Energieeffizienter Betrieb von Kühlhäusern für gartenbauliche Produkte -Konzeption, Entwicklung und Feldtest eines IoT-basierten Überwachungssystems

Abstract

Betreiber von Kühlhäusern für gartenbauliche Produkte haben in den allermeisten Fällen keine Anhalts-punkte, wie der Energieverbrauch ihrer Anlage strukturiert ist, sowohl in Bezug auf die Einflussfaktoren als auch zeitlich. Dadurch fällt es schwer, Amortisationszeiten von effizienzsteigernden Maßnahmen zu er-mitteln oder Kosten und Nutzen der Einlagerung gegenüberzustellen. Ein Überwachungssystem wird benötigt, das die einzelnen Anteile der Kühllast berechnet und zusammen mit wichtigen Messdaten wie dem Energieverbrauch dem Betreiber online zugänglich macht. In dieser Arbeit wird ein solches konzipiert, entwickelt und unter realen Bedingungen getestet. Für Anforderungsanalyse und Systemdesign wird dabei auf die Use-Case-Methodik des Smart Grid Architecture Model (SGAM) zurückgegriffen. Die im Feldtest erhobenen Daten werden genutzt, um die Maßnahmen mit den kürzesten Amortisationszeiten speziell für die untersuchte Anlage vorzuschlagen. Die kalkulierte Amortisationszeit eines Kälteanlagentauschs liegt im mittleren zweistelligen Bereich und führt zur Erkenntnis, dass Eingriffe in Anlagen mit vergleichsweise moderner Technik nicht rentabel sind. Eine technische Validierung des Überwachungssystems auf Grund-lage des Anwendungstests wird durchgeführt. Dabei stellt sich heraus, dass die Anforderungen des Anlagenbetreibers deutlich besser erfüllt werden als die des Messsystembetreibers und Nachbesserungen an der Systemarchitektur für eine höhere Zuverlässigkeit werden vorgeschlagen.

In the vast majority of cases, operators of cold stores for horticultural products have no indication of how the energy consumption of their facility is structured, both in terms of influencing factors and in terms of time. This makes it difficult to determine payback periods of efficiency-increasing measures or to compare the costs and benefits of storage. A monitoring system is needed that calculates the individual shares of the cooling load and makes them available online to the operator together with important measurement data such as energy consumption. In this work, such a system is designed, developed and tested under real conditions. For requirements analysis and system design, the use case methodology of the Smart Grid Architecture Model (SGAM) is applied. The data collected in the field test is used to propose the measures with the shortest payback times specifically for the system under study. The calculated payback time of a refrigeration system replacement lies in the mid-double-digit range, leading to the conclusion that interventions in systems with comparatively modern technology are not profitable. A technical validation of the monitoring system based on the application test is carried out. It is found that the requirements of the plant operator are fulfilled significantly better than those of the measurement system operator and improvements to the system architecture for higher reliability are proposed.