17. Februar 2021

Pumpen 4.0: Daten sammeln ist die Basis, Daten proaktiv interpretieren die Kür

Generell sollte auch beim Thema „Digitalisierung & Pumpen“ diese Maxime gelten: Es geht nicht darum, was man machen könnte – im Vordergrund muss stehen, was man machen sollte, um den Nutzen zu verbessern: Handling-Vorteile für den Installateur, Komfort für den Kunden/Betreiber, eine höhere Sicherheit/Verfügbarkeit der Technik. Hersteller profitieren auch durch neuartige Geschäftsmodelle.

„Never change a running system“, heißt es unter Planern. Pumpen der Gebäudetechnik (TGA) – ob Heizungsumwälzpumpen, Kühlwasser- und Abwasserpumpen oder Druckerhöhungsanlagen – sind in aller Regel ausgereifte Komponenten, die – gute Auslegung und bestimmungsgemäßen Betrieb vorausgesetzt – über viele Jahre ihren Job bestens erfüllen. Warum sollte man also ohne Not funktionierende analoge Technik digitalisieren? Wegen der zusätzlichen Nutzenvorteile: Digitalisierung hat am Ende des Tages das Ziel der „Operational Excellence“: stabile Prozesse, verbunden mit einer hohen Anlagenverfügbarkeit und Flexibilität. Hinzu kommt mitunter die Chance zu neuartigen Geschäftsmodellen.

Nicht zuletzt ermöglichen Lösungen auf der Basis smarter digitaler Pumpensysteme eine bessere Ressourceneffizienz. Es lässt sich nicht nur Energie einsparen, sondern auch Wasser – u. a. durch Wiederverwendung von Brauch-, Schmutz- und Abwasser. Das ist in der Gebäudetechnik durchaus schon ein Thema: bei uns in Deutschland unter dem Stichwort „Green Buildings“ zur Bewässerung von städtischem Grün und seit Jahren bereits in Japan zur Versorgung von Bürogebäuden mit Toilettenspülwasser.

„Intelligenz“ bewährt sich auch beim Handling von Abwasser: Das Druckentwässerungssystem mit „Nexos“-Intelligenz von Wilo ermöglicht die Vernetzung, Überwachung und Steuerung eines Druckentwässerungssystems. Es besteht aus dem Pumpenschacht mit Abwasser-Tauchmotorpumpe inklusive Schneidwerk, einem Schaltgerät mit Radioantenne, einem Gateway und der Bedienungssoftware. Die einzelnen Pumpstationen werden untereinander und mit einer zentralen Kontrollsoftware digital vernetzt. Diese steuert die Pumpstationen und entleert sie abschnittsweise oder in bestimmten Zeitabständen gemäß individuell entwickelter Algorithmen. Diese Lösung sichere das Einhalten der optimalen Fließgeschwindigkeiten in den Sammelrohrleitungen und minimiere die Gefahr von Ablagerungen und Verstopfungen, so der Anbieter.

Alle Statusinformationen laufen auf dem zentralen Server zusammen, wodurch mögliche Fehlermeldungen frühzeitig erkannt und per SMS und E-Mail kommuniziert werden. Das ermögliche ein zielgerichtetes Eingreifen und verhindere größere Systemschäden.

Digitaler Nutzenvorteil: Die smarte Vernetzung bietet dem Betreiber hohe Betriebssicherheit mit einem reibungslos arbeitenden Druckentwässerungssys tem, einer umfassenden Kontrolle über das System und Energieeinsparungen.

Vernetzte Pumpensysteme für die Wohnungswirtschaft
Kommerzielle Vermieter verwalten mit rund 8,3 Mio. Wohnungen heute gut 20 % des gesamten Wohnungsmarktes in Deutschland (40 Mio. Bestandswohnungen). Der Wohnungswirtschaft kommt somit eine zentrale Rolle bei der Entwicklung des Smart-Building-Marktes zu, hat sie doch maßgeblichen Einfluss auf die technische Ausstattung der Gebäude – auch hinsichtlich von Pumpen und assoziierter Systeme.

