Praxisbeispiele – Unternehmen – SMA Solar Technology AG

SMA Logistikhalle in Fuldabrück mit 2 MWp PV- Anlage auf dem Hallendach

Der SMA-Pilotversuch 2022/23

• Ziele:

Absenkung der Hallentemperatur durch das Tragen von aktiv wärmender Kleidung (Smart Textiles). Einsparung von Heizenergie bei mindestens gleicher Behaglichkeit für die Mitarbeiter.

• Hallentemperaturen:

Im Hallenabschnitt 1 (s.o. „rot“ umrandet) sollte die Hallentemperatur schrittweise um 1 Grad / Woche abgesenkt werden. Ab der 2ten Testwoche Nutzung von aktiv wärmender Kleidung für den Oberkörper.

14.11. bis 18.11.: 20 Grad (normale Arbeitskleidung)
21.11. bis 25.11.: 19 Grad (Smart Textiles)
28.11. bis 02.12.: 18 Grad (Smart Textiles)
05.12. bis 09.12.: 17 Grad (Smart Textiles)
12.12. bis 16.12.: 16 Grad (Smart Textiles)

• Abmessungen der Halle:

Gesamte Halle: L/B/H = ca. 500m / ca. 100m / 12m
Hallenabschnitt 1: L/B/H = 84m / 72m / 12m

• Dauer:

Ursprünglicher Zeitraum: 14.11. – 16.12.2022, verlängert bis 04/2023

• Anzahl Mitarbeiter:

Gesamte Halle: 200
Hallenabschnitt 1: 25

• Messung der Außen- und der Hallentemperatur:

a) Messung über die Gebäudeleittechnik (GLT):

b) Zusätzlich wurden 3 Temperatur- Datenlogger im Außenbereich, in der Umpackzone und an einem Gabelstapler installiert.

Die Auswertung erfolgte wochenweise für die Werktage, jeweils nach Schicht:

Beispiel:

In der KW 42 lag die Durchschnittstemperatur in der Spätschicht (14h bis 22h) auf dem Gabelstapler bei 21,1°C.

In der KW 50 lag die Durchschnittstemperatur in der Frühschicht (6h bis 14h) in der Umpackzone bei 15,2°C.

Maximales Delta KW 42 zu KW 50: 5,9°C.

1 Grad Temperaturreduzierung führt bei Büro- und Wohngebäuden zu ca. 6 % Energieeinsparung. Bei Hallen dürfte die Einsparung aufgrund des riesigen Volumens entsprechend höher sein.

• Eingesetzte aktiv wärmende Kleidung (Smart Textiles):

Die stufenlose (25 bis 35°C), zonenweise (Vorder- Rückseite) Messung, Steuerung und Regelung der Körpertemperatur erfolgt mittels der „Clim8 Technologie„:

Fotos Steuerung der Körpertemperatur per APP

• Entspricht die IST- Körpertemperatur (Bild links: 35,0°C) der Wunsch- Körpertemperatur (35,0°C), wird keine aktive Wärme erzeugt.

• Sobald die IST- Körpertemperatur (Bild rechts: 34,9°C) nur 0,1°C von der Wunsch- Körpertemperatur abweicht (35,0°C), wird automatisch solange aktive Wärme erzeugt, bis die 35,0°C erreicht ist.

Analog zu einer konstanten Raumtemperatur von 21°C, erzeugt das Shirt vollautomatisch eine konstante Körpertemperatur, z.B. 35,0°C:

• Das Shirt merkt, wenn durch Bