Ein gemäß DIN ISO 50001 umgesetztes Energiemanagementsystem zielt darauf ab, die energiebezogene Leistung eines Unternehmens kontinuierlich zu verbessern. Dazu beschreibt der Standard, welche Anforderungen bei der Implementierung, dem Betrieb und der Optimierung eines Energiemanagementsystems zu erfüllen sind. Auch die Bundesregierung hat ihre energetischen Ziele klar definiert: Die Emissionen, die für den Treibhauseffekt verantwortlich sind, sollen bis 2020 um 40 Prozent im Vergleich zu den Werten von 1990 gesenkt werden, während der Primärverbrauch um 20 Prozent gegenüber dem Jahr 2008 zu verringern ist. Außerdem wird angestrebt, dass der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch 2020 bei 35 Prozent liegt. Durch sein Energiemanagementsystem leistet Phoenix Contact hier einen Beitrag zur Erreichung der klimapolitischen Ziele. Darüber hinaus steigert das Unternehmen die Energieeffizienz und trägt durch die eingesparten Kosten zur Wirtschaftlichkeit und Zukunftsfähigkeit des eigenen Geschäftsbetriebs bei. Ferner werden die Energiekosten und –ströme transparent gemacht. So lässt sich verdeutlichen, welche Ersparnisse tatsächlich realisiert wurden, wobei die Information die Mitarbeiter zu zusätzlichen Anstrengungen motiviert. Aufgrund der Einführung des Energiemanagementsystems hat Phoenix Contact von 2013 bis Januar 2018 eine Energiemenge von 4,5 Millionen Kilowattstunden eingespart.
Erzeugung im Fokus
Ein wesentlicher Anteil zur Reduzierung des Energieverbrauchs ergibt sich aus der Verbesserung im Bereich der Energieerzeugung sowie der Verteilung der Kälte- und Wärmeenergie am Standort Blomberg. Das Areal am Hauptsitz von Phoenix Contact umfasst auf einer Grundfläche von 380.000 Quadratmetern 50 Gebäude mit einer Nutzfläche von insgesamt 200.000 Quadratmetern. Das unternehmenseigene Facility Management ist bereits seit 60 Jahren für die Bewirtschaftung des Gebäudebestands zuständig. Daher konnten sich die Mitarbeiter eine umfassende Expertise auf diesem Gebiet aufbauen.
Im Portfolio von über 60.000 Produkten finden sich ebenfalls viele Lösungen für die Gebäudetechnik, die in den eigenen Bauwerken zum Einsatz kommen. Dazu gehört die komplette Steuerungs- und Regelungstechnik, sodass die Gebäudeautomation aus eigener Hand geliefert, erstellt und betrieben werden kann. Bei der Errichtung der Bauwerke wird schon in einer frühen Phase auf die integrale Planung und Integration aller Gewerke geachtet. Durch das im eigenen Unternehmen vorhandene Produkt-Know-hows sowie die umfassenden Kenntnisse im Bereich der Elektro-, Heizungs-, Klima- und Kältetechnik lassen sich vielfältige Optimierungen umsetzen. Auf einige Beispiele soll hier kurz eingegangen werden.
Kältemaschinen gefragt
Wegen der hohen Fertigungstiefe und des Schichtbetriebs hat Phoenix Contact einen ständigen Bedarf an Prozesskälte. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat das Unternehmen auf dem Areal in Blomberg zwei Kältezentralen eingerichtet. Die Kälte wird dabei mit fünf Kompressionskältemaschinen (Turbokompressoren) sowie drei Absorptionskältemaschinen mit einer Leistung von je 700 Kilowatt erzeugt. Darüber hinaus werden in wenigen Gebäuden dezentral installierte Kältemaschinen genutzt, die lediglich zur Abdeckung von Spitzenlasten in den jeweiligen Bereichen erforderlich sind. Drei Blockheizkraftwerk-Module versorgen die Absorptionskältemaschinen mit Energie. Die Module weisen eine elektrische Leistung von 770 Kilowatt bis 1,2 Megawatt sowie eine thermische Leistung von 860 Kilowatt bis 1,3 Megawatt auf. Die elektrische Energie wird in das 30-Kilovolt-Netz von Phoenix Contact eingespeist, weshalb der Anteil der selbst generierten respektive verwendeten Strommenge mehr als 47 Prozent beträgt. Die Kälteerzeugung durch die Absorptionskältemaschinen beläuft sich auf über fünf Millionen Kilowattstunden pro Jahr und deckt somit rund 50 Prozent der gesamten Kältegenerierung am Standort Blomberg ab.
