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Kurztitel: MoniSoft
Förderkennzeichen: 03ET1035B
Status: Abgeschlossen
Laufzeit: 10/2011 bis 12/2015
Themen: Monitoring & Bilanzierung, Betriebsoptimierung
Standort: 76131 Karlsruhe, Englerstraße 7
Innovation: Datenmanagement und Datenvisualisierung erleichtern die Nutzung von komplexen Messdaten für die Betriebsoptimierung von Gebäuden
Schlagworte:

Quintessenz

  • Java-basierte, plattformübergreifende Software
  • Stringente Messdatenverarbeitung mit Qualitätssicherungsfunktionen
  • kontextbezogene Datenvisualisierung unterstützt Optimierung des Gebäudebetriebs
  • Nutzbar auch für hohe Zahl an Datenpunkten

Mit MoniSoft, einer Java-basierten und plattformunabhängig verwendbaren Software, wird das Monitoring und die Betriebsanalyse von Gebäuden vereinfacht. Eine stringente Messdatenverarbeitung mit Qualitätssicherungsfunktionen und vielfältigen Möglichkeiten der kontextbezogenen Datenvisualisierung unterstützt eine kontinuierliche Betriebsoptimierung von Gebäuden im Rahmen des Energiemanagements.

Die Software nutzt eine Datenbank, welche neben den eigentlichen Messdaten auch Informationen über das Gebäude, Flächen, Messpunkteigenschaften, Messdatenqualität und -plausibilität sowie Nutzereinstellungen enthält. Die Software kann von Experten für detaillierte Auswertungen und von weniger erfahrenen Personen für eine schnelle Schwachstellenerkennung genutzt werden. Hierzu kann die Vielzahl an Datenpunkten einfach strukturiert werden. Die Software ist nutzbar über eine graphische Oberfläche und auch über die Kommandozeile, was eine automatische Auswertung und Erzeugung von Web-Grafiken ermöglicht.

Projektkontext

Die Software MoniSoft wurde ursprünglich im Rahmen der wissenschaftlichen Evaluierung verschiedener EnOB-Modellgebäude entwickelt und später für die energetische Bewertung größerer Liegenschaften weiter ausgebaut. Denn beim Monitoring von Gebäuden treten immer wiederkehrende Fragestellungen und Bearbeitungsroutinen auf. Die Anforderungen im Handling großer Datenmengen wurden von den Forschungsteams in den Projekten meist individuell mit Tabellenkalkulationssoftware bewältigt. Das Erstellen aussagekräftiger Grafiken zur Visualisierung der Gebäudeperformance war meist mit einem sehr hohen Aufwand verbunden. Mit MoniSoft sollte nun ein universell nutzbares Werkzeug entwickelt werden, mit dem die beim Monitoring von Gebäuden anfallenden Aufgaben weitgehend automatisiert und mit hohem Bedienkomfort bearbeitet werden können. Das Werkzeug sollte sich auch an einen bestimmten Gebäude- oder Liegenschaftskontext anpassen lassen.

Projektpartner

MoniSoft wurde zunächst ausschließlich am KIT, Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau (fbta) in einem Team von Gebäude- und Softwareexperten entwickelt. Die Softwareschneiderei GmbH in Karlsruhe hat die Software einer umfangreichen Qualitätssicherung unterzogen, um Laufzeitstabilität und Weiterentwickelbarkeit zu überprüfen, bevor MoniSoft dann anderen Nutzern außerhalb des fbta zur Verfügung gestellt wurde. Der Softwarecode wird seit März 2013 auch mithilfe weiterer Partner weiterentwickelt. An der Hochschule Rosenheim, Abteilung Forschung und Entwicklung, wurden die Software nun maßgeblich weiterentwickelt. Für das Versions- und Qualitätsmanagement sorgt das KIT (fbta).

Forschungsfokus

Die Software nutzt eine Datenbank, welche neben den eigentlichen Messdaten auch Informationen über das Gebäude, Flächen, Messpunkteigenschaften, Messdatenqualität und -plausibilität sowie Nutzereinstellungen enthält. Die Software kann von Experten für detaillierte Auswertungen und von weniger erfahrenen Personen für eine schnelle Schwachstellenerkennung genutzt werden. Hierzu kann die Vielzahl an Datenpunkten einfach strukturiert werden. Die Software ist nutzbar über eine graphische Oberfläche und auch über die Kommandozeile, was eine automatische Auswertung und Erzeugung von Web-Grafiken ermöglicht.

