisenrelevanten Störungen werden gefiltert, priorisiert und zu einer eindeutigen Handlungsanweisung geführt, die innerhalb eines bestimmten Zeitfensters abgearbeitet werden muss.

• Schneller Neuaufbau einer temporären Sicherheitsleitzentrale bei Zerstörung der Hauptleitzentrale auf

Basis IP-basierter Systeme.

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Lösungen• Virtualisierung der Leitzentralsoftwarelösungen

• Redundanz der Leitzentralsoftwarelösungen

• Clustering der Hardwareplattformen zur Schaffung einer hochverfügbaren Rechner-Hardwarebasis

• Hochredundant ausgelegtes, breitbandiges und fehlertolerantes IP-Übertragungsnetz ohne Umschaltmechanismen

• Implementiertes Krisenmanagement

• Einheitliche Bedienoberflächen und einheitliche Bedienung eines Umbrella-Leitsystems

• Redundante und hochverfügbare Automationsstationen

• BACnet/IP

• Lösungen müssen individualisiert anpassbar sein.

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• Weiterqualifizierung:

– Masterstudiengang angewandte Automation

– Mitarbeit im BIG / AMEV-Arbeitskreis „Qualifikation von GA-Planern“

– Zukünftige Ausbildungs- und Prüfungseinrichtung für die Weiterqualifikation von Ingenieuren für die GA-Planung.

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Kontakt und Informationen

Prof. Dr. Nils T.Siebel

Studiengangssprecher GEIT

Wilhelminenhofstraße 75A

12459 Berlin

Fon: (030) 5019-3299

Fax: (030) 5019-483299

E-Mail: [email protected]

http://www.geit-berlin.de/

Dipl. Ing. Mario Betros

Lehrbeauftragter Gebäudeautomation

Wilhelminenhofstraße 75A

12459 Berlin

Fon: (033056) 408-264

Fax: (033056) 408-366

E-Mail: [email protected]

[email protected]

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