Energiemonitoring im Unternehmen – welche Daten sollten gemessen und wie für das Energiemanagement genutzt werden?

In vielen Betrieben endet das Energiemonitoring beim Hauptzähler, einigen Unterzählern und einem Dashboard mit Diagrammen. Das liefert Daten, ist aber noch kein Energiemanagement. Damit Monitoring tatsächlich zur Verbesserung der energiebezogenen Leistung beiträgt, sollte jede Messung eine konkrete Frage beantworten: Was wollen wir erkennen, womit vergleichen wir das Ergebnis, ab welchem Niveau gilt es als Abweichung und wer muss reagieren.

Ein gut konzipiertes Monitoringsystem zeigt nicht nur, wie viel Energie ein Unternehmen verbraucht, sondern auch wann, wo und unter welchen Betriebsbedingungen der Verbrauch entsteht. Erst wenn Energie- und Leistungsdaten mit Prozessdaten wie Produktionsmenge, Betriebszeit, Temperatur, Druck, Durchfluss oder Anlagenzustand verknüpft werden, lassen sich Normalbetrieb, Verluste, Anomalien und eine schleichende Verschlechterung der Effizienz voneinander unterscheiden.

Energiemonitoring auf einen Blick

• Beginnen Sie mit geschäftlichen und technischen Fragestellungen, nicht mit der Auswahl einer Plattform.
• Bauen Sie eine Messhierarchie auf: Hauptzähler → Bereiche und Anlagen → Linien → wesentliche Verbraucher.
• Messen Sie nicht nur Energie, sondern auch Daten, die den Verbrauch erklären: Produktion, Betriebszeiten, Temperaturen, Drücke, Durchflüsse und Anlagenzustände.
• Legen Sie für jeden KPI einen Referenzwert, eine Reaktionsschwelle, eine verantwortliche Person und das Vorgehen fest.
• Analysieren Sie Grundlast, Betrieb außerhalb der Produktion, Abweichungen vom Profil und Veränderungen der Effizienz unter vergleichbaren Bedingungen.
• BMS, SCADA oder EMS können Daten bereitstellen und Steuerungsfunktionen übernehmen, aber das IT-System selbst ersetzt keinen Energiemanagementprozess.

Energiemonitoring und Energiemanagement – wo liegt die Grenze?

Ein Zähler erfasst einen Wert. Ein Dashboard zeigt ihn an. Management beginnt erst dann, wenn auf Basis der Daten ein wiederholbarer Prozess abläuft:

1. Messung,
2. Zuordnung des Betriebskontexts,
3. Vergleich mit einem erwarteten Wert oder einem Basiswert,
4. Erkennen einer Abweichung,
5. Zuweisung der Verantwortung,
6. Korrekturmaßnahme,
7. Überprüfung der Wirkung.

Diese Unterscheidung entspricht dem Ansatz von Energiemanagementsystemen. ISO 50001 beschreibt den Rahmen für das systematische Management der energiebezogenen Leistung, während ISO 50006:2023 das Thema Energieleistungskennzahlen und energetische Ausgangsbasen vertieft. In diesem Artikel dient ISO 50001 ausschließlich als organisatorischer Kontext. Im weiteren Verlauf geht es um das technische Monitoring von Energie und Medien sowie um die praktische Nutzung der Daten im Betrieb.

Zu einem ähnlichen Schluss führen die Materialien des U.S. Department of Energy zu EMIS: Ein Informationssystem kann Daten zentralisieren, Profile analysieren, Fehler erkennen und die Verifizierung von Ergebnissen unterstützen. Sein Nutzen hängt jedoch davon ab, dass ein Team die Informationen regelmäßig verwendet und Signale in konkrete Maßnahmen umsetzen kann.

Kommentar des Auditors: Das häufigste Problem ist nicht das völlige Fehlen von Daten. Ein Betrieb verfügt über Rechnungen, einen Hauptzähler, Maschinensteuerungen und mitunter auch über BMS oder SCADA. Problematisch wird es, wenn aus diesen Daten nicht hervorgeht, was am nächsten Tag konkret geprüft werden sollte und wer dafür zuständig ist.

