Messen des Energieverbrauchs IP-Technik im Krankenhaus: M-Bus-Gateways bringen Zählerdaten in die Cloud

Anbieter zum Thema

STV Electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

2022 sind die Energiepreise rasant gestiegen. Neben Gas ist vor allem Strom betroffen. Krankenhäuser müssen Energie sparen und M-Bus Gateways können dabei helfen. Sie sind direkt mit der Cloud verbunden.

Ein durchschnittliches deutsches Krankenhaus zahlte bisher 800.000 Euro pro Jahr an Energiekosten [1]. Im Jahr 2020 lag der durchschnittliche Anteil an den Sachkosten bei 4,5 Prozent [2]. Die Preisexplosion seit dem Ukraine-Krieg katapultiert die Energiekosten auf einen deutlich höheren Kostenanteil, der Krankenhäuser bei angespannten Budgets und minimalen Überschussquoten schnell in die Verlustzone treiben kann. Energiesparen ist also angesagt. Und die Aussichten sind gar nicht so schlecht: Nach Berechnungen der Landesenergieagentur Sachsen-Anhalt liegt das Einsparpotenzial bei der Energienutzung in deutschen Krankenhäusern bei 30 Prozent [3]. Mit entsprechenden Maßnahmen könnte ein durchschnittliches Haus demnach rund 240.000 Euro pro Jahr einsparen.

Das Problem bei der Umsetzung ist jedoch die schiere Komplexität der Zusammenhänge. Dies beginnt bereits in den einzelnen Abteilungen der Krankenhäuser: Bildgebende Verfahren wie Ultraschall, CT und MRT haben beispielsweise einen Anteil von rund 20 Prozent am Gesamtstrombedarf eines Krankenhauses [3], fahren Spitzenlasten und haben ganz andere Anforderungen als einfache Stationen, die vor allem Heizungs- und Klimatisierungskosten verursachen. Operationssäle, Notaufnahme, Intensivstation, Küche, Verwaltung - auch diese Bereiche stellen unterschiedliche Anforderungen an die Strom- und Energieversorgung.

Alle Verbräuche im Krankenhaus werden detailliert erfasst

Um Entscheidungsgrundlagen für verbrauchsoptimierende Maßnahmen zu schaffen, ist vor allem eine möglichst genaue und engmaschige Erfassung der Verbraucher und Verbräuche erforderlich. Neben der zentralen offiziellen Energieverbrauchsmessung am Übergabepunkt des Energieversorgers müssen die unterschiedlichen Strom-, Gas- und Wärmeverbräuche der einzelnen Krankenhausbereiche erfasst werden. Das geschieht in der Regel über so genannte Unterzähler.

Diese Geräte werden in Gebäudeteilen oder auch in größeren Anlagen installiert, um dort den Strom- und Energieverbrauch zu messen und die Lastverteilung im Betrieb anhand der tatsächlichen Verbräuche optimieren zu können. Dabei ist es besonders wichtig, dass die Messgeräte permanent auslesbar sind und auch eine Fernauslesung ermöglichen.

Verbraucher und Zähler bei der Planung berücksichtigen

In heutigen Liegenschaften sind häufig bereits Unterzähler installiert, in Spitälern sind teilweise mehrere hundert solcher Geräte im Einsatz [4]. Die Zuordnung der einzelnen Verbraucher ist jedoch nicht immer einfach, die Struktur der Verbraucher und Zähler kann sich bei der Planung der Anlagen oder im Betrieb ändern. Das Krankenhausmanagement muss sich daher stets auf eine zuverlässige Dokumentation der Zählerstandorte verlassen können. Denn nur dann ist eine korrekte Datenerfassung möglich, die Voraussetzung für ein intelligentes Energiemanagement im Krankenhaus ist.

Das technische Personal im Krankenhaus wünscht sich eine zuverlässige, einfache und effiziente Lösung, auf die es sich verlassen kann. Eine kostengünstige und weit verbreitete Lösung für diese Anforderungen bieten vor allem Zähler mit M-Bus-Schnittstelle. Sie haben derzeit den größten Marktanteil im Submetering-Bereich.

Marktführer bei den Submetern

Vor allem in großen Gebäudekomplexen wie Krankenhäusern erfreuen sie sich großer Beliebtheit. Mit diesen Geräten ist es bereits seit vielen Jahren möglich, Zählerdaten in kurzen Zeitabständen über eine einfache Zweidrahtleitung abzufragen. Die Installation des M-Busses mit zwei „Klingeldrähten“ ist kostengünstig und die Verbindung sogar verpolungssicher, was die Installation sehr einfach macht. Außerdem wird die Elektronik im Zähler direkt über den Bus mit Strom versorgt.

Es gibt also wenig Gründe, diese etablierte Technik zu ändern. Allerdings sind Zähler mit M-Bus-Anschluss noch lange keine digitalisierten Zähler mit Ethernet-Anschluss oder gar eigenem Webserver. Eine Anbindung an die Cloud ist daher nicht ohne weiteres möglich. M-Bus ist eine Lösung auf der Feldebene, die Zähler sind also in ein großes und komplexes Konstrukt der hauseigenen „Automationsebene“ eingebunden. Auch der M-Bus folgt der Logik herkömmlicher Bussysteme wie BACnet, Modbus oder dem offenen Protokoll KNX: Jeder Submeter ist über die Leitung mit einem M-Bus-Master verbunden, der wiederum über eine serielle Schnittstelle mit einem Fernwirkgerät verbunden ist. Das Fernwirksystem ist über ein Fernwirkprotokoll mit der Leitebene verbunden, so dass die Daten dort ausgelesen werden können. Eine recht lange Kette, die in großen Kliniken noch komplexer wird.