Sie betrachten die Investition in Smart-Building-Lösungen als wichtiges Instrument der Mieter- und Kundenbindung (Stichworte: Komfort, Kostensenkung, Image). Für Verwalter sind zudem die Möglichkeiten zur individuellen Energieverbrauchsmessung und -visualisierung sowie zur Kostenabrechnung, zur automatisierten Heizungsregelung sowie zur Kontrolle des Raumklimas (Stichworte: Sick-Building-Syndrom, Schimmelvermeidung) vorteilhaft.

Keine zusätzliche Investition
Dazu passt beispielsweise die Funktion „Dynamic Control“ von KSB. Hintergrund: Moderne Umwälzpumpen verändern ihre Drehzahl in Abhängigkeit vom aktuell vorliegenden Bedarf. Dabei stellen sie ihren Förderstrom und ihre Förderhöhe anhand eines Algorithmus so ein, dass sich ihr Betriebspunkt entlang einer programmierten Regelkurve verschiebt.

Die minimale Anlagenkennlinie beschreibt den Rohrleitungswiderstand, wenn alle Thermostatventile vollständig geöffnet sind. Da die minimale Anlagenkennlinie meist nicht bekannt ist, stellt der Planer die Regelkurve bei herkömmlichen Systemen so ein, dass sie deutlich oberhalb der minimalen Anlagenkennlinie liegt. Damit wird Energie verschenkt und es können störende Geräusche an den Thermostatventilen der Heizkörper entstehen.

Die Funktion „Dynamic Control“ in den Heizungsumwälzpumpen „Calio“ und „Calio S“ von KSB verschiebt den Betriebspunkt ausgehend von der aktuell gewählten Regelkurve so lange nach unten, bis die minimale Anlagenkennlinie erreicht ist. Sollte sie unterschritten werden, erkennt dies der Algorithmus und schaltet die Pumpe zurück, um ausreichende Versorgung sicherzustellen. Das Erkennen der minimalen Anlagenkennlinie aus dem Signal des Förderstroms ist so sicher, dass eine Unterversorgung ausgeschlossen ist – eine ausreichende Wärmeversorgung des Gebäudes sei garantiert, sagt der Anbieter.

Digitaler Nutzenvorteil: Die Implementierung des Algorithmus erfolgt softwareseitig und benötigt keine zusätzlichen Sensoren oder Aktoren (keine zusätzlichen Kosten). Die Leistungsaufnahme der Pumpen sinkt gegenüber herkömmlich geregelten Aggregaten laut KSB um durchschnittlich 21 %.

Sichtbare Einsparpotenziale
Der Energieeffizienz-Dienstleister perto zielt auf den Austausch ineffizienter elektrischer Geräte vornehmlich im B2B-Bereich. Das Unternehmen konzentriert sich auf geringinvestive Maßnahmen mit kurzer Amortisationszeit. Herzstück ist eine Software, die mittels Bilderkennung den individuellen Energieverbrauch berechnet und so potenzielle Einsparungen transparent macht. Der Rundumservice beinhaltet die Installation durch einen lokalen Fachhandwerker und den Fördermittelservice.

Digitaler Nutzenvorteil: Software macht Einsparpotenziale sichtbar.

Pumpenkonfiguration per App
Biral nennt seine neue App schlicht „ONE“ – der digitale Arbeitskollege vernetzt den TGA-Planer mit den Produkten des Anbieters und verschafft die passenden Informationen. Beispielsweise zur Nassläufer-Umwälzpumpe „ModulA“. Neu kann die „ModulA“ über Bluetooth mit der App „ONE“ konfiguriert, gesteuert und überwacht werden. Biral weist zudem auf ihre Wirtschaftlichkeit: Mit einem EEI-Wert ab ≤ 0,17 zählen „ModulA“-Pumpen zur Top-Kategorie „Best in Class“.

Digitaler Nutzenvorteil: Ob auf dem Smartphone oder am Desktop-PC: „ONE“ ist auf allen digitalen Endgeräten dieselbe Applikation.