Zuerst klären, für welche Entscheidungen Daten benötigt werden

Bevor die Messinfrastruktur erweitert wird, sollten einige konkrete Anwendungsfälle für das Monitoring definiert werden. Zum Beispiel:

• wir wollen den Energieverbrauch außerhalb der Produktionszeiten kennen;
• wir wollen den Energieverbrauch der Produktionshalle von Druckluftstation, Kühlung und HVAC trennen;
• wir wollen die Energieintensität einer Linie je Produktionseinheit bewerten;
• wir wollen einen steigenden Energiebezug bei unveränderter Last erkennen;
• wir wollen prüfen, ob der Druck der Druckluft höher gehalten wird, als es der Prozess erfordert;
• wir wollen den Betrieb der Kälteanlage in Abhängigkeit von Außentemperatur und Last bewerten;
• wir wollen den Effekt einer Modernisierung nach einem Gerätetausch oder einer Änderung der Regelung bestätigen.

Für jeden solchen Anwendungsfall müssen vier Fragen beantwortet werden: Welche Daten werden benötigt, woher beziehen wir sie, wie häufig werden sie ausgewertet und welche Entscheidung soll daraus folgen? So lässt sich vermeiden, Unterzähler „auf Vorrat“ zu installieren.

Wie sollte die Messstruktur im Unternehmen geplant werden?

Am nützlichsten ist eine hierarchische Struktur. Eine Messung auf einer niedrigeren Ebene sollte erklären, was auf der höheren Ebene nicht verstanden werden kann.

Das bedeutet nicht, dass jeder Motor einen eigenen Zähler benötigt. Ein Messpunkt ist dann sinnvoll, wenn sein Ergebnis eine technische oder betriebliche Entscheidung verändern kann. Wenn der zwanzigste Unterzähler zu keiner Maßnahme führt, ist sein Nutzen begrenzt – unabhängig von der Qualität des Dashboards.

In der Praxis empfiehlt es sich, mit einer Bilanz der wichtigsten Energieträger sowie der größten und variabelsten Verbraucher zu beginnen. Eine vorherige Bestandsaufnahme im Rahmen eines Energieaudits für Unternehmen oder von Anlagenmessungen kann hilfreich sein, weil sie zeigt, wo eine höhere Datengranularität tatsächlich erforderlich ist.

Welche Daten sollten gemessen werden? Energie ist nur eine Ebene

Die Auswahl der Daten sollte sich nach der Physik der Anlage richten. Ein kWh-Wert allein erklärt nicht, warum ein Kompressor, eine Kälteanlage oder eine Wärmeübergabestation schlechter zu arbeiten beginnt.

Bei Druckluftsystemen ist die Verknüpfung von Energie mit Durchfluss und Druck besonders wichtig. Die Leistungsaufnahme eines Kompressors allein zeigt nicht, ob die Energie zur Deckung des tatsächlichen Prozessbedarfs oder beispielsweise für Verluste im Netz eingesetzt wurde. Deshalb sollte eine solche Anlage auf Systemebene bewertet werden: Erzeugung, Steuerung, Netz und Verbraucher.

Elektrisches Energiemonitoring: Energie und Leistung beantworten unterschiedliche Fragen

Energie zeigt, wie viel in einem bestimmten Zeitraum verbraucht wurde. Leistung zeigt, wie intensiv und wann Energie bezogen wurde. In der Praxis werden beide Sichtweisen für das Management eines Standorts benötigt.

Die tägliche Energiesumme kann unauffällig erscheinen, obwohl kurzfristig eine ungewöhnliche Spitze auftritt. Umgekehrt zeigt eine Leistungsspitze allein nicht, ob sie durch die Produktionsmenge gerechtfertigt war. Deshalb sollten Zeitprofile mit Schichtplänen, Linienzuständen und anderen Betriebsdaten abgeglichen werden.

Wenn die Analyse der Auswahl von Netznutzungsparametern, der vertraglich vereinbarten Leistung oder des Tarifs dient, ist das ein eigenes Thema der Optimierung von Stromkosten. Hier dient das Leistungsprofil vor allem der technischen und betrieblichen Diagnose.

Wie wählt man das Datenintervall?

