KARMA – Projekt „Digitale Stadt 2030“ – Kindergarten Digitalisierung

Umsetzung eines LoRaWAN-Projekts für eine Kommune

Städtische Digitalisierungsoffensive
seit Februar 2021 mit KARMA:
Pilotierungsprojekt im Kindergarten

Das Projekt

Das „Kommunale Energiemanagement“ einer Großstadt in Baden-Württemberg will den Energieverbrauch seiner knapp 400 Liegenschaften kontinuierlich reduzieren. Im Zuge der städtischen Digitalisierungsoffensive arbeitet das Energiemanagement seit Februar 2021 mit KARMA zusammen.


Die Zielsetzung

Laut Hochrechnung des Landes Baden-Württemberg können 7 % des Energieverbrauchs aller öffentlichen Liegenschaften eingespart werden, wenn der Verbrauch anhand der tatsächlichen Nutzung eines Gebäudes optimiert wird. Das Ziel der Zusammenarbeit der Kommune mit KARMA liegt aufgrund dessen in der Digitalisierung sowie Zentralisierung der Energieverbräuche von Strom, Wärme und Wasser aus allen rund 400 Liegenschaften in Echtzeit auf einer Plattform. KARMA informiert die verantwortlichen Personen in Echtzeit, sobald ein Verbrauch außerhalb der Gebäudenutzung auftritt, sodass unmittelbar reagiert werden kann und die Zielsetzung des Landes Baden-Württemberg unterstützt wird.

Damit unnütze Verbräuche am Wochenende oder in den Ferien sowie falsche Einstellungen der Gebäudetechnik frühzeitig erkannt und vermieden werden, soll erstmalig eine automatisierte Überwachung der Liegenschaften hinsichtlich des Energieverbrauchs erfolgen.

Dafür werden verschiedene Energieperformancekennzahlen wie „Verbrauch pro qm“ oder „Verbrauch pro MA“ erhoben, die eine Vergleichbarkeit der Liegenschaften ermöglichen und Auskunft geben, ob Maßnahmen zu einer Verbesserung der Energieeffizienz führen.

Darüber hinaus soll der aktuell noch sehr hohe manuelle Aufwand der Überwachung von über 400 Liegenschaften reduziert werden –
mit automatisierten, monatlichen Reports sowie einem hinterlegten Benutzer- und Rechtekonzept, das die Verteilung der Energieberichte an die jeweiligen Verantwortlichen des kommunalen Energiemanagements ermöglicht.

Die Projektumsetzung

Das Projekt beginnt mit dem LoRaWAN Netzaufbau im Südwesten der Stadt sowie der Digitalisierung eines städtischen Kindergartens. Dazu werden im Kindergarten zunächst die drei Hauptenergiemedien Strom, Fernwärme, Wasser sowie die Pellet- und Gasheizung digitalisiert. Die Übermittlung der Energiedaten an KARMA erfolgt in einer 15-Minuten Taktung.

Des Weiteren wird die von außen erreichbare, manuell abzuschließende Eingangstüre mittels Mikrochips digitalisiert, sodass der Kontakt- und Schließzustand in Echtzeit durch KARMA überwacht wird. Gleichzeitig ist die Information des Schließzustandes mit dem durchschnittlichen Energieverbrauch gekoppelt.

Steigt jetzt beispielsweise der Wasserverbrauch, obwohl die Türe verschlossen ist, sendet KARMA eine Push-Notification via Mail an den Verantwortlichen des Sicherheitsdienstes, damit unnötiger Wasserverbrauch oder Wasserschäden im Sinne der Nachhaltigkeit vermieden werden können.

Darüber hinaus wird zur Optimierung der Heizauslastung eine intelligente „Alert-Kopplung“ eingerichtet. Denn ein Ausfall der im Kindergarten existierenden Pellet-Heizung wurde bislang nicht automatisch festgestellt, sondern meist erst Wochen später nach einem Routinedurchgang des Hausmeisters.

Der Grund: Neben der Pellet-Heizung existiert ebenfalls eine Gasheizung, die zur Warmwasseraufbereitung dient und automatisch zur Beheizung der Räume einsetzt, wenn die Pellet-Heizung ausfällt. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit ist als Primärheizung allerdings die Pellet-Anlage vorgesehen.

Mittels Monitoring der beiden Verbrauchszähler kann ein Ausfall der Pellet-Heizung ab sofort automatisiert in Echtzeit den Verantwortlichen des kommunalen Energiemanagements über KARMA gemeldet werden.

Sollte der Verbrauch der Pellet-Heizung zu Betriebszeiten (07.00-17.30 Uhr) auf 0 kWh sinken, gleichzeitig aber der Verbrauch der Gas-Heizung signifikant ansteigen, erhalten die Verantwortlichen eine Systembenachrichtigung per E-Mail und können nahtlos reagieren.

Das Ergebnis


a) Wärmeverbrauch

Dank KARMA konnte für die Heizperiode vom 15. Februar bis 15. Mai ermittelt werden, dass der Verbrauch der Pellet-Heizung an Wochenenden (Sa.+So.) im Tagesschnitt bei ca. 90 % des täglichen Verbrauchs von Montag bis Freitag liegt. Damit wird das Gebäude auch bei Nichtnutzung nahezu mit dem gleichen Durchlauf beheizt. Berücksichtigt man die Tatsache, dass im Betrieb (Mo.-Fr.) zahlreiche Lüftungsvorgänge einen höheren Heizungsbedarf notwendig machen, liegt der Verbrauch bei Nichtnutzung ungefähr auf demselben Niveau, wie wenn das Gebäude genutzt wird. Die Kalkulation des Landes Baden-Württemberg wurde in diesem Gebäude damit bestätigt.

Das Ergebnis aus einer von KARMA durchgeführten Hochrechnung: Wird die Heizung ab Freitag Nachmittag bis Montag Morgen auf eine Grundlast von 20 % reguliert, ergibt das ein Einsparpotenzial von etwa 13.000 kWh Heizungsverbrauch (entspricht 2,9 Tonnen CO2) für den Zeitraum Oktober bis Mai.


b) Pellet vs. Gas

Im Zeitraum von Februar bis Mai ist die Pellet-Heizung zweimal ausgefallen. Bei jedem Ausfall erfolgte über KARMA eine Echtzeitmeldung an die Verantwortlichen. Diese konnten frühzeitigen reagieren und einen Hausmeister informieren. In beiden Fällen hingen die Pellets im Heiztrichter fest und es musste manuell eingegriffen werden.

Das Ergebnis des KARMA Teams: Sofern sich das Ausfallintervall auf die gesamte Heizperiode gleich verteilt, kann durch die frühzeitige Reaktion (unter 24 Stunden) eine Einsparung des Gasverbrauchs von etwa 8.000 kWh (entspricht 1,8 Tonnen CO2) jährlich erreicht werden. Im Vergleich dazu lag die Reaktionszeit ohne den Einsatz von KARMA i.d.R. bei 14 bis 21 Tagen.


c) Wasser

Der Wasserverbrauch sinkt an Wochenenden um bis zu 1 % ab. Das belegt, dass sich das Gebäude nicht in Nutzung befindet. An Werktagen hingegen verteilt sich der Verbrauch relativ granular zwischen 07.00 und 16.30 Uhr. Ein Wasserschaden durch überhöhten Verbrauch konnte nicht festgestellt werden. Sollte der Wasserverbrauch allerdings einmal 20 % über dem Durchschnitt pro Stunde ansteigen, werden die Verantwortlichen in Zukunft über das System benachrichtigt – und Folgeschäden durch einen Wasserschaden damit auf ein Minimum reduziert.


d) Strom

Im Bereich Strom weisen die Daten auf einen unverhältnismäßigen Tagesverbrauch an Wochenenden hin (40% eines normalen Betriebstages). Durch die Ermittlung der Werte kann in einem nächsten Schritt Ursachenforschung betrieben werden, um zu ermitteln, welche stromverbrauchenden Prozesse im Gebäude heruntergefahren werden können.

Zusammenfassung

Bereits nach 4 Monate konnte mittels der von KARMA erhobenen Daten ein Einsparpotenzial im Bereich Wärme von über 21.000 kWh pro Jahr bzw. 4,6 Tonnen CO2 festgestellt werden. Potenzielle Wasserschäden meldet KARMA in Echtzeit an die Verantwortlichen.

Und beim Stromverbrauch werden zeitnah Maßnahmen eingeleitet, um diesen außerhalb der Betriebszeiten zu senken.

Damit amortisiert sich der KARMA Einsatz von innerhalb von ca. 22 Monaten. Darüber hinaus werden pro Jahr rund 22 Tonnen CO2-Ausstoß jährlich eingespart.

WEITERE SPANNENDE USE CASES:

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