Daten in der Cloud bieten neue Möglichkeiten

Eine direkte Cloud-Anbindung der Zähler ist daher ein großer Wunsch. Energiemanager wollen die Verbrauchswerte der einzelnen Anlagen und Gebäudeteile bedarfsgerecht in einer App visualisiert bekommen, Analysen durchführen, Berichte automatisch erstellen und jederzeit in Echtzeit wie Alarme erhalten.

Visualisierungen des Energieverbrauchs aus der Cloud können auch zu Verhaltensänderungen auf den Displays der Stationen führen. Die Bereitstellung der Daten in einer Cloud eröffnet darüber hinaus ganz neue Möglichkeiten: Big Data Analytics, künstliche Intelligenz und die Verknüpfung von Zählerdaten mit Daten beispielsweise aus der Belegungsplanung sind hier weitere Optionen, um das Energiemanagement in Krankenhäusern durch Digitalisierung und datenbasierte Innovationen zukunftsfähig zu machen. So können beispielsweise Daten aus Wärmemengenzählern in Kombination mit Patientenbelegungsplänen zu einem intelligenteren Temperaturmanagement beitragen, als die Heizkurven nur nach Außentemperaturen zu regeln.

Mit M-Bus-Gateways in die Cloud

Für die Anbindung von Submetern an Zähler-Clouds hat die Industrie mittlerweile zahlreiche Lösungsvarianten entwickelt: Sowohl M-Bus Pegelwandler, Splitter als auch Gateways ermöglichen es, Daten aus den Messgeräten zu erfassen und IP-basiert zu verarbeiten. Pegelwandler wandeln M-Bus-Signale in Ethernet-Signale um. Der M-Bus Master kann dabei auf einem beliebigen Server gehostet werden. Splitter greifen die Daten vom M-Bus ab und können an beliebiger Stelle in den M-Bus eingeschleift werden und mit Master und Slave kommunizieren.

Der lokale M-Bus-Master bleibt dabei erhalten. M-Bus-Gateways fungieren nicht nur als Brücke vom Submeter in die Cloud, sondern auch als Schnittstelle zu etablierten Gebäudebussystemen wie BACnet, KNX und Modbus. Firmen wie STV Electronic bieten solche Lösungen an. Alle Produkte verfügen bereits über einen integrierten Webserver, der die Verwaltung der angeschlossenen Zähler ermöglicht. Damit ist bereits eine browserbasierte Auswertung der Zählerdaten gewährleistet. Durch die Anbindung von Cloud- und Edge-basierten Diensten gelangen die Messdaten von der Feldebene direkt in die Managementebene, ohne die komplexe Automatisierungspyramide Stück für Stück erklimmen zu müssen.

Die Daten können von den einzelnen M-Bus-Slaves in frei wählbaren Intervallen ab einer Sekunde ausgelesen werden. Dies ermöglicht eine permanente Überwachung der Verbrauchsdaten. Krankenhäuser erhalten so eine transparente Aufstellung ihrer Verbräuche und können entsprechend gegensteuern. Das spart Aufwand und Kosten. Gleichzeitig erleichtern solche Pegelwandler, Splitter und Gateways die Wartung enorm: Es ist keine spezielle Software notwendig. Installateure können einfach per Smartphone, Tablet oder Computer webbasiert mit jedem Browser auf die Gateways zugreifen.

Einzug der IP-Technologie im Krankenhaus

Der Einsatz von IP-Technologie hebt das Energiemanagement in Krankenhäusern auf eine neue Ebene. Und das ohne große Investitionen, denn mit einem einzigen M-Bus Gateway können bis zu 128 Standardlasten in die Cloud gebracht werden. Zudem bieten sie einen flexiblen Einsatz mit Übertragungsraten von 300 bis 38.400 Baud und einer hohen und zuverlässigen M-Bus-Spannung von 38 V. Dies ermöglicht die sichere Anbindung von M-Bus-Infrastrukturen auch über lange Distanzen und mehrere Gebäudeteile hinweg.

Das bloße Warten auf die Strom- und Gasrechnung gehört damit der Vergangenheit an: Schwachstellen im Energiemanagement werden in Echtzeit aufgedeckt, Verbräuche lückenlos erfasst. Auf Basis dieser Daten können Krankenhäuser ihren Energieverbrauch analysieren und mit den gewonnenen Erkenntnissen reduzieren, um Kosten und CO₂-Fußabdruck deutlich zu verringern.

Referenzen

[1] Landesenergieagentur Sachsen-Anhalt (LENA): Energieeffizienz für Krankenhäuser in Sachsen-Anhalt. Abgerufen am 8.5.2023.

[2] Statistisches Bundesamt (2022): Kostennachweis der Krankenhäuser 2020. Abgerufen am 8.5.2023.

[3] Nachhaltigkeit in bildgebenden Verfahren vom 2. April 2013. Abgerufen am 8.5.2023.

[4] Rogen, M. (2018): Analyse der Stromverbräuche in einem Krankenhaus. Strategische Identifizierung der Verursacher mithilfe verschiedener Methoden. FH Vorarlberg.

* Markus Hühn ist Geschäftsführer der STV Electronic.

(ID:49436559)