Es gibt kein einziges richtiges Intervall für den gesamten Standort. Daten des Hauptzählers mit einer Auflösung von gut zehn Minuten können für die Analyse des Standortprofils und des Betriebs außerhalb der Produktionszeiten ausreichen. Ein dynamischer Prozess, ein Maschinenzyklus oder eine schnelle Druckänderung kann Minutendaten oder noch kürzere Intervalle erfordern.

Die Regel ist einfach: Das Intervall sollte kurz genug sein, um das Phänomen sichtbar zu machen, auf das reagiert werden soll, aber nicht allein deshalb kürzer, weil technisch mehr Datenpunkte gespeichert werden können.

Wie lassen sich Grundlast und Betrieb außerhalb der Produktion erkennen?

Grundlast ist ein wiederkehrender Energiebezug, der auftritt, wenn der Hauptprozess nicht oder nur in minimalem Umfang läuft. Nicht jede Grundlast ist ein Verlust — manche Geräte müssen dauerhaft betrieben werden. Ziel der Analyse ist es, begründeten Energiebezug von einem Bezug ohne technologische Ursache zu unterscheiden.

Die einfachste Analyse verbindet:

• das Leistungsprofil des Hauptzählers,
• den Produktions- und Schichtkalender,
• den Status wichtiger Anlagen,
• Informationen zu geplanten Stillständen.

Hypothetisches Beispiel: Nach Produktionsende nimmt der Standort über 6 Stunden 60 kW mehr Leistung auf, als sich aus der Liste der für den Nachtbetrieb erforderlichen Verbraucher ergeben würde. Das entspricht 360 kWh pro Nacht. Bei 220 solchen Nächten sind das 79,2 MWh Energie pro Jahr, deren Ursache geklärt werden muss.

Das sind noch nicht automatisch 79,2 MWh Einsparung. Zunächst muss ermittelt werden, welche Geräte diese Differenz verursachen und ob ein Abschalten oder eine Reduzierung des Betriebs technisch zulässig ist. Genau deshalb sind Unterzähler auf Bereichsebene meist nützlicher als der Versuch, jeden einzelnen Verbraucher separat zu messen.

Wie lassen sich Anomalien und eine Verschlechterung der Effizienz erkennen?

Eine Anomalie muss kein spektakulärer Ausschlag im Diagramm sein. Häufig sind kleine, aber wiederkehrende Abweichungen wichtiger.

1. Abweichung vom Zeitprofil

Ein Gerät läuft zu Zeiten, in denen es laut Zeitplan ausgeschaltet sein sollte, oder startet früher, als es der Prozess erfordert.

2. Abweichung von den Betriebsbedingungen

An zwei Tagen sind Produktionsmenge und äußere Bedingungen ähnlich, der Energieverbrauch unterscheidet sich jedoch deutlich. Das ist ein Signal, Änderungen von Sollwerten, Betriebsarten, Störungen oder Bediener-Overrides zu prüfen.

3. Anstieg der Energieintensität

Der Gesamtverbrauch muss nicht steigen, wenn gleichzeitig die Produktion gesunken ist. Ein Kennwert in kWh je Produkteinheit kann deshalb eine Verschlechterung sichtbar machen, die auf der Energierechnung nicht erkennbar ist.

4. Veränderung der Beziehung zwischen Energie und Prozessparameter

Beispielsweise benötigt eine Druckluftstation mehr Energie, um bei ähnlichem Druck einen vergleichbaren Durchfluss zu liefern, oder eine Kälteanlage nimmt bei ähnlicher Last und Außentemperatur mehr Leistung auf. Ein solcher Trend ist häufig wichtiger als ein einzelner Alarm.

Die automatische Erkennung von Abweichungen kann hilfreich sein, die Schwelle sollte jedoch zum Prozess passen. Eine zu eng gesetzte Alarmschwelle erzeugt Hunderte Meldungen, die nach einigen Wochen nicht mehr gelesen werden.

Welche KPIs helfen tatsächlich beim Energiemanagement?

Ein KPI sollte eine technische Frage beantworten. Er muss nicht kompliziert sein.

Beispiele für Kennzahlen:

• kWh je Tonne, Stück oder Produktcharge;
• kWh je Stunde tatsächlicher Linienlaufzeit;
• Grundlast des Standorts in kW außerhalb der Produktion;
• Anteil der Energie, die außerhalb der geplanten Betriebszeit verbraucht wird;
• Energieverbrauch der Kompressoren bezogen auf die gemessene Menge der gelieferten Druckluft;
• Kälte- oder Wärmeenergie bezogen auf die Prozessgröße, sofern eine solche Bezugsgröße sinnvoll ist;
• maximale Leistung in definierten Betriebszuständen;
• Anzahl und Dauer der Abweichungen vom vereinbarten Profil.

Bei einem einfachen und stabilen Prozess kann mitunter eine einzige spezifische Kennzahl ausreichen. Wenn Außentemperatur, Produktmix, Liniengeschwindigkeit oder die Anzahl der Schichten den Verbrauch wesentlich beeinflussen, muss der Vergleich auf diese Bedingungen normiert werden. Andernfalls kann das System eine „Verschlechterung“ melden, die tatsächlich auf andere Produktionsbedingungen oder das Wetter zurückzuführen ist.

ISO 50006 betont insbesondere die Rolle von EnPIs und energetischen Ausgangsbasen bei der Bewertung der energiebezogenen Leistung. Für das praktische Monitoring bedeutet das: Ein Diagramm ohne Referenzpunkt beschreibt die Vergangenheit, ist aber kein Bewertungsinstrument.

Der häufigste Fehler: riesige Datenmengen ohne festgelegten Reaktionsprozess

Moderne BMS- und SCADA-Systeme, SPS und IoT-Plattformen können Tausende Datenpunkte bereitstellen. Das ist technisch beeindruckend, kann aus Sicht des Energiemanagements jedoch zu einer Informationsüberlastung führen.

Für jeden wichtigen KPI oder Alarm sollte klar sein:

Hinzu kommt die Datenqualität: einheitliche Einheiten, Zeitsynchronisierung, eindeutige Beschreibung der Messpunkte, Umgang mit Datenlücken sowie regelmäßige Prüfung der Sensorzuverlässigkeit. Ohne diese Grundlagen beginnt das System Werte zu vergleichen, die nur scheinbar dasselbe Phänomen beschreiben.

Vom Alarm zur Maßnahme – ein einfacher Workflow für den Betrieb

Ein gutes System für Energiemanagement und -monitoring endet nicht bei einer E-Mail-Benachrichtigung. In der Praxis sollte es einen geschlossenen Regelkreis bilden:

1. Abweichung erkennen — der KPI verlässt den festgelegten Bereich;
2. Daten validieren — prüfen, ob das Problem durch einen Sensor- oder Übertragungsfehler verursacht wird;
3. Kontext prüfen — Produktion, Wartung, Anlauf, Rezepturänderung, Wetter;
4. technische Diagnose — wahrscheinliche Ursache der Abweichung bestimmen;
5. Maßnahme — Sollwert korrigieren, reparieren, Zeitplan ändern, unnötigen Verbraucher abschalten;
6. Verifizierung — Daten nach der Änderung mit dem erwarteten Wert vergleichen;
7. Ergebnis dokumentieren — Schwelle, Verfahren oder Alarmlogik bei Bedarf aktualisieren.

Das DOE beschreibt in seinen Materialien zum EMIS-Betrieb ein ähnliches Modell: Vom System erkannte Probleme müssen verifiziert, priorisiert, bearbeitet und anschließend überprüft werden. Allein das Erzeugen weiterer Alarme führt zu keinen Einsparungen.

Wie lässt sich Monitoring zur Verifizierung von Modernisierungseffekten nutzen?

Monitoring ist nach einer Modernisierung besonders wertvoll, weil sich damit nicht nur der Effekt unmittelbar nach der Inbetriebnahme, sondern auch dessen Dauerhaftigkeit überprüfen lässt.

Vor der Änderung sollten festgelegt werden:

• Basiszeitraum,
• Datenumfang,
• Bedingungen, die den Energieverbrauch beeinflussen,
• Methode der Normierung,
• Zeitpunkt der Umsetzung der Modernisierung,
• Bewertungszeitraum nach der Änderung.

