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Gebäudeenergie- und –informationstechnik (GEIT)

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  1. 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 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 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) 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. 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. Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

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

  9. Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

  10. Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

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

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

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

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

  18. Kaltgangvolumenstromregelung für Rechenzentren • Kostenreduzierung: • Gerechnet wurde mit 15 ULKG mit einem Einzelvolumenstrom von 31.500 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 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. 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. Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

  20. Was kostet ein Ausfall eines Rechenzentrums? (Direkt messbare Kosten) 11.900 4.300 280 210 165 165 50 Quelle: AT&T Gartner TPPC 2002 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

  21. 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 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 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 Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

  24. Ergonomie und Verfügbarkeit • Schaffung eines übergeordneten Managementsystems: Vernetzung aller alarmgebenden Systeme möglichst mit einheitlichemProtokoll, 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 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. 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. 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. Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel

  28. 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. 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) 5019-3299 Fax: (030) 5019-483299 E-Mail: nils.siebel@htw-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.de mario.betros@gaintegra.de http://www.geit-berlin.de/ Dipl. Ing. Mario Betros, Prof. Dr. Nils T.Siebel