Zentrales Ziel war die Entwicklung einer Software, mit der Gebäude- und Messdaten gemeinsam verwaltet werden und die über eine einheitliche Datenstruktur einen prinzipiell immer gleichen Umgang mit den Daten unterschiedlicher Gebäude gewährleisten kann. MoniSoft ist komplett mit public domain-Werkzeugen erstellt und zudem plattformunabhängig implementierbar; es wird lediglich eine Java-Laufzeitumgebung benötigt. Damit ist das Werkzeug flexibel koppelbar an sämtliche derzeit genutzten Gebäudeleitsysteme. Ein Monitoring kann also auch im Nachhinein und unabhängig von der im Gebäude befindlichen Gebäudeleittechnik implementiert werden.

MoniSoft erlaubt die einfache Integration verschiedener Messpunkttypen wie kumulierend auflaufende Messwerte, kontinuierlich auflaufende Messwerte und Zustände wie Ereignisse oder Präsenz.

© HS Rosenheim

Weitere Abbildungen

Bereits in kleinen Monitoring-Projekten werden schnell bis zu 100 Messpunkte erreicht. Ingroßen Projekten sind mehrere Tausend Messpunkte keine Seltenheit. MoniSoft vereinfacht eine Ordnung dieser Messpunkte.

© HS Rosenheim

Häufig erschweren absolute Verbrauchswerte das Verständnis für Messergebnisse. Spezifische Verbrauchswerte erlauben eine deutlich bessere Einschätzung der Situation. MoniSoft ermöglicht dies über die Definition sogenannter „Bezugsgrößen“.

Beispielhaftes Zeitdiagramm mit gestapelter Balkendarstellung. Dargestellt werden die Beiträge der einzelnen Verbraucher (Wärmepumpen, GW-Pumpe und sonstige Hilfsenergie) zum gesamten Energieverbrauch für Raumwärme und TWW.

© HS Rosenheim

Beispielhaftes Zeitdiagramm mit flächiger Messwertdarstellung der Temperaturschichtung in einem Pufferspeicher. Zusätzlich wurde eine bedingte Markierung rot hinterlegt. In diesem Fall sind damit die Zeiten markiert, in denen ein solarthermischer Ertrag verfügbar und somit ein Aufheizen der unteren Pufferschichte erwünscht war.

© HS Rosenheim

Darstellung unterschiedlicher Werte, hier Temperatur und CO2-Konzentration, auf den beiden Werte-Achsen mit frei einstellbarem Wertebereich. Zusätzlich können Ereignisse, beispielsweise Präsenz oder die Stellung von Fensterkontakten, unter dem Diagramm als Balken in zwei Zuständen dargestellt werden.

© HS Rosenheim

Beispielhafte Darstellung eines Liniendiagramms mit verschiedenen Linien- und Symboloptionen. Verglichen werden die Arbeitszahlen zweier Wärmepumpen für TWW (blau) und Raumwärme (rot) mit Bezug auf Energie und Leistung.

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Das XY-Diagramm erlaubt die Darstellung von bis zu sieben Messpunkten in Abhängigkeit eines anderen Messpunkts. Zu diesem Zweck kann eine Reihe nützlicher Einschränkungen individuell für jeden Messpunkt getroffen werden.

© HS Rosenheim

Mit einem Carpetplot lassen sich tageszeitliche Schwankungen sowie globale Veränderungen schnell visualisieren. Hier ist der Stromverbrauch einer Bildungseinrichtung dargestellt. Es sind die Ferienzeiten sowie die Zeitumstellung erkennbar sowie die Trinkwarmwasserbereitung mittels eines Elektroboilers in den Sommermonaten.

© HS Rosenheim

Im Diagrammtyp "Dauerlinie" werden auf Basis von stündlichen Werten die Häufigkeit und der zeitliche relative Anteil dargestellt. Über einen Schieberegler kann ein Fadenkreuz an dem gewünschten Grenzwert positioniert werden. Zu der gewählten Position wird die Anzahl an Stunden für die Über- bzw. Unterschreitung dargestellt.

© HS Rosenheim

Allen Grafiken und sonstigen Berechnungen in MoniSoft liegen Zeitintervalle zugrunde. Dabei kann der Nutzer das gewünschte Intervall selbst wählen. Je nach Messpunkttyp entscheidet MoniSoft selbst, ob für die Intervalle ein Mittelwert oder eine Differenz gebildet werden soll.

© HS Rosenheim

MoniSoft kann die Datenqualität sowohl graphisch als auch textlich für beliebige Zeiträume und beliebige Messpunktzusammenstellungen automatisch überprüfen.

