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15. Mai 2014 Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT) Anwendung und Forschung im Bereich der heterogenen Gebäudeautomation.

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Präsentation zum Thema: "15. Mai 2014 Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT) Anwendung und Forschung im Bereich der heterogenen Gebäudeautomation."—  Präsentation transkript:

1 BACnet.Live@light+building 15. Mai 2014 Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT) Anwendung und Forschung im Bereich der heterogenen Gebäudeautomation Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T. Siebel

2 BACnet.Live@light+building 2Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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

3 BACnet.Live@light+building 3Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Der Studiengang Gebäudeenergie- und –informationstechnik Systemintegration Systemautomation Informationsmanagement Krisenmanagement Wärmeerzeugung Kälteerzeugung Heizung Sanitär Beleuchtung Sonnenschutz Elektro Brandschutz Security, Zutritt Aufzüge USV, Notstrom Klima, Lüftung BACnet Gebäudeautomation – der Schlüssel für integratives Betreiben von komplexen technischen Systemen

4 BACnet.Live@light+building 4Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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)

5 BACnet.Live@light+building 5Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

6 BACnet.Live@light+building 6Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

7 BACnet.Live@light+building 7Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Patentierte Hydraulikregelung OpDeCoLo 9098100 12 h Betrieb 9096100 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.

8 BACnet.Live@light+building 8Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

9 BACnet.Live@light+building 9Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren

10 BACnet.Live@light+building 10Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren

11 BACnet.Live@light+building 11Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Messprinzip: Die Kaltluft passiert zuerst den Doppelboden und durchströmt die perforierten Doppelbodenplatten mit dem Volumenstrom, um im Kaltgang die Temperatur T 1 sicherzustellen. Die Serverlüfter fördern den unbekannten Volumenstrom durch die Serverschränke, sodass sich die Luft auf Temperatur T 2 erwärmt. Der Volumenstrom strömt als Ausgleichsströmung durch die Messöffnung, wodurch sich eine Temperaturänderung am Messpunkt T 3 ergibt. Mit diesem Messpunkt lässt sich auf die Volumenströme der Server-Racks rückschließen.

12 BACnet.Live@light+building 12Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Erstes Szenario: Rackvolumenstrom gleich eingebrachter Volumenstrom

13 BACnet.Live@light+building 13Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

14 BACnet.Live@light+building 14Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Zweites Szenario: Rackvolumenstrom höher als eingebrachter Volumenstrom

15 BACnet.Live@light+building 15Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Temperaturdifferenz zwischen Szenario 1 und Szenario 2 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.

16 BACnet.Live@light+building 16Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Drittes Szenario: Rackvolumenstrom ist kleiner als eingebrachter Volumenstrom

17 BACnet.Live@light+building 17Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

18 BACnet.Live@light+building 18Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Kostenreduzierung: Gerechnet wurde mit 15 ULKG mit einem Einzelvolumenstrom von 31.500 m 3 /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 2.500 MWh. Durch Einsatz der Regelung reduziert sich der Verbrauch auf ca. 1.270 MWh. Durch die jetzt bedarfsgerecht geregelten Ventilatoren werden umgerechnet ca. 127.000,00 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 10.000,00 und etwa 50.000,00, je nach Ausbauzustand und Größe des Rechenzentrums.

19 BACnet.Live@light+building 19Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

20 BACnet.Live@light+building 20Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Was kostet ein Ausfall eines Rechenzentrums? (Direkt messbare Kosten) Quelle: AT&T Gartner TPPC 2002 GeschäftsfeldBrancheVerluste in T/Stunde FinanzwesenBörse FinanzwesenGeldhandel / Versicherungen MedienPay-TV GroßhandelÜber TV GroßhandelÜber Kataloge TourismusBuchungsdienste LogistikPaketdienste, Post 11.900 4.300 280 210 165 50

21 BACnet.Live@light+building 21Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Der Betrieb eines Rechenzentrums. Rechen- zentrum GEFMA 100 DIN 31051 VDMA 24196 ITIL ISO 20000 TIA 942BSI 100 Betriebsvorschriften Normen (nicht vollständig) ISO 14001 Managementsysteme Zertifizierungen ISO 9001 ISO 27000 ISO 50001 Gesetzliche Vorschriften BSI TÜV-IT BICSI

22 BACnet.Live@light+building 22Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Der Betrieb eines Rechenzentrums. Notwendige Informationen zum Betreiben eines Rechenzentrums (365 / 7 / 24) Versorgungs- und sicherheits- technische Systeme VDMA 24196 CAFM ISO 50001 ISO 14001 Informations- technische Systeme Systemverwaltung ITIL BSI ISO 20000 Operating Implementierung

23 BACnet.Live@light+building 23Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Fehlereinflussgrößen für Betriebsausfälle in Rechenzentren 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% Technische Fehler Bedienerfehler KonstruktionDesign Äußere Einflüsse Ergonomische Anforderungen an Informationssysteme TGA-Planungsanforderungen IT-/ NW-Planungsanforderungen Zahlenquelle: APC Whitepaper #6 Ca. 60% der Ausfälle werden durch Menschen direkt ausgelöst oder verschlimmert.

24 BACnet.Live@light+building 24Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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 Ergonomie und Verfügbarkeit

25 BACnet.Live@light+building 25Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

26 BACnet.Live@light+building 26Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

27 BACnet.Live@light+building 27Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 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.

28 BACnet.Live@light+building 28Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Forschungen, Abschlussarbeiten und Weiterqualifizierung 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.

29 BACnet.Live@light+building 29Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel15. Mai 2014 Kontakt und Informationen Prof. Dr. Nils T.Siebel Studiengangssprecher GEIT Wilhelminenhofstraße 75A 12459 Berlin Fon: (030) 5019-3299 Fax: (030) 5019-483299 E-Mail: nils.siebel@htw-berlin.denils.siebel@htw-berlin.de http://www.geit-berlin.de/ Dipl. Ing. Mario Betros Lehrbeauftragter Gebäudeautomation Wilhelminenhofstraße 75A 12459 Berlin Fon: (033056) 408-264 Fax: (033056) 408-366 E-Mail: betros@htw-berlin.debetros@htw-berlin.de mario.betros@gaintegra.de


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