Wenn der Energieverbrauch nach einer Modernisierung von 12 auf 9 MWh pro Tag sinkt, gleichzeitig aber die Produktion um 30 % zurückgeht, kann die gesamte Differenz nicht automatisch der Investition zugerechnet werden. Umgekehrt bedeutet ein unveränderter Gesamtverbrauch nicht, dass kein Effekt vorhanden ist, wenn der Betrieb mehr produziert.

Bei der Bewertung einer Modernisierung sollten daher vergleichbare Bedingungen gegenübergestellt werden: Produktionsniveau, Betriebszeit, Außentemperatur, Anlagenlast oder andere relevante Variablen. Bei komplexeren Prozessen kann anstelle eines einfachen Vorher-nachher-Vergleichs ein Basismodell erforderlich sein.

Monitoring kann außerdem den sogenannten operativen Drift sichtbar machen: Nach einigen Monaten werden Sollwerte verändert, Zeitpläne verlängert, Overrides eingeführt und die Anlage kehrt schrittweise zu einem energieintensiveren Betrieb zurück. Der Modernisierungseffekt kann dadurch verloren gehen, ohne dass eine für die Produktion sichtbare Störung auftritt.

BMS, EMS und SCADA – wie lässt sich vorhandene Automatisierung nutzen?

In vielen Unternehmen ist ein Teil der benötigten Daten bereits vorhanden.

• BMS/BAS erfasst in der Regel Daten aus gebäudetechnischen Anlagen und kann HVAC, Wärmeübergabestationen, Beleuchtung oder andere technische Systeme steuern.
• SCADA liefert Informationen über den technologischen Prozess, Maschinenzustände und Betriebsparameter.
• EMS/EMIS kann als Integrationsschicht für Energie- und Prozessdaten dienen, KPIs berechnen, Alarme erzeugen und Analysen unterstützen.
• Gerätesteuerungen, Frequenzumrichter und SPS stellen häufig bereits Parameter bereit, die ohne zusätzlichen Sensor genutzt werden können.

Die Bezeichnungen der Systeme unterscheiden sich je nach Hersteller. Wichtiger als die Abkürzung ist daher die Frage, welche Funktion das System erfüllt und welche Daten verfügbar sind.

Ein BMS bleibt somit ein wertvoller Bestandteil des Monitorings, ist aber kein Synonym für Energiemanagement. Es kann Datenquelle und ausführende Ebene für die automatische Steuerung des Energieverbrauchs sein. Erst in Verbindung mit KPIs, Reaktionslogik und Verifizierung der Wirkung entsteht ein System, das reale Entscheidungen unterstützt.

Es gibt auch keine Grundlage dafür, einen universellen prozentualen Einsparwert allein durch die Einführung eines BMS anzunehmen. Der Effekt hängt vom Ausgangszustand, der Qualität der Regelung, dem Betriebsprofil und den technischen Möglichkeiten der Anlage ab.

Monitoring und Management von Wärmeenergie – eine Wärmeübergabestation als Beispiel

Die Automatisierung einer Wärmeübergabestation ist ein gutes Beispiel für eine Anlage, bei der eine reine Energiemessung nicht ausreicht. Sie sollte umfassender betrachtet werden als nur aus Sicht der Regelung.

Ein System für das Wärmemanagement kann unter anderem folgende Daten nutzen:

• Wärmeenergie,
• Durchfluss,
• Vor- und Rücklauftemperatur,
• Außentemperatur,
• Zonentemperaturen,
• Stellung des Regelventils,
• Pumpenstatus,
• Nutzungszeitplan des Gebäudes,
• Informationen zum Bedarf aus Prozess oder Produktion.

Damit lässt sich prüfen, ob die Anlage außerhalb der Nutzungszeiten heizt, ob die Netzparameter zur Witterung passen, ob der Regler instabil arbeitet und ob der Effekt geänderter Sollwerte in den folgenden Tagen erhalten bleibt.

