Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT)

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1 Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT)
30. März 2017 Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT) Anwendung und Forschung im Bereich der heterogenen Gebäudeautomation Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T. Siebel

2 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 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

3 Der Studiengang Gebäudeenergie- und –informationstechnik
Wärmeerzeugung BACnet Gebäudeautomation – der Schlüssel für integratives Betreiben von komplexen technischen Systemen Klima, Lüftung USV, Notstrom Kälteerzeugung Aufzüge Systemintegration Systemautomation Informationsmanagement Krisenmanagement Heizung Security, Zutritt Sanitär Brandschutz Beleuchtung Elektro Sonnenschutz 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

4 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) 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

5 Patentierte Hydraulikregelung OpDeCoLo
Schaltung 1: Luftkühler, beimischgeregelt Konstanter Massenstrom, variable Temperatur 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 bei geringer Last. Benötigt mehr Kühlenergie um die Luft von A nach B abzukühlen. Für Entfeuchtung in Klimaanlagen besser geeignet. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

6 Patentierte Hydraulikregelung OpDeCoLo
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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

7 Patentierte Hydraulikregelung OpDeCoLo
90 98 100 12 h Betrieb 96 24 h Betrieb OpDeCoLo mengengeregelter Luftkühler beimischgeregelter Luftkühler spezifischer Jahreskühlenergiebedarf in Prozent Ort 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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

8 Forschungen, Abschlussarbeiten und Weiterqualifizierung
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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

9 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
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10 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

11 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

12 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
Erstes Szenario: Rackvolumenstrom gleich eingebrachter Volumenstrom 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

13 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

14 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
Zweites Szenario: Rackvolumenstrom höher als eingebrachter Volumenstrom 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

15 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
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. Temperaturdifferenz zwischen Szenario 1 und Szenario 2 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

16 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
Drittes Szenario: Rackvolumenstrom ist kleiner als eingebrachter Volumenstrom 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

17 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

18 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren
Kostenreduzierung: Gerechnet wurde mit 15 ULKG mit einem Einzelvolumenstrom von 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 MWh. Durch Einsatz der Regelung reduziert sich der Verbrauch auf ca MWh. Durch die jetzt bedarfsgerecht geregelten Ventilatoren werden umgerechnet ca ,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 ,00 € und etwa ,00 €, je nach Ausbauzustand und Größe des Rechenzentrums. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

19 Forschungen, Abschlussarbeiten und Weiterqualifizierung
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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

20 Was kostet ein Ausfall eines Rechenzentrums? (Direkt messbare Kosten)
Geschäftsfeld Branche Verluste in T€/Stunde Finanzwesen Börse Geldhandel / Versicherungen Medien Pay-TV Großhandel Über TV Über Kataloge Tourismus Buchungsdienste Logistik Paketdienste, Post 11.900 4.300 280 210 165 165 50 Quelle: AT&T Gartner TPPC 2002 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

21 Gesetzliche Vorschriften
Der Betrieb eines Rechenzentrums. Gesetzliche Vorschriften GEFMA 100 DIN 31051 VDMA 24196 ITIL ISO 20000 TIA 942 BSI 100 Betriebsvorschriften Normen (nicht vollständig) Rechen- zentrum ISO 14001 ISO 9001 BSI TÜV-IT BICSI ISO 27000 ISO 50001 Managementsysteme Zertifizierungen 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

22 Der Betrieb eines Rechenzentrums.
Notwendige Informationen zum Betreiben eines Rechenzentrums (365 / 7 / 24) Versorgungs- und sicherheits- technische Systeme Informations- technische Systeme VDMA 24196 CAFM ISO 50001 ISO 14001 Systemverwaltung ITIL BSI ISO 20000 Operating Implementierung 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

23 Fehlereinflussgrößen für Betriebsausfälle in Rechenzentren
35% 30% Ergonomische Anforderungen an Informationssysteme 25% TGA-Planungsanforderungen 20% 15% Technische Fehler IT-/ NW-Planungsanforderungen Bedienerfehler 10% Konstruktion Design Äußere Einflüsse 5% 0% Ca. 60% der Ausfälle werden durch Menschen direkt ausgelöst oder verschlimmert. Zahlenquelle: APC Whitepaper #6 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

24 Ergonomie und Verfügbarkeit
Schaffung eines übergeordneten Managementsystems: Vernetzung aller alarmgebenden Systeme möglichst mit einheitlichem Protokoll, 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 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

25 Krisenmanagement Forschung und Entwicklung konzentrieren
sich 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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

26 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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

27 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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

28 Forschungen, Abschlussarbeiten und 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. 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

29 Kontakt und Informationen
Prof. Dr. Nils T.Siebel Studiengangssprecher GEIT Wilhelminenhofstraße 75A 12459 Berlin Fon: (030) Fax: (030) Dipl. Ing. Mario Betros Lehrbeauftragter Gebäudeautomation Wilhelminenhofstraße 75A 12459 Berlin Fon: (033056) Fax: (033056) 30. März 2017 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel