{"id":1196,"date":"2018-03-12T07:35:17","date_gmt":"2018-03-12T07:35:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.msr.ch\/de\/?p=1196"},"modified":"2020-06-02T11:54:29","modified_gmt":"2020-06-02T11:54:29","slug":"funk-datenlogger-unterstuetzen-klimamessungen-strassenbahnen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.msr.ch\/de\/funk-datenlogger-unterstuetzen-klimamessungen-strassenbahnen\/","title":{"rendered":"Funk-Datenlogger unterst\u00fctzen Klimamessungen in Strassenbahnen"},"content":{"rendered":"

\u00a0<\/span> \"Sendemodul<\/a> \"Ideal<\/a> \"Das<\/a> \"Links<\/a> \"Auf<\/a><\/p>\n

Der Einsatz von MSR Mini-Datenloggern kann helfen, Energie zu sparen<\/h2>\n

Ob Bus, Strassenbahn oder Zug: Verringert man die Temperatur im Fahrgastraum um wenige Grad, lassen sich die Heizkosten im \u00f6ffentlichen Personennahverkehr erheblich senken. Um dies wissenschaftlich zu belegen, ermittelt die Hochschule f\u00fcr Technik in Rapperswil den elektrischen Energiebedarf f\u00fcr die Beheizung des Fahrgastraums \u2013 mit Hilfe kleiner Funk-Datenlogger des Typs MSR385WD.<\/p>\n

Autor: Sven Strebel, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsgruppe Eneuerbare Energien, Z\u00fcrcher Hochschule f\u00fcr Angewandte Wissenschaften. Der nachfolgende Artikel wurde publiziert in der deutschen Fachzeitschrift messtec drives Automation, Sonderheft traffic 03\/2018<\/p>\n

\"Ob<\/a>Elektrische Bahnen k\u00f6nnen Strom sparen \u2013 sowohl durch energieeffiziente Fahrzeuge und Anlagen (zum Beispiel Gleisanlagen, Sicherungssysteme, Bahnh\u00f6fe) als auch durch innovativen Fahrbetrieb mit modernen Traktionssystemen. Die Modernisierung der Fahrzeugflotte, die R\u00fcckspeisung von Bremsenergie und energiesparende Fahrweise senken einerseits den Stromverbrauch. W\u00e4hrend also bei den Traktionsleistungen in den vergangen Jahren Effizienzsteigerungen realisiert wurden, ist andererseits dieses Einsparpotential f\u00fcr die Bereitstellung der Raumw\u00e4rme, insbesondere f\u00fcr bestehende Fahrzeugflotten, noch nicht ausgesch\u00f6pft.<\/p>\n

Grosses Einsparpotential beim elektrischen Personennahverkehr<\/h2>\n

Im \u00f6ffentlichen Nahverkehr befinden sich Fahrg\u00e4ste nur \u00fcber einen relativ kurzen Zeitraum im Fahrzeug, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die der Witterung angepasste Kleidung nicht abgelegt wird. Grosse Temperaturunterschiede zwischen Innen und Aussen k\u00f6nnen sich demnach allenfalls negativ auf die thermische Behaglichkeit auswirken und verursachen einen entsprechend hohen Energiebedarf. Insbesondere dann, wenn die elektrisch betriebenen Fahrzeuge im \u00f6ffentlichen Verkehr f\u00fcr die Bereitstellung der n\u00f6tigen Raumw\u00e4rme konventionelle Widerstandsheizungen einsetzen, wie sie bei Geb\u00e4uden und Wohnungen (elektrische \u201eNachtspeicherheizungen\u201c) aus Effizienzgr\u00fcnden seit einiger Zeit nicht mehr eingesetzt werden. Auch weisen die Fahrzeuge des \u00f6ffentlichen Nahverkehrs aufgrund der relativ kompakten Bauweise einen im Vergleich zu Geb\u00e4uden relativ schlechten D\u00e4mmwert auf, so dass f\u00fcr die Beheizung des Fahrgastraums hohe Heizleistungen erforderlich sind.<\/p>\n

Durch eine Absenkung der Innentemperatur in Strassenbahnen kann wom\u00f6glich ohne grossen Komfortverlust \u2013 auch hier wegen kurzer Aufenthaltsdauer – eine Energieeinsparung erreicht werden. Dies ist insofern entscheidend, da verschiedene Untersuchungen diesbez\u00fcglich zeigen, dass der Energiebedarf f\u00fcr die Beheizung von elektrischen Fahrzeugen einen Anteil zwischen 10 und 50 Prozent des Gesamtenergiebedarfs ausmacht.<\/p>\n