Gewachsene Strukturen
Damit die erzeugte Kälteenergie effizient zu den Verbrauchern transportiert wird, sind das Verteilnetz und die Regelungstechnik im Rahmen eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVKP) optimiert worden. Da der Standort historisch gewachsen ist, waren ursprünglich in jedem Gebäude dezentrale Kaltwasserpumpen verbaut. Das führte zu einem erhöhten Aufwand auf der Regelungsseite und erschwerte den hydraulischen Abgleich im Netz. Außerdem war jede Kältemaschine an einen eigenen Verteiler angeschlossen und wurde durch sechs zusätzliche ungeregelte Kühlwasserpumpen betrieben. Diese Konfiguration resultierte darin, dass bereits bei milden Temperaturen von etwa 20°C rund zehn bis 15 der Kaltwasserpumpen in Funktion waren.
Um alle Erzeuger und Verbraucher optimal aufeinander abzustimmen und eine bedarfsgerechte Regelung zu ermöglichen, musste also das Kältenetz sowohl hydraulisch als auch regelungstechnisch harmonisiert werden. Dazu wurden sämtliche Kältemaschinen aus der Kältezentrale in einem Raum installiert und auf einen gemeinsamen Verteiler geführt sowie alle Geräte in das Building-IoT-System von Phoenix Contact integriert.
Nun wird die Verteilung am Standort über nur fünf Schubpumpen realisiert und anhand der Druckdifferenz im schlechtesten Strang gemäß dem Schlechtpunktprinzip geregelt. Im Resultat verzeichnet das Unternehmen einen deutlich wirtschaftlicheren Betrieb der Kältemaschinen und des Kältenetzes. Bei den oben beschriebenen milden Temperaturen von etwa 20°C fahren die Kaltwasserpumpen jetzt auf einer 50-prozentigen Last. Als weitere Maßnahme sind die beiden Kältezentralen gekoppelt worden, sodass die Absorptionskältemaschinen besser eingesetzt und die Laufzeit der Blockheizkraftwerke (BHKW) erhöht werden können.
Zur Steigerung der Laufzeit der BHKW und der Absorber wird der Sprinklertank als Kältespeicher verwendet. Durch die Nutzung großer Kältespeicher lassen sich die Kältemaschinen ferner bei Neuanschaffung kleiner auslegen. Die Spitzenlast ist dann nicht mehr über die Kältemaschine abzudecken, sondern wird aus den ausreichend großen Sprinklertanks bereitgestellt. Auf der Regelungsseite müssen dazu aber die notwendigen Voraussetzungen vorhanden sein. Das bedeutet, dass sämtliche Erzeuger, Regelmechanismen und Verbraucher oder Online-Daten – wie Wetterprognosen – integral und kommunikativ zu vernetzen sind. Zu diesem Zweck setzt Phoenix Contact auf das eigene Building-IoT-Managementsystem Emalytics.
Verknüpfung aller Gewerke
Das Herzstück von Emalytics bildet das IoT-Framework, das eine nahtlose Verknüpfung aller Gewerke ermöglicht und deren Daten auf ein einheitliches Format normalisiert. Dieses Vorgehen erweist sich als vorteilhaft, weil die Daten – egal aus welcher Quelle, unabhängig vom Protokoll oder Bussystem – immer in der gleichen Struktur verarbeitet werden können. Für jedes Gerät gibt es folglich eine Trennung zwischen der gerätespezifischen Kommunikation und dem Prozess, wie dies bei der Regelung der Sprinklertank-Beladung der Fall ist. Der Systemintegrator kann sich somit besser auf die Funktion im Prozess fokussieren und muss sich weniger Gedanken um die Datenübertragung und deren Umsetzung im Prozess machen.
Um die Stärke von Emalytics auszuspielen, hat Phoenix Contact mit dem ILC 2050 BI eine spezielle Hardware entwickelt, die als IoT-Integrationsplattform eingesetzt wird. Aufgrund seiner hohen Schnittstellendichte, Modularität und Performance unterstützt das Gerät das IoT-Framework optimal und erlaubt ein effizientes Arbeiten in Kälte- und Wärmeprozessen sowie sämtlichen anderen Gewerken in der technischen Gebäudeausrüstung. Im Beispiel der Ladesteuerung für den Sprinklertank werden die Daten des Wetterdienstes direkt im ILC 2050 BI verarbeitet. Neben den Wetterdaten normalisiert der jeweilige ILC 2050 BI die Daten aus den Kältemaschinen, Blockheizkraftwerken sowie Absorbern und stellt sie im Framework respektive Netzwerk zur Verfügung. Zur Einbindung in das Unternehmensnetzwerk können die IT-eigenen Sicherheitszertifikate direkt auf dem ILC 2050 BI ausgerollt werden. Dies alles dient als Fundament für eine effiziente Regelung und den Betrieb der Kälteversorgung im Kontext des Energiemanagements von Phoenix Contact am Standort Blomberg.
