Energieeffizienz durch vernetzte Geräte optimieren

Energieeffizienz durch vernetzte Geräte optimieren

Ob Autos, Maschinen oder Gebäudetechnik in Privathaushalten und Bürogebäuden: Die wichtigste inländische Energiequelle ist die Energieeinsparung. Unterstützt durch eine intelligente Vernetzung spielen daher Energieeffizienz und Energieoptimierung in der Gebäudetechnik eine zentrale Rolle. Je umfangreicher die Datenbasis, desto feiner abgestimmt lässt sich der Energieverbrauch steuern.

Die zentralen Bausteine für Smart-Metering. (Bild: QSC AG)

Die zentralen Bausteine für Smart-Metering. (Bild: QSC AG)


Der Klimaschutz zählt zu den großen Herausforderungen, vor denen Politik, Wirtschaft und Gesellschaft aktuell stehen. Zu den wichtigsten Stellschrauben in diesem Zusammenhang zählen der Ausbau der erneuerbaren Energien und eine verbesserte Energieeffizienz. Bei den erneuerbaren Energien zeichnet sich in Deutschland in den letzten Jahren ein starker Aufwärtstrend ab. Bezogen auf den gesamten Energieverbrauch hat sich nach Angaben des Umweltbundesamtes der Anteil der erneuerbaren Energien im Vergleich zum Jahr 2000 mehr als verdreifacht. Die Fortschritte sind hier klar sichtbar. Etwas anders sieht es bei der Energieeffizienz aus. Hier bleibt noch Einiges zu tun. Dies ist auch einer der Gründe für den Nationalen Aktionsplan Energieeffizienz (NAPE) für mehr Energieeffizienz in allen Wirtschaftsbereichen, den die Bundesregierung im Dezember 2014 beschloss. NAPE betrifft Verbraucher, Unternehmen und Kommunen. Maßnahmen zur Gebäudesanierung oder Energieeffizienznetzwerke sind Projekte, mit denen Kommunen ihre Expertise belegen, mit guten Beispiel vorangehen und dadurch mittelfristig ihre Kosten senken können. Kostenvorteile durch Investitionen in Energieeffizienz ergeben sich auch für Unternehmen. Eine wichtige Rolle bei der Umsetzung von Maßnahmen zur Energieeffizienz spielen die privaten Haushalte sowie die Unternehmen der Wohnungswirtschaft. Nach Angaben des Bundesumweltministeriums entfallen rund zehn Prozent der freigesetzten Treibhausgase auf die privaten Haushalte, die damit in Deutschland den vierten Platz der Quellen für klimaschädliche Gase belegen. Das größte Einsparpotenzial ergibt sich bei Heizung und Warmwasser, auf die mehr als 70 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs entfallen. Unterschiede ergeben sich dabei, ob es sich um allein stehende Einfamilienhäuser, Reihenhäuser oder Wohnungen in Mehrfamilienhäusern handelt. Damit geraten auch die rund 2.800 deutschen Unternehmen der Wohnungswirtschaft ins Blickfeld, die in ihrem Bestand deutliche Veränderungen in Richtung Energieoptimierung bewirken können. Eine rein vergangenheitsorientierte Betrachtung des Energieverbrauchs reicht dazu nicht mehr aus. Die Daten müssen zeitnah und detailliert bereitstehen, damit Mieter und Eigenheimbesitzer wirksame Maßnahmen für eine bessere Energieeffizienz vornehmen können.

Heizung, Gas und Strom sind Kostentreiber

Eine Voraussetzung dafür ist die Vernetzung intelligenter Lesegeräte für Heizung, Gas und Strom sowie die Sammlung und rasche Auswertung dieser Daten. Temperatursensoren, Wärmemengen- und Stromzähler sowie Auslesegeräte für Gas senden dazu Daten in kurzen Zeitabständen an eine zentrale Plattform wie Solucon von Q-loud, einer Tochtergesellschaft von QSC. Als IoT (Internet of Things)-Lösung vernetzt die Plattform über eine Vielzahl von Softwarebausteinen die Geräte. Damit lassen sich Sensoren zur Ermittlung des aktuellen Verbrauchs komfortabel vernetzen, die Messwerte sammeln, verarbeiten und auswerten. In vielen Fällen dürfte es auch noch notwendig sein, vorhandene Analogzähler mithilfe optischer Leseeinheiten kostengünstig in eine Cloud-Lösung einzubinden. Ziel dabei ist es, den Energieverbrauch situationsabhängig zu optimieren und letztlich zu senken. Eine Lösung zur Effizienzsteigerung kann ihrem Anspruch nur gerecht werden, wenn sie hochverfügbar ist, das heißt, sie muss über eine ‚Zero-Downtime-Architektur‘ verfügen. Sichergestellt wird dies über einen Betrieb in mehreren, räumlich voneinander getrennten und damit redundanten Rechenzentren. Diese Architektur gewährleistet ein hohes Maß an Ausfallsicherheit. Die Cloud-Plattform zur Steuerung der Energieeffizienz umfasst drei Gruppen von Bausteinen: erstens eine Schnittstelle zur Anbindung einzelner Geräte und vorhandener Systeme; zweitens ein Gateway, das die Geräte bidirektional mit der Plattform verbindet und drittens ein Funkmodul, das einen verschlüsselten Datentransfer sicherstellt und gleichzeitig zur Gerätesteuerung dient.