© HS Rosenheim

Erfolge

Mit der Software sind jetzt sämtliche Bearbeitungsschritte individuell kontrollierbar und weitgehend automatisierbar: vom Einlesen der Messdaten über die Qualitätskontrolle und Aufbereitung bis hin zur Visualisierung und zum Datenexport. Somit kann MoniSoft für wissenschaftliche Datenauswertungen ebenso genutzt werden wie für Routineauswertungen im Rahmen eines Gebäudemonitorings. Der Zugriff auf beliebige Datensätze und Zeiträume erlaubt nicht nur eine effektive Analyse und energetische Betriebsoptimierung einzelner technischer Systeme sondern auch ein Benchmarking innerhalb eines großen Gebäudebestandes hinsichtlich definierbarer, spezifischer (Energie-)Kennwerte.

MoniSoft bietet besonders differenzierte Werkzeuge zur Datenauswertung: Grundlage für eine zielgerichtete Gebäudeanalyse sind, neben den üblichen grafischen Darstellungsformen wie Linien-, Balken- oder XY-Diagrammen, vor allem spezielle Grafiken, mit denen Messdaten im Kontext dargestellt werden, um Regelmäßigkeiten und Abhängigkeiten erkennen sowie die Daten nach Zeitintervallen (z. B. „Regelarbeitszeit ohne Wochenenden“) und Zustand (z. B. „nur bei eingeschalteter Zuluft-Anlage“) filtern zu können. So sorgen beispielsweise Carpet-Diagramme für einen Überblick über Unregelmäßigkeiten im Gebäudebetrieb und Dauerlinien helfen bei der Abschätzung von Anlagenlaufzeiten. Immer wiederkehrende Zusammenstellungen von Messdaten, wie etwa für Heizkennlinien, können im Kontext mit der Darstellung gespeichert und mit immer neuen Zeiträumen „beladen“ werden. Dadurch können Optimierungsmaßnahmen überprüft oder Verbrauchsdaten mit dem gleichen Zeitraum des Vorjahres verglichen werden. Zur Beurteilung der Daten können in vielen Grafiken bestimmte Werte oder selbst definierbare Wertebereiche markiert werden um etwa Grenzwerte oder Zielbereiche hervorzuheben.

Meilensteine der Entwicklung

In verschiedenen Entwicklungsschritten ist über einen Zeitraum von etwa 10 Jahren ein stabil laufendes Softwarepaket entstanden, das bereits in vielen Projekten eingesetzt wurde. Seit 2013 wird die Software vom KIT (fbta) für Monitoringzwecke zur Verfügung gestellt. Im April 2015 waren in Deutschland 23 Institutionen mit einer Nutzungslizenz oder Testversion registriert. Ein umfangreiches Handbuch sowie ein seit 2014 bestehendes Internet-Forum kompensieren den bislang nicht angebotenen Nutzer-Support. Darüber hinaus haben Forscher der Hochschule Rosenheim damit begonnen, Erweiterungen zu programmieren sowie kleinere Fehler zu beheben. Diese wurden im März 2015 in einem ersten offiziellen Software-Update zusammengefasst.

Parallel dazu befindet sich ein Online-Visualisierungstool mit Anbindung an MoniSoft in Entwicklung. Seit 2014 veranstaltet die Hochschule Rosenheim regelmäßige Workshops zur Software MoniSoft, um die Anwendung der Software zu erleichtern und Fragestellungen und Anregungen für die Weiterentwicklung zu sammeln.

Anwendung

MoniSoft kann vom fbta bezogen werden. Für den Einsatz in öffentlich geförderten Monitoring-Projekten wird die Software mit einer auf die Laufzeit des Projekts begrenzten Lizenz kostenfrei zur Verfügung gestellt. Für die kommerzielle Nutzung kann eine kostenpflichtige Lizenz erworben werden. Die Konditionen sind am KIT (fbta) zu erfragen unter wagner(at)kit.edu.

MoniSoft wird zusammen mit einem umfangreichen Handbuch geliefert, das die Installation, die Inbetriebnahme und praktische Nutzung der Software ausführlich beschreibt. Eine Serie von Videotutorials erklärt den Umgang mit der Software Schritt für Schritt. Zusätzlich erhält man Zugang zu einem webbasierten Nutzerforum. Ein weitergehender Support kann momentan nicht erfolgen. Zum Testen von MoniSoft kann eine Demoversion vom fbta bezogen werden.

Letzte Aktualisierung: 10. Mai 2017

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