Gebäude-Energie-Management-System

Beschreibung

Nach der Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) sind Gebäude für etwa 40 % des Energieverbrauchs und 36 % der CO2-Emissionen in der EU verantwortlich. Derzeit sind etwa 35 % der Gebäude in der EU über 50 Jahre alt, und fast 75 % des Gebäudebestands sind energieineffizient. Gebäude sind daher der größte Energieverbraucher in Europa und bieten ein enormes Potenzial für Energieeffizienzsteigerungen. Derzeit wird jährlich nur etwa 1 % des Gebäudebestands renoviert. Die Renovierung bestehender Gebäude kann zu erheblichen Energieeinsparungen führen, da sie den Gesamtenergieverbrauch der EU um 5-6 % und die CO2-Emissionen um etwa 5 % senken könnte. Eine Möglichkeit, die Energieeffizienz von Gebäuden zu steigern, ist die Einführung eines Gebäudeenergiemanagementsystems (BEMS).

BEMS sind zentralisierte, computergestützte Systeme, die eine Echtzeitüberwachung und integrierte Steuerung von Gebäudedienstleistungen und -anlagen zur Optimierung des Energieverbrauchs ermöglichen. Sie steuern in der Regel die Beleuchtung, die Stromversorgung, die Warmwasserbereitung und die HLK-Anlagen (Heizung, Lüftung, Klimaanlagen). Das System überwacht die von verschiedenen Sensoren im Gebäude (intelligente Zähler, Belegungs-, Temperatur-, Kohlendioxid- und Feuchtigkeitssensoren usw.) erhaltenen Informationen und optimiert den Energieverbrauch unter Wahrung von Sicherheit und Komfort.

Diese Systeme können auch zur Verbesserung der Gesundheit und der Sicherheit der Bewohner eingesetzt werden, indem sie die Umgebung, Notfallmaßnahmen und regelmäßige Wartungspläne kontrollieren und überwachen. Die Technologie kann sowohl in Wohn- als auch in Geschäftsgebäuden und in verschiedenen Größenordnungen eingesetzt werden, von kleinen unabhängigen Gebäuden bis hin zu komplexen Anlagen mit mehreren Gebäuden.

(Europäische Kommission)

Zu lösende Probleme

Wertschöpfungsmodell

Zusätzlich zu den oben genannten Vorteilen kann der Eigenverbrauch in Gebäuden mit erneuerbaren Energiesystemen mit BEMS maximiert werden. Durch die Integration von Vehicle-to-Grid (V2G)- und Vehicle-to-Home (V2H)-Funktionen können auch Hilfsdienste für das Netz bereitgestellt werden.

Vorschriften

In der EU gibt es zwei wichtige Richtlinien zur Reduzierung des Energieverbrauchs in Gebäuden: Die Energieeffizienz-Richtlinie und die Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden, wobei beide Richtlinien im Jahr 2018 im Rahmen des Pakets "Saubere Energie für alle Europäer" geändert wurden:

Energieeffizienz-Richtlinie 2018/2002

Das Schlüsselelement der geänderten Richtlinie (2018/2002) ist die Aktualisierung des politischen Rahmens bis zum Jahr 2030 und darüber hinaus, mit einem Energieeffizienzziel von mindestens 32,5 % bis 2030, gegenüber dem zuvor festgelegten Ziel von 20 % bis 2020.

Die Richtlinie lässt eine mögliche Anhebung des Ziels im Jahr 2023 zu, wenn es aufgrund wirtschaftlicher oder technologischer Entwicklungen zu erheblichen Kostensenkungen kommt. Sie beinhaltet auch eine Ausweitung der Verpflichtung zur Energieeinsparung beim Endverbrauch, die mit der Richtlinie von 2012 eingeführt wurde. Gemäß der Änderungsrichtlinie müssen die EU-Länder im Zeitraum 2021-2030 jedes Jahr neue Energieeinsparungen von 0,8 % des Endenergieverbrauchs erzielen, mit Ausnahme von Zypern und Malta, die stattdessen 0,24 % pro Jahr erreichen müssen.