Schnittstelle zur Anbindung der Geräte

Über eine komplett dokumentierte, offene Schnittstelle – realisiert als Rest-API – lassen sich bereits im Einsatz befindliche Systeme und Geräte in die Plattform integrieren. Die Rest-API lässt sich direkt IP-basiert ansteuern. Bei nicht IP-fähigen Produkten wird der Zugang über ein Gateway realisiert, das zur Anbindung Ethernet, eine USB-Schnittstelle, eine 868MHz-Funkanbindung mit AES-Verschlüsselung, den Wireless-M-Bus oder ein drahtloses Netz verwendet. Über die Schnittstelle werden Geräte und Benutzer zu Gruppen zusammengefasst und sicher verwaltetet. Abhängig von den vergebenen Zugriffsrechten sind Benutzer in der Lage, Dateien und Objekte auf der Plattform abzulegen, auf der auch die Sensordaten gespeichert werden. Die Grundlagen dafür stellt ein Sensorprotokoll bereit, das die Struktur der übermittelten Daten vorgibt. Wichtig ist an der Stelle auch, dass sich die Sensortypen jederzeit erweitern lassen, damit das System ausbaufähig bleibt. Darüber hinaus muss sichergestellt sein, dass die Schnittstelle verschiedene Möglichkeiten zur Kommunikation mit berechtigten Benutzern unterstützt, beispielsweise IP-Telefonie und die Push-Benachrichtigung.

Gateway verbindet Geräte mit der Cloud-Plattform

Die Daten von den Lesegräten für Heizung, Gas und Strom werden mithilfe eines Gateways übertragen, das über eine Internetverbindung als Schaltstelle zwischen den angebundenen Geräten und der Cloud-Plattform fungiert. Die Vernetzung erfolgt bidirektional. Damit ist sichergestellt, dass der Gerätestatus, die Daten sowie die Steuerbefehle von den Sensoren über das Gateway bis zum Rechenzentrum durchgängig verschlüsselt übertragen werden. Gleichzeitig bedeutet dies, dass die Daten weder am Ort ihrer Entstehung noch auf dem Transportweg ausgelesen oder manipuliert werden können. Zur Anbindung der Geräte an das Gateway bietet die Solucon-Cloud-Plattform mehrere Möglichkeiten: LAN, WLAN, USB- und DVI-Anschluss; dazu kommt eine 868MHz-Funkverbindung. Aufgrund der zustandslosen Kommunikation gibt es keine praktische Limitierung bei der Anzahl der angebundenen Geräte. Die Verbindung ins Internet kann über LAN und WLAN, UMTS oder LTE aufgebaut werden.

Funkmodul erfasst die Basisdaten

Der dritte zentrale Baustein einer Plattform für das intelligente Energiemanagement ist ein Modul, das die Funkverbindung mit dem Gateway herstellt und den Ausgangspunkt der Ende-zur-Ende-Verschlüsselung bildet. Damit die vorhandenen Geräte Datenströme von Anfang an sicher über das Gateway an die Cloud-Plattform übertragen können, ist das Modul als Bauteil in die Gerätesteuerung integriert. Eine der Voraussetzungen dafür ist eine geringe Baugröße und eine schlanke Hardwareschnittstelle. Zusammengefasst liefert die grundlegende Architektur einer Metering-Plattform alle Bausteine für eine umfangreiche Vernetzung im Internet der Dinge. Das intelligente Energiemanagement ist dabei nur eines unter vielen anderen Anwendungsszenarien wie die Gebäudetechnik, die industrielle Fertigung, die Lagerlogistik oder auch die Digitalisierung der Geschäftsmodelle im Handel. Denn auch hier entstehen die Grundlagen für mehr Flexibilität und Effizienz durch eine Vernetzung aller beteiligten Komponenten.

Autor: Michael Dieter ist Business Development Manager bei der Q-loud GmbH, einem Tochterunternehmen der QSC AG

QSC AG
www.qsc.de

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