Eine ähnliche Logik gilt für das Management von Wärme- und Kälteenergie. Bei einer Kaltwasseranlage müssen zum Stromverbrauch Temperaturen, Durchfluss, Last, Status von Kältemaschinen und Pumpen sowie äußere Bedingungen hinzukommen. Erst dann lässt sich unterscheiden, ob ein höherer Verbrauch durch einen größeren Bedarf oder durch eine Verschlechterung der Anlagenleistung verursacht wird.

Wie lässt sich Energiemonitoring schrittweise einführen?

Es muss nicht mit einem Projekt begonnen werden, das den gesamten Standort umfasst. In vielen Fällen ist ein kontrollierter Pilot sinnvoller.

Schritt 1. Definieren Sie 3–5 Probleme, die das Monitoring lösen soll

Zum Beispiel Nachtverbrauch, Druckluft, Kühlung, Energieintensität einer Linie oder die Verifizierung einer Modernisierung.

Schritt 2. Erstellen Sie eine Übersicht der vorhandenen Daten

Prüfen Sie Hauptzähler, Unterzähler, BMS, SCADA, SPS, Frequenzumrichter, Wärme- und Gaszähler sowie Durchflussmesser. Häufig ist bereits ein erheblicher Teil der Infrastruktur vorhanden.

Schritt 3. Erstellen Sie eine Energiebilanz und Messhierarchie

Definieren Sie die Ebenen Standort, Bereiche, Linien und wesentliche Verbraucher. Erst danach sollten Messlücken festgelegt werden.

Schritt 4. Legen Sie den Prozesskontext fest

Verknüpfen Sie Energie mit Produktion, Zeitplan, Betriebszustand, Temperatur, Durchfluss und anderen Variablen, die das Ergebnis tatsächlich beeinflussen.

Schritt 5. Definieren Sie KPIs und Basiswerte

Jede Kennzahl sollte eine Einheit, Datenquellen, einen Referenzpunkt und eine verantwortliche Person haben.

Schritt 6. Legen Sie Alarme und den Reaktionsprozess fest

Beginnen Sie nicht mit Dutzenden Meldungen. Implementieren Sie zunächst einige wenige Alarme, die zu einer konkreten Maßnahme führen.

Schritt 7. Verifizieren Sie einen vollständigen Zyklus: Signal → Diagnose → Maßnahme → Wirkung

Wenn die Organisation diesen Kreislauf nicht schließt, erhöht jeder zusätzliche Zähler nur die Menge ungenutzter Daten.

Schritt 8. Erweitern Sie das System dort, wo der Pilot einen Nutzen gezeigt hat

Erst nachdem der Prozess überprüft wurde, sollten weitere Anlagen einbezogen und Analysen automatisiert werden.

Wo sollte ein bestehender Betrieb beginnen?

Wenn ein Unternehmen bereits über Zähler, BMS, SCADA oder Gerätedaten verfügt, sollte der erste Schritt nicht automatisch der Kauf einer weiteren Plattform sein. Zunächst muss geprüft werden, welche Daten verlässlich sind, was fehlt und welche Entscheidungen auf ihrer Grundlage getroffen werden sollen.

Ein praktischer Einstieg ist die Analyse vorhandener Profile, eine Übersicht der Hauptverbraucher und die Definition von 1–3 Anwendungsfällen. Im Rahmen von Energieaudits und Messungen kann die Energiebilanz mit ergänzenden Messungen verbunden und die Datenstruktur so geplant werden, dass das Monitoring später Betrieb, Diagnose und Bewertung von Modernisierungen unterstützt.

Wenn im Unternehmen viele Daten vorhanden sind, aber schwer zu erkennen ist, welche davon eine Reaktion erfordern, sollte der Ausgangspunkt ein Audit der Messstruktur und der Datennutzung sein – nicht ein weiteres Dashboard. Zum Umfang einer solchen Analyse können Sie Energy Trend kontaktieren.

Quellen

• ISO 50001:2018 (mit Amd 1:2024) – Energy management systems — Requirements with guidance for use
• ISO 50006:2023 – Evaluating energy performance using energy performance indicators and energy baselines
• U.S. Department of Energy – Energy Management Information System Capabilities
• U.S. Department of Energy – Operations That Support Energy Management Information Systems
• U.S. Department of Energy – Compressed Air Systems