Weitere Elemente der geänderten Richtlinie sind:

• strengere Vorschriften für die Messung und Abrechnung von Wärmeenergie, indem den Verbrauchern - insbesondere in Mehrfamilienhäusern mit kollektiven Heizsystemen - ein klareres Recht auf häufigere und nützlichere Informationen über ihren Energieverbrauch eingeräumt wird, so dass sie ihre Heizkostenrechnungen besser verstehen und kontrollieren können
• Verpflichtung der Mitgliedstaaten, transparente, öffentlich zugängliche nationale Vorschriften für die Umlage der Kosten für Heizung, Kühlung und Warmwasserverbrauch in Mehrfamilienhäusern und Mehrzweckgebäuden mit kollektiven Systemen für diese Dienstleistungen einzuführen
• Überwachung des Wirkungsgrads neuer Energieerzeugungskapazitäten
• aktualisierter Primärenergiefaktor (PEF) für die Stromerzeugung von 2,1 (statt derzeit 2,5)
• eine allgemeine Überprüfung der Energieeffizienz-Richtlinie (bis 2024 erforderlich)

(Europäische Kommission)

2018/844/EU Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden

Sie führt neue Elemente in die Verpflichtung der EU ein, den Gebäudesektor aufgrund technologischer Verbesserungen zu modernisieren und die Gebäudesanierung zu erhöhen. Die EPBD deckt ein breites Spektrum an Strategien und unterstützenden Maßnahmen ab, die den nationalen EU-Regierungen dabei helfen werden, die Energieeffizienz von Gebäuden zu steigern und den Gebäudebestand zu verbessern. Zum Beispiel müssen

• Die EU-Länder müssenstrenge langfristige Renovierungsstrategien aufstellen, die darauf abzielen, den nationalen Gebäudebestand bis 2050 zu dekarbonisieren, mit indikativen Meilensteinen für 2030, 2040 und 2050. Die Strategien sollten zur Erreichung der Energieeffizienzziele dernationalen Energie- und Klimapläne (NECP) beitragen.
• Die EU-Länder müssenkostenoptimale Mindestanforderungen an die Gesamtenergieeffizienz neuer Gebäude, bestehender Gebäude, die einer größeren Renovierung unterzogen werden, sowie für den Ersatz oder die Nachrüstung von Gebäudeelementen wie Heiz- und Kühlsystemen, Dächern und Wänden festlegen
• Alle neuen Gebäude müssen ab dem 31. Dezember 2020nahezu Null-Energie-Gebäude (NZEB)sein. Seit dem 31. Dezember 2018 müssen alle neuen öffentlichen Gebäude bereits NZEB sein
• Beim Verkauf oder der Vermietung eines Gebäudes müssenEnergieausweise ausgestellt und Inspektionssysteme für Heizungs- und Klimaanlagen eingeführt werden.
• die Elektromobilität wird durch die Einführung von Mindestanforderungen für Parkplätze ab einer bestimmten Größe und andere Mindestinfrastrukturen für kleinere Gebäude unterstützt
• ein fakultatives europäisches System zur Bewertung der "Smart Readiness" von Gebäuden wird eingeführt
• Intelligente Technologien werden gefördert, u. a. durch Anforderungen an die Installation von Gebäudeautomations- und -steuerungssystemen sowie an Geräte zur Regulierung der Temperatur in Räumen
• Gesundheit und Wohlbefinden der Gebäudenutzer werden berücksichtigt, zum Beispiel durch die Berücksichtigung von Luftqualität und Belüftung
• Die EU-Länder müssen Listen mit nationalen finanziellen Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäuden erstellen.

(Europäische Kommission)

Betriebsmodelle

Der Geschäftswert von BEMS korreliert nicht direkt mit der Komplexität der Lösung. Aufgrund der Vielfalt der Kundenbedürfnisse und der Gebäudeinfrastruktur können verschiedene Arten von BEMS am rentabelsten sein. Die nachstehende Grafik zeigt verschiedene mögliche Komplexitäten von BEMS.

Für einen Eigentümer eines einzelnen Gebäudes, der gerade erst damit beginnt, die Möglichkeiten eines strategischeren Energiemanagements zu erkunden, kann ein BEMS, das die Visualisierung und Berichterstattung über den Energieverbrauch ermöglicht, die ideale Investition sein. Andererseits benötigt eine Führungskraft, die ein Energiemanagement für das gesamte Immobilienportfolio eines Unternehmens anstrebt, möglicherweise ein integriertes BEMS, das ein breites Spektrum von Geräten verwaltet, ein zentralisiertes Wartungsteam unterstützt und die Fortschritte bei der Erreichung der Nachhaltigkeitsziele des Unternehmens verfolgt. In dieser Situation würde das vorteilhafteste BEMS die hochentwickelten Funktionen in jeder der vier Klassen umfassen: Visualisierung und Berichterstattung, Fehlererkennung und Diagnose, vorausschauende Wartung sowie kontinuierliche Verbesserung und Optimierung. Darüber hinaus kann ein BEMS, das zunächst mit Schwerpunkt auf einem bestimmten Gebäude- oder Anlagentyp implementiert wird, aber skalierbar ist, um im Laufe der Zeit die Komplexität zu erhöhen und systemübergreifend zu integrieren, einen höheren Geschäftswert generieren und einen schrittweisen Investitionsansatz unterstützen.

