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Einsparzähler - Beleuchtung (BEL)
Erläuterungen und Messergebnisse
A. Zweck der Messung
Die Messungen im Bereich Beleuchtung, der hier vorgestellten Beispiele diente in erster Linie der Erfolgskontrolle zu umgesetzten Maßnahmen. Mit Hilfe der erfassten Daten sollte nachgewiesen werden, dass die Umrüstung von konventionellen Leuchtmitteln auf LED-Beleuchtung den gewünschten Effekt erzielt. Durch eine kontinuierliche Erfassung geeigneter Messdaten sollte in einem Vorher-Nachher-Vergleich festgestellt werden, welche Einsparungen in Kilowatt pro Stunde durch die Optimierungsaktivitäten erreicht werden konnten. Dabei wiesen die betrachteten Unternehmen verschiedene Konstellation auf, auf die bei der Datenerfassung Rücksicht genommen werden musste. Zudem wurden die Messkonzepte z.T. noch um weitere Anforderungen der Organisation ergänzt.
B. Messkonstellation
1. Nur Beleuchtung (ein Beispiel)
Das betrachtete Unternehmen bezieht Endenergien in Form von Strom und Erdgas sowie Hilfsenergien wie Licht, Wärme und Druckluft. Eine Situationsanalyse wurde durchgeführt, bei der mittels temporärer Energiedatenerfassung Optimierungspotenziale in den Bereichen Beleuchtung, Lastmanagement und dezentrale Energieerzeugung identifiziert wurden. Das identifizierte Potenzial im Bereich Beleuchtung, das durch die Umrüstung auf LED realisiert werden sollte, wurde auf mehr als 300.000 kWh/Jahr geschätzt. Das Unternehmen beschloss, die Beleuchtung zu modernisieren; der Umbau erfolgte Mitte 2021.
Das betrachtete Unternehmen bezieht Endenergien in Form von Strom und Erdgas sowie Hilfsenergien wie Licht, Wärme und Druckluft. Eine Situationsanalyse wurde durchgeführt, bei der mittels temporärer Energiedatenerfassung Optimierungspotenziale in den Bereichen Beleuchtung, Lastmanagement und dezentrale Energieerzeugung identifiziert wurden. Das identifizierte Potenzial im Bereich Beleuchtung, das durch die Umrüstung auf LED realisiert werden sollte, wurde auf mehr als 300.000 kWh/Jahr geschätzt. Das Unternehmen beschloss, die Beleuchtung zu modernisieren; der Umbau erfolgte Mitte 2021.
Um die Maßnahme "Austausch der Beleuchtung" vor und nach der Umrüstung messtechnisch zu dokumentieren, wurde zunächst ein Messkonzept festgelegt. Dafür wurde untersucht, welche Bereiche von der Beleuchtungsumrüstung betroffen sind und folglich erfasst werden müssen. Es stellte sich heraus, dass in allen Warenausgangsbereichen jeweils eine Messung installiert werden musste. Da der Kunde bereits ein Datenerfassungssystem betrieb, war es nicht erforderlich, dass die IfE GmbH Messtechnik installiert. Stattdessen sollte die Datenerhebung auf die vorhandenen Messeinrichtungen zurückgreifen, was zusätzliche Kosten vermied. Nach Sichtung der Anlagen und Prüfung der Technik wurde festgestellt, dass deren Verwendung mit den technischen Anforderungen der IfE-Systeme kompatibel ist. Die bereits installierte Messtechnik ermöglicht ebenfalls die Erfassung hochaufgelöster Messwerte in Echtzeit und entsprechender Auflösung. Gemessen wird der Mittelwert der Wirkarbeit in 15-Minuten-Intervallen. Für die Verwendbarkeit der Messwerte war es wichtig, dass im Betrachtungszeitraum und in den betreffenden Bereichen keine weiteren technischen Veränderungen geplant waren, die die Aussagekraft der Daten beeinträchtigen könnten. Etwaige Maßnahmen waren nicht geplant.