Datenbank bei Armstrong
Der von Armstrong Fluid Technology entwickelte „Pump Manager“ ist ein cloudbasierter Abo-Service. Er verfolgt und verwaltet die Pumpenleistung und liefert frühzeitige Diagnosewarnungen, online einsehbare Trends und Analysen sowie automatisierte Berichte – Basis ist die IBM Watson Cloud. Der „Pump Manager“ unterstützt Kunden dabei, fundierte Entscheidungen zu treffen und zur Erzielung der bestmöglichen Leistung in den TGA-Gewerken sofort notwendige Maßnahmen zu ergreifen. Das Konnektivitätskit enthält einen vom Anbieter vorgeschriebenen Router mit integrierter SIM-Karte.

Digitaler Nutzenvorteil: Das Performance-Management liefert Einblicke in Echtzeit. So können fundierte, proaktive Entscheidungen gefällt und sofortige Maßnahmen getroffen werden.

Blick in die Zukunft
Aus „Big Data“ „Smart Data“ zu generieren, das ist eines der ganz großen Versprechen der digitalen Transformation. Es gelingt in Sachen Instandhaltung gut über das langfristige Erfassen von relevanten Daten (Temperatur, Druck, Volumenstrom) und deren Analyse (Trends, Abweichungen). Massiv gefallene Preise der immer leistungsfähigeren Sensoren unterstützen dies.

„Data Mining“ versucht dann, mithilfe anspruchsvoller statistischer und mathematischer Verfahren bzw. Algorithmen verborgene Muster, Trends und Zusammenhänge in großen Datenmengen zu erkennen. Die Crux: Smarte Feldgeräte kommunizieren zwar mit dem zentralen Gebäudeleitsystem, aber die fleißig gesammelten Daten nutzt man aufgrund von Sicherheitsbedenken und wegen technischer Hürden vielfach nur zur nachträglichen Fehleranalyse. Experten schätzen, dass 97 % der Daten aus der Feldebene ungenutzt bleiben. Die Herausforderung besteht darin, an diese Daten heranzukommen. Heute stehen dazu sehr leistungsfähige Echtzeit-Bus-Systeme und Cloud-Anbindungen bereit. Eine datenbasierte Verzahnung der TGA-Gewerke und Instandhaltung ist somit möglich. Sehr anschaulich sprechen Experten von einem „Langzeit-EKG“.

Grundfos greift mit seinem „Machine-Health-Konzept“ auf eine der weltweit größten Datenbanken für typische Maschinengeräusche bzw. Vibrationsprofile zu, mit deren Hilfe präzise Diagnosen möglich sind. Mehr noch: Aus Maschinendaten werden Handlungsempfehlungen – dank Echtzeit-Meldungen und Algorithmen, die geeignete Reparaturen und Wartungsmaßnahmen vorschlagen. Die Sensoren und Algorithmen überwachen kritische Aggregate rund um die Uhr.

Digitaler Nutzenvorteil: Die Datenbank kann schon kurz nach der Installation der Sensoren und Empfänger Aussagen über den Zustand der Anlage treffen – die Algorithmen der künstlichen Intelligenz müssen also nicht, wie sonst oft üblich, erst angelernt werden. Das System meldet sich mit einer detaillierten Analyse inklusive einer erfolgversprechenden Lösung für das sich anbahnende Problem. Der Betreiber kann Wartungsmaßnahmen gezielt terminieren, er spart Kosten ein und vermeidet – mitunter teure – Ausfälle. In der Praxis ergeben sich 30 % geringere Wartungskosten, 90 % niedrigere Reparaturkosten, 75 % weniger Ausfälle sowie eine 45 % länger verfügbare Betriebszeit, hat Grundfos berechnet.

Fazit
Smarte Pumpen für die Gewerke Heizung, Klima und Sanitär sichern nicht allein den kosteneffizienten Betrieb. Kombiniert mit modernen Feldbus-Lösungen gewährleisten sie Transparenz hinsichtlich der Betriebsdaten und bieten damit die Möglichkeit zur Präventivwartung, was die Betriebssicherheit signifikant verbessert.

Autor: Hans-Jürgen Bittermann, freier Journalist mit Pressebüro bitpress