Roadmap für BEMS-Angebote(Casey Talon, 2015)

Kostenstruktur

Erforderliche Ressourcen für die Einführung von BEMS (BABLE, 2021)

Marktpotenzial

Aufgrund der stetig steigenden Energiekosten und des zunehmenden Fokus auf die Umweltverträglichkeit wird die Energieeffizienz von Gebäuden in den nächsten Jahren noch wichtiger werden.

Laut einem Bericht von Navigant Research wird erwartet, dass der globale BEMS-Markt von 2,7 Mrd. USD im Jahr 2016 auf 12,8 Mrd. USD im Jahr 2025 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 18,2 % wachsen wird. Im Jahr 2016 trug die Hardware nur schätzungsweise 10 % zum BEMS-Umsatz bei, während sich Software und Dienstleistungen den verbleibenden Umsatz mit 44 % bzw. 46 % nahezu teilen, wie in der nachstehenden Grafik dargestellt.

Diese Kategorie von Software ist das Mittel, mit dem die zunehmende Anzahl von Anlagendaten in verwertbare Informationen umgewandelt werden kann. Außerdem hilft sie den Endbenutzern, Möglichkeiten zur Verbesserung der Systemleistung und des Verhaltens zu erkennen und zu nutzen, die zu Kosteneinsparungen und geschäftlichen Verbesserungen führen.

Eine Kombination aus allen drei Kategorien führt zu Energieeffizienz und Managementfähigkeiten wie Betriebseffizienz, Raumnutzung, Produktivität, Engagement der Nutzer und Nachhaltigkeit.

BEMS-Umsatz nach Angebotstyp, Weltmärkte: 2016 - 2025(Casey Talon, 2016)

Stakeholder Mapping

Stakeholder Map für BEMS-Systeme (E-LAND Projekt Output, 2019; BABLE, 2021)

Regierungsinitiativen

Die Initiative "Renovation Wave

Um das langfristige Ziel der Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, veröffentlichte die Europäische Kommission am 14. Oktober 2020 ihre Renovierungsstrategie, die darauf abzielt, die Renovierungsraten in den nächsten zehn Jahren mindestens zu verdoppeln und sicherzustellen, dass die Renovierungen zu einer höheren Energie- und Ressourceneffizienz führen. Die Kommission geht davon aus, dass bis 2030 35 Millionen Gebäude renoviert und bis zu 160.000 zusätzliche grüne Arbeitsplätze im Bausektor geschaffen werden könnten. Zu den wichtigsten Maßnahmen der Kommissionsstrategie gehören:

1. Strengere Vorschriften, Normen und Informationen über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden
2. Verstärkte, leichter zugängliche und gezieltere Finanzierung, unterstützt durch technische Hilfe
3. Schaffung von umweltfreundlichen Arbeitsplätzen, Ausbildung und Qualifizierung von Arbeitnehmern und Gewinnung neuer Talente
4. Ausweitung des Marktes für nachhaltige Bauprodukte und Dienstleistungen
5. Entwicklung quartiersbezogener Ansätze für lokale Gemeinschaften, um erneuerbare und digitale Lösungen zu integrieren und Null-Energie-Viertel zu schaffen
6. Förderung der Dekarbonisierung von Heizung und Kühlung, die für 80 % des Energieverbrauchs in Wohngebäuden verantwortlich sind

(Europäische Kommission)

Initiative "Intelligente Finanzierung für intelligente Gebäude

Sie wurde als Teil des Pakets "Saubere Energie für alle Europäer" ins Leben gerufen und umfasst praktische Lösungen zur Mobilisierung privater Finanzierungen für Energieeffizienz und erneuerbare Energien in drei Hauptbereichen:

1. Effektivere Nutzung öffentlicher Mittel
2. Mehr Unterstützung bei der Schaffung von Projektpipelines
3. Verringerung des Risikos durch EU-Zuschüsse

(Europäische Kommission)