Um potenzielle Einflussfaktoren zu identifizieren, wurde die festgelegte Systemgrenze der Maßnahme genauer betrachtet. Kenngrößen, die die Leistung oder den Verbrauch der Beleuchtungsanlagen beeinflussen, sind die Tages- und Jahreszeit sowie die Umgebungshelligkeit und der menschliche Faktor beim Ein- und Ausschalten der Beleuchtung. Die Untersuchung ergab, dass der Zusammenhang zwischen dem Betrieb der Beleuchtungsanlagen und der Helligkeit zu bestimmten Tages- oder Jahreszeiten als irrelevant einzustufen ist. Ein individueller Eingriff, z.B. durch Abschalten der Beleuchtung bei Tageslicht, wurde als unwahrscheinlich eingestuft, da dies den Produktionsbetrieb oder die Sicherheit der Mitarbeiter gefährden und gegen gesetzliche Verpflichtungen verstoßen könnte. Der Einfluss des menschlichen Schaltverhaltens wurde ebenfalls widerlegt, indem eine Kundenbefragung durchgeführt wurde. Es wurde festgestellt, dass die Betriebszeiten der Produktionsstätte und die Betriebszeiten der Beleuchtung in Zukunft nicht stark variieren werden, und daher werden die Anschalt- und Abschaltzeiten nicht korrelieren. Eine aufwendige Messung des menschlichen Verhaltens konnte dadurch vermieden werden.
Steckbrief der Maßnahme
Umrüstung der Beleuchtung von T 8-Leuchtmittel (58 W) auf LED-Leuchtmittel
Durchführung erfolgte Mitte 2021
Maßnahme betrifft 5 Lagerhallen; überdacht und beheizt
Erfassung mit Hilfe bereits vorhandener Messtechnik
Prognostizierte Ersparnis: > 300.000 kWh/ Jahr
Unternehmenssteckbrief
- Logistikdienstleister im Raum Thüringen, ca. 90.000 qm
- Wochentags: 2- bis 3-Schicht-Betrieb; samstags: 1-Schichtbetrieb
- an 51 Wochen im Jahr in Betrieb
- Mitarbeiter: ca. 350 Personen
- Umsatz: ca. 30 Mio. €/ Jahr
a. Berechnung (Baseline, oä)
Zur Erstellung der Baseline wurden die Messwerte vom 01.01.2021 bis zum 23.11.2021 verwendet. Sie wurden zunächst auf Plausibilität und Kontinuität überprüft. In sechs der geprüften Wochen wurden Inkonsistenzen festgestellt, da Daten aufgrund von Messausfällen manuell ergänzt werden mussten. Diese Wochen wurden von der Analyse ausgeschlossen. Darüber hinaus wurden die Zeiten der Umbauarbeiten aus dem Betrachtungszeitraum entfernt, da die Beleuchtung während dieser Zeit nicht regulär genutzt wurde. Die verbleibenden Tage zeigten ein weitgehend homogenes Bild des durchschnittlichen Energieverbrauchs vor und nach der Umrüstung. Sowohl für den Zeitraum vor als auch nach der Umstellung wurde eine Musterwoche definiert, um einen direkten Vergleich der Beleuchtung unter nahezu identischen Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Dabei wurden den Tagen der Musterwochen verschiedene Kriterien zugrunde gelegt:
Zur Erstellung der Baseline wurden die Messwerte vom 01.01.2021 bis zum 23.11.2021 verwendet. Sie wurden zunächst auf Plausibilität und Kontinuität überprüft. In sechs der geprüften Wochen wurden Inkonsistenzen festgestellt, da Daten aufgrund von Messausfällen manuell ergänzt werden mussten. Diese Wochen wurden von der Analyse ausgeschlossen. Darüber hinaus wurden die Zeiten der Umbauarbeiten aus dem Betrachtungszeitraum entfernt, da die Beleuchtung während dieser Zeit nicht regulär genutzt wurde. Die verbleibenden Tage zeigten ein weitgehend homogenes Bild des durchschnittlichen Energieverbrauchs vor und nach der Umrüstung. Sowohl für den Zeitraum vor als auch nach der Umstellung wurde eine Musterwoche definiert, um einen direkten Vergleich der Beleuchtung unter nahezu identischen Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Dabei wurden den Tagen der Musterwochen verschiedene Kriterien zugrunde gelegt:
- höchste Lastspitze (Mo)
- höchster Strombezug an Werktagen (Di)
- zwei Werktage im mittleren Bereich des Energiebezugs (Mi & Do) (erhöhte Gewichtung der Normsituation)
- niedrigster Strombezug an Werktagen (Fr)
- Wochenendbetrieb (höchster Energiebezug am Wochenende) (Sa)
- Grundlast am Wochenende (niedrigster Energiebezug am Wochenende) (So)
Nachfolgende Grafik zeigt die beiden Musterwochen:
Abbildung: Musterwochen vor und nach der Umrüstung
Anschließend wurden sämtliche Messwerte als geordnete Zeitreihe dargestellt und die resultierenden Unterschiede visualisiert (siehe Geordnete Dauerlinie der Musterwochen). Die Differenzen zwischen beiden Kurven dienten als Basis für die Erstellung der Baseline.
Abbildung: Geordnete Dauerlinie der Musterwochen
Der direkte Vergleich der geordneten Dauerlinien zeigt die jeweilige Differenz der unterschiedlichen Betriebszustände in absoluten Zahlen. Um die Zusammenhänge in den Daten herstellen zu können, wurde als Methode die sogenannte Regressionsanalyse angewendet. Im vorliegenden Beispiel stellt die Baseline den Zusammenhang zwischen dem spezifischen gemessenen Leistungswert und der ermittelten Differenz her. In diesem Fall ist die Baseline eine Funktion X.-Grades, die in vorstehender Abbildung als gepunktete Linie dargestellt ist. Diese Funktion erlaubt es, einer gemessenen Leistung einen Differenzbetrag zuzuordnen. Der rechnerisch ermittelte Wert wird zu dem gemessenen Leistungswert addiert und bildet die Leistung des Zustands vor der Umrüstung ab. Durch das beschriebene Verfahren kann der Lastgang vor der Umrüstung anhand der aktuellen Messung in Echtzeit simuliert werden. Die Differenz der beiden Lastgänge stellt folglich die eingesparte Energie dar und ist mit Hilfe der ermittelten Baseline kontinuierlich verfolgbar.
Die visuell dargestellten Einsparungen und deren Erfolg sollen das Unternehmen motivieren, weitere Maßnahmen umzusetzen. Darüber hinaus kann das Monitoring der gebildeten Kennzahlen helfen, Unregelmäßigkeiten zu erkennen und entsprechend zu reagieren. Zum Beispiel könnte eine negative Veränderung der Kennzahl auf eine suboptimale Lichtsteuerung hinweisen. Eine plötzliche Veränderung der Kennzahl könnte auch darauf hindeuten, dass Leuchtmittel ausgefallen sind oder die Steuerung defekt ist.
Hier geht es zu den Messwerten. [XXXXXX Link zu Auszug Messdaten XXXXXX]
C. Bewertung möglicher Ergebnisse
Informationen in Vorbereitung
D. Messungen im Einzelnen
Im Bereich Beleuchtung (BEL) wurden an dieser Stelle 48 Teilprojekte erfasst. Eine Liste mit den Messungen der durchgeführten Projekte zur energetischen Optimierung der Beleuchtungssysteme finden Sie hier.
E. Einfache Liste der bereits erfassten Projekte (intern)
Im Bereich Beleuchtung (BEL) wurden bereits folgende, einzelne Teilprojekte erfasst:
Frühere Darstellung: IfEeffizienzMessungBeleuchtung1
Kategorie des Artikels: Projekt Energieeffizienzleitwarte
