Eine 192-kW-Wärmepumpen­zentrale – aus der Ferne überwacht und bedarfsbasiert gesteuert.

Vor der Einführung von Metraon verfügte das Gebäude bereits über die erforderlichen Zähler, Wärmepumpen, Steuerungen und Kommunikationsgeräte. Die daraus stammenden Daten ergaben jedoch kein einheitliches, abrufbares und aus der Ferne nutzbares Betriebsbild.

Wenn ein Problem auftrat, ließ sich nur schwer schnell feststellen, was unmittelbar davor geschehen war, welche Anlage betroffen war und wie der aktuelle Betrieb vom üblichen Verhalten abwich.

Die Aufgabe bestand daher nicht darin, ein weiteres isoliertes Dashboard zu installieren. Zunächst mussten das Wärmepumpensystem, die Trinkwarmwasserbereitung, Zähler, Steuerungen und Datenverbindungen als ein zusammenhängendes gebäudetechnisches System verstanden werden.

Aus der einmaligen Auslesung wurde eine kontinuierliche Betriebsplattform

Die erste Version von Metraon las die Wärmezähler einmalig aus der Ferne aus und exportierte die Ergebnisse im Excel-Format.

Aus dem anfänglichen Werkzeug entwickelte sich schrittweise ein kontinuierliches Betriebssystem:

1. Zählerstände wurden regelmäßig ausgelesen.
2. Messungen wurden in einer zentralen Datenbank gespeichert.
3. Jeder Wert wurde mit dem entsprechenden Zähler, der Anlage und dem technischen System verknüpft.
4. Historische Trends, kumulierte Werte und Veränderungen zwischen Zeiträumen wurden verfügbar.
5. Unterschiedliche Messquellen konnten miteinander verglichen werden.
6. Bedarfsberechnung und Steuerung der Wärmepumpen wurden an dieselbe Betriebsplattform angebunden.

Heute verarbeitet das Pilotprojekt Daten von mehr als 1.000 Mess- und Steuerungspunkten.

Ein aktueller Wert allein reicht häufig nicht aus

Live-Messungen zeigen den momentanen Zustand des Systems. Die Ursache einer Abweichung in der Gebäudetechnik lässt sich jedoch häufig nur anhand der Daten aus den vorangegangenen Stunden oder Tagen verstehen.

Metraon zeigt Messungen daher nicht nur an, sondern bewahrt sie auch in Verbindung mit den entsprechenden Anlagen und Systemen auf. Betreiber können dadurch:

• den aktuellen Betrieb mit früheren Betriebszuständen vergleichen;
• kumulierte Energie- und Verbrauchswerte berechnen;
• Veränderungen zwischen Messzeiträumen untersuchen;
• den Trinkwarmwasserverbrauch verfolgen;
• denselben physikalischen Wert anhand unabhängiger Quellen gegenprüfen;
• Betriebsdaten mit Berichten und Abrechnungsberechnungen verknüpfen.

Die Wasseraustrittstemperatur einer Wärmepumpe kann beispielsweise sowohl mit einem PT1000-Temperatursensor als auch mit einem Wärmezähler überprüft werden.

Eine Abweichung zwischen beiden Quellen kann auf Mess- oder Betriebsbedingungen hinweisen, die in einer isolierten Steuerungsoberfläche verborgen blieben.

Fernintervention bei einem Problem mit der TWW-Versorgung

Die Trinkwarmwasserbereitung stellt in diesem Gebäude einen erheblichen und zeitlich wechselnden Wärmebedarf dar. Das System arbeitet mit 6.000 Litern Speicherkapazität, und die Wärmepumpen benötigen nach hohem oder unregelmäßigem Verbrauch Zeit, um die gewünschte Temperatur der Speicher wiederherzustellen.

Kaltes, feuchtes und nebliges Wetter kann die Häufigkeit der Abtauzyklen der Wärmepumpen erhöhen. Dadurch kann die für die Trinkwarmwasserbereitung verfügbare Wärmeleistung vorübergehend sinken.

Während einer solchen Phase meldete die Hausverwaltung ein Problem mit der Trinkwarmwasserversorgung.

Mit Metraon prüften wir die aktuellen Speichertemperaturen und den Zustand der Heizzentrale aus der Ferne. Anschließend schalteten wir zusätzliche Wärmepumpen ein, um die für die Trinkwarmwasserbereitung verfügbare Kapazität zu erhöhen.

Weniger als 30 Minuten nach der Meldung waren die Zustandsprüfung und die Fernintervention abgeschlossen, ohne dass zunächst eine Untersuchung vor Ort abgewartet werden musste.

Der betriebliche Nutzen entstand nicht allein durch die Fernschaltung. Der Betreiber sah im selben System die aktuellen Messungen, die zugehörigen Betriebszustände und die für den Eingriff erforderliche Steuerungsmöglichkeit.