EU-Finanzierungsregelungen für Energieeffizienz

1. Die Europäischen Struktur- und Investitionsfonds: Insgesamt wurden 17,6 Mrd. € für Energieeffizienz bereitgestellt (einschließlich 13,3 Mrd. € für die Verbesserung der Energieeffizienz in öffentlichen Gebäuden und Wohngebäuden), d. h. rund 2,5 Mrd. € pro Jahr.
2. European Local ENergy Assistance (ELENA): Die von der Europäischen Investitionsbank verwaltete Fazilität unterstützt private und öffentliche Projektträger bei der Entwicklung und Durchführung großer bankfähiger nachhaltiger Energieinvestitionen (über 30 Mio. EUR), auch im Bereich des nachhaltigen Verkehrs. ELENA deckt bis zu 90 % der Projektentwicklungskosten.
3. Projektentwicklungshilfe - Horizont 2020 (PDA H2020): Sie unterstützt öffentliche und private Projektträger bei der Entwicklung modellhafter nachhaltiger Energieprojekte, wobei der Schwerpunkt auf kleinen und mittleren Energieinvestitionen von mindestens 7,5 Mio. € und bis zu 50 Mio. € liegt und bis zu 100 % der förderfähigen Projektentwicklungskosten abgedeckt werden. Zu den abgedeckten Sektoren gehören die Sanierung von Gebäuden, erneuerbare Energien in Gebäuden, Fernheizung/-kühlung, energieeffiziente Straßenbeleuchtung und umweltfreundlicher Stadtverkehr.

(Europäische Kommission)

Unterstützende Faktoren

1. Verstärkte Konzentration auf den Energieverbrauch im Gebäudesektor nach der Pandemie
2. Wachsender regulatorischer Druck zur Eindämmung der Energieverschwendung in Gebäuden
3. Staatliche Politiken und Strategien zur Förderung des Einsatzes intelligenter Technologien zur Energieeinsparung im Haushalt
4. Verstärktes kollektives Engagement durch die Einführung benutzerfreundlicher Schnittstellen zur Erleichterung der Überwachung und Steuerung

Stadtkontext

Der lokale Kontext, einschließlich der Gesetzgebung und der kulturellen Gegebenheiten, wirkt sich auf die Art des BEMS aus, das für jede Stadt ideal ist, sowie auf die Anpassungen, die am Standardmodell vorgenommen werden müssen. Die wichtigsten Faktoren, die bei der Planung eines Ansatzes zu berücksichtigen sind, sind:

1. Physiologie der Stadt: Das Klima und die geografischen Gegebenheiten der Stadt wirken sich auf den Mix der BEMS aus, die eingesetzt werden können. Heißes Klima bietet große Chancen für die solare PV-Erzeugung, stellt aber auch eine Herausforderung dar, da in großem Umfang mechanische Kühlung eingesetzt wird. Daher trägt ein flexibles Energiesystem dazu bei, Angebot und Nachfrage auszugleichen.
2. Politik, Politik und Regulierung: Es sollten spezifische politische Maßnahmen entwickelt werden, die energieeffiziente Sanierungen fördern und gleichzeitig Maßnahmen bestrafen, die den Energieverbrauch erhöhen. Eine eingehende Untersuchung alter und bestehender Nachrüstungsprogramme und ein Überblick über den Gebäudebestand müssen bei der Auswahl von Maßnahmen berücksichtigt werden, die gut auf den lokalen Kontext abgestimmt sind.
3. Wirtschaftliche Leistung: Es sollten auf bestimmte Marktsegmente zugeschnittene Finanzierungsinstrumente entwickelt werden, die eine einfache und kommerziell attraktive Finanzierungsquelle für tiefgreifende Renovierungen bieten. Eine tiefgreifende energetische Sanierung bestehender Gebäudehüllen, z. B. durch Grundsteuerermäßigungen für Gebäude mit hoher Energieeffizienz, sowie Anreize für die Einführung erneuerbarer Energien und energieeffizienter Technologien sollten geschaffen werden.
4. Soziale und kulturelle Bedingungen: Der Lebensstil, die Demografie, die Sicherheit und das kulturelle Erbe der Stadt beeinflussen die Wahl der BEMS-Technologien. In einigen Städten kommt es täglich zu einer doppelten Stromnachfragespitze, die das Verteilungsnetz enorm belastet und ohne Lastverschiebung und Spitzenreduzierung eine teure Verstärkung erfordert. Es muss darauf geachtet werden, ein Gleichgewicht zwischen der Aufrechterhaltung des Lebensstils in einer Stadt und der Umsetzung energieeffizienter Maßnahmen zu gewährleisten und gleichzeitig das kulturelle Erbe und die Einzigartigkeit eines jeden Gebäudes zu bewahren.

(Broschüre Sharing Cities Smart Booklet - Nachhaltiges Energiemanagementsystem)

Daten und Standards

• ISO 50001-Norm für Energiemanagementsysteme(ISO-Norm)