Im Rahmen einer Masterarbeit des Studiengangs MSE (Master of Sciences in Engineering) an der Hochschule f\u00fcr Technik in Rapperswil wurde der spezifische Heizenergiebedarf eines \u201eCobra-Trams\u201c der Verkehrsbetriebe Z\u00fcrich im Winterbetrieb untersucht. Dazu wurden im regul\u00e4ren Trambetrieb der elektrische Energiebedarf f\u00fcr die Beheizung des Fahrgastraums, der solare W\u00e4rmeeintrag durch die Fenster, die Fahrgast- und Ger\u00e4teabw\u00e4rme sowie die Temperaturdifferenz zwischen dem Fahrgastraum und der Umgebung untersucht<\/p>\n

Datenlogger mit Funk-Sensoren f\u00fcr drahtlose Klimamessungen<\/h2>\n

\"Der<\/a><\/p>\n

F\u00fcr die Innentemperaturmessung musste allerdings ein Kompromiss gefunden werden um einerseits die Lufttemperatur der relevanten Zonen (Sitzplatz und Stehbereich) zu messen und andererseits die Sensoren so anzubringen, dass diese im Betrieb weder manipuliert noch entfernt werden k\u00f6nnen. Im Weiteren sind die unterschiedlichen Bereiche im Tram-Inneren (Fuss- und Kopfbereich, T\u00fcrn\u00e4he, etc.) sowie der f\u00fcnf Wagenteile zu beachten, so dass die Messpunkte \u00fcber das ganze Fahrzeug zu verteilen sind.<\/p>\n

Ganz wesentlich zu den daf\u00fcr n\u00f6tigen Messungen haben dabei kleine Sensormodule und Datenlogger beigetragen, die von dem Schweizer Messtechnikunternehmen MSR Electronics GmbH<\/a> gefertigt werden und die sich bereits bei vielen unterschiedlichen Anwendungen im Industrie-, Verkehrs-, Logistik- und Maschinenbereich bew\u00e4hren.<\/p>\n

\"MSR385SM<\/a><\/p>\n

Da eine Verkabelung von traditionellen Temperatursensoren im Inneren nur mit sehr grossem Aufwand realisierbar gewesen w\u00e4re, wurden die Drahtlos-Temperatursensoren mit Sendemodul des Typs MSR385SM<\/a> und ein Funk-Datenlogger der Serie MSR385WD<\/a> dieses Unternehmens eingesetzt. Insgesamt wurden 20 Sensoren \u00fcber das Fahrzeug verteilt, der zentrale Funkdatenlogger wurde dabei in der Tram-Mitte installiert, und mittels dessen Mobilfunkrouter konnten die Daten in die MSR-Cloud hochgeladen werden. Die Stromversorgung erfolgte bei den Sensoren autark durch Batterien. Die messtechnische Erfassung erg\u00e4nzend wurden auch auf dem Dach des Fahrzeuges ein Lufttemperaturf\u00fchler und mehrere Solar-Strahlungssensoren angebracht, um die Aussentemperatur und die auf die Fensterfl\u00e4chen treffende Solarstrahlung zu\u00a0 erfassen.\u00a0<\/p>\n

Die geringe Gr\u00f6sse des Temperatursensormoduls, die ausreichende lange autonome Betriebszeit mit der verbauten Batterie sowie die einfache Konfiguration und \u00dcberwachung der Messwerte mittels der Cloudl\u00f6sung von MSR waren letztlich die entscheidenden Kriterien, die f\u00fcr das Komplettsystem dieses Unternehmens sprachen.<\/p>\n

Vom Sensormodul in die Cloud<\/h2>\n

\"Die<\/a>Mit dem Funk-Datenlogger MSR385WD lassen sich Temperatur, Feuchte und Druck an verschiedenen Messpunkten und bei Betriebstemperaturen von -20 \u00b0C bis zu +125 \u00b0C permanent aufzeichnen und standortunabh\u00e4ngig \u00fcberwachen \u2013 Eigenschaften, die den Logger sehr gut geeignet f\u00fcr die Aufgabe im Tram machen. Der Datenlogger besitzt ein integriertes 868-MHz-ISM-Band-Empfangsmodul, \u00fcber das er die Daten von bis zu zehn MSR385SM-Sensor-Sendemodulen entgegen nimmt und sie speichert. Diese Sendemodule erfassen mittels Sensoren Temperaturverl\u00e4ufe, Feuchte sowie Druck und senden die gemessenen Werte im lizenzfrei nutzbaren ISM-Band an den Datenlogger. Die Energieversorgung der Sendemodule wird \u2013 je nach H\u00e4ufigkeit der Messungen und Funk\u00fcbertragungen \u2013 f\u00fcr bis zu f\u00fcnf Jahre gew\u00e4hrleistet. Aufgrund ihrer W\u00e4rmbest\u00e4ndigkeit erlauben die Sendemodule, je nach Geh\u00e4usetyp, messtechnische Anwendungen selbst bei hohen Arbeitstemperaturen von bis zu +125 \u00b0C \u2013 was hier allerdings so nicht ben\u00f6tigt wurde. Die Mess- und \u00dcbertragungsintervalle der Sendemodule sind wie folgt einstellbar: 1 s, 10 s, 1 min, 15 min, 1 h. Die Spannungsversorgung der Sendemodule erfolgt, je nach gew\u00e4hltem Geh\u00e4use-Typ,\u00a0 mittels wiederaufladbarem Li-Po-Akku mit 260 mAh oder mit einer 800-mAh-Li-SOCl2<\/sub>-Batterie. Ein optimiertes Power-Management sorgt daf\u00fcr, dass die Energieversorgung der Mini-Sendemodule je nach H\u00e4ufigkeit der Messungen und Funk\u00fcbertragungen f\u00fcr bis zu f\u00fcnf Jahre gew\u00e4hrleistet wird. Ein solches kompaktes Sendemodul verf\u00fcgt in der kleinsten Geh\u00e4use-Variante bei einem Gewicht von ca. 25 Gramm gerade \u00fcber Aussenmasse von 35 x 55 x 25 mm und kann so auch an unzug\u00e4nglichen Orten platziert werden, so wie hier. Ein integrierter Flash-Speicher sorgt f\u00fcr Datensicherheit bei Stromausfall.<\/p>\n