Volumenstromtrends machten die Fehlersuche gezielter

In einem weiteren Fall zeigten die überwachten Volumenstromdaten ein Verhalten, das vom Normalbetrieb abwich.

Aktuelle und historische Messungen deuteten darauf hin, dass eine Seite einer Doppelumwälzpumpe nicht ordnungsgemäß arbeitete. Die Daten grenzten die wahrscheinlich betroffene Anlage ein, sodass der Hardwarefehler mit deutlich mehr technischem Kontext als bei einer allgemeinen Beschwerde an den für die Reparatur zuständigen Fachbetrieb weitergegeben werden konnte.

Metraon ersetzt weder die Diagnose vor Ort noch die Reparatur defekter Anlagen. Das System hilft dem Fachbetrieb, die Untersuchung mit gezielteren Informationen zu beginnen.

Aus Fernüberwachung wurde bedarfsbasierte Steuerung

Anhand des gemessenen Heiz- und TWW-Bedarfs kann Metraon bestimmen, wie viele Wärmepumpen betrieben werden müssen.

Die in der Cloud laufende Steuerungslogik übermittelt die erforderlichen Befehle per MQTT an das Linux-basierte Gateway im Technikraum. Das lokale Gateway kommuniziert über Modbus TCP, M-Bus-zu-Modbus-Brücken und Modbus-basierte I/O-Relais mit dem bestehenden System.

Wenn die Steuerung zusätzliche Kapazität anfordert, führt das Gateway die erforderlichen Relaisbefehle aus. Dadurch lässt sich die Anzahl der laufenden Wärmepumpen an den Heiz- und Trinkwarmwasserbedarf anpassen.

Das System zeigt also nicht nur, was geschieht, sondern kann anhand des gemessenen Bedarfs auch in den Betrieb eingreifen.

Die bestehende Infrastruktur blieb; ihre Nutzbarkeit nahm zu

Für die Umsetzung des Pilotprojekts mussten die bereits funktionierenden gebäudetechnischen Anlagen nicht ersetzt werden.

Metraon schuf eine vernetzte Betriebsebene rund um die im Gebäude vorhandenen Zähler, Wärmepumpen, Kommunikationsbrücken, Steuerungen und Relais.

In diesem Projekt sorgen folgende Technologien für Datenerfassung und Steuerung:

• MQTT;
• Modbus TCP;
• M-Bus-zu-Modbus-Brücken;
• Modbus-basierte I/O-Geräte.

Der Ansatz lässt sich auch an andere bestehende gebäudetechnische Systeme anpassen, nachdem deren Topologie, Datenverbindungen und Betriebslogik erfasst wurden.

Nächster Schritt: direkte elektrische Rückmeldung

Das aktuelle System stellt bereits Fernüberwachung, historische Analyse, bedarfsbasierte Steuerung und betriebliche Fernintervention bereit.

Der nächste Entwicklungsschritt ist die Einführung einer direkten dreiphasigen Strommessung an der Einspeisung jeder Wärmepumpe.

Diese Rückmeldung wird zuverlässiger überprüfbar machen, ob die einzelnen Einheiten tatsächlich elektrische Leistung aufnehmen und wie sich ihre Last entwickelt. Gemeinsam mit den vorhandenen Temperatur- und Wärmeenergiedaten kann dies später eine genauere Betriebsprüfung und Fehlererkennung unterstützen.

Die zusätzliche Rückmeldung könnte später Folgendes ermöglichen:

• die automatische Erkennung nicht laufender oder nicht verfügbarer Einheiten;
• die fehlertolerante Auswahl der betriebenen Wärmepumpen;
• den Ausgleich der Betriebsstunden;
• die automatische Nutzung von Ersatzwärmequellen;
• eine vorausschauende TWW-Steuerung;
• einen genaueren Vergleich von elektrischem und thermischem Energieverbrauch.

Diese Funktionen gehören zur nächsten Entwicklungsstufe des Pilotprojekts. Sie werden nicht als aktuelle Produktivfunktionen dargestellt.

Was hat das Pilotprojekt bewiesen?

Das Projekt hat gezeigt, dass sich eine bereits funktionierende Gebäudetechnik—ohne vollständigen Austausch—um eine Daten- und Steuerungsebene ergänzen lässt, die:

• kontinuierliche Fernüberwachung bereitstellt;
• die frühere Funktionsweise des Systems abrufbar macht;
• die Untersuchung von Problemen gezielter macht;
• Fernintervention ermöglicht;
• den Wärmepumpenbetrieb an den gemessenen Bedarf anpasst;
• Berichte und Abrechnungsberechnungen aus demselben Datenbestand unterstützt.

In diesem Gebäude entwickelte sich Metraon von einem Werkzeug zur einmaligen Zählerauslesung zu einem Bestandteil des täglichen Betriebs.