Die vom Datenlogger aufgenommenen Messwertverl\u00e4ufe dieser Sendemodule k\u00f6nnen via USB-Schnittstelle ausgelesen und mit der MSR-PC-Software zur Datenanalyse<\/a> weiter verarbeitet werden. Zus\u00e4tzlich erlaubt ein GSM-Modul die Anbindung des MSR385WD an die \u00abMSR SmartCloud\u00bb<\/a>, dem webbasierten Service von MSR Electronics zur standortunabh\u00e4ngigen Daten\u00fcberwachung. Zur Direkt-Anzeige von Daten ist der Funk-Datenlogger auch mit einem farbigen OLED-Display ausgestattet. Die hohe Anzeigequalit\u00e4t erm\u00f6glicht das einfache Ablesen von Messwerten selbst bei v\u00f6lliger Dunkelheit und aus praktisch jedem Betrachtungswinkel.<\/p>\n

Aussagekr\u00e4ftige Ergebnisse<\/h2>\n

\"Verlauf<\/a>Aus den Messungen sollte vor allem Energiesparpotential abgeleitet werden. In diesem Zusammenhang zeigt die hier gezeigte Grafik \u00fcber den Untersuchungszeitraum von \u00fcber zwei Monaten hinweg den von den Sensoren und Loggern aufgezeichneten Verlauf der Traminnentemperatur, die \u00e4ussere Lufttemperatur\u00a0 sowie die mittlere Lufttemperatur \u00fcber dem Stadtgebiet von Z\u00fcrich.<\/p>\n

Eine weitere Grafik zeigt erg\u00e4nzend dazu den W\u00e4rmeeintrag der verschiedenen W\u00e4rmequellen (Heizung, Solareintrag Fenster, etc.) pro Tag w\u00e4hrend des Untersuchungszeitraums. Es gilt zu beachten, dass die Daten nicht normiert sind und entsprechend der Trameinsatzdauer am entsprechenden Tag ausfallen. An Tagen mit einem sehr geringen W\u00e4rmeeintrag (< 50 kWh\/Tag) ist das Fahrzeug nicht im ordentlichen Einsatz. Aus der Darstellung wird ersichtlich, dass der allergr\u00f6sste Anteil des W\u00e4rmeeintrags durch die elektrische Heizung erfolgt und sich je nach Trameinsatz und Umgebungstemperatur zwischen 100 und 800 kWh pro Tag und Tram betr\u00e4gt. Zum Vergleich: Der mittlere elektrische Energiebedarf eines typischen 2-Personen-Haushalts liegt bei rund 4500 kWh pro Jahr.<\/p>\n

\"W\u00e4rmeeintrag<\/a>Ausgehend von diesen Klimamessungen kann der j\u00e4hrliche Heizenergiebedarf auf rund 72 MWh f\u00fcr ein Cobra-Tram abgesch\u00e4tzt werden. Aus einer Absenkung der Innentemperatur um 2 Grad Celsius liessen sich bereits Einsparungen von rund 25 Prozent realisieren. Unter der Annahme, dass die gesamte elektrisch betriebene Fahrzeugflotte der Verkehrsbetriebe Z\u00fcrich denselben spezifischen W\u00e4rmestrombedarf aufweist, resultieren daraus Einsparungen von j\u00e4hrlich rund 3.3 GWh. Dies entspricht dem elektrischen Energiebedarf von rund 730 Einfamilienh\u00e4usern. Im Gegensatz zu anderen Massnahmen wie der Optimierung der D\u00e4mmung oder dem Einbau von effizienteren Heizger\u00e4ten stellt eine Absenkung der Innentemperatur eine aus technischer und finanzieller Sicht relativ einfache Massnahme dar, um den Energiebedarf zu senken.<\/p>\n

D\u00fcrfen wir auch Ihnen bei Ihren Messaufgaben behilflich sein? Wir beraten Sie gerne!<\/a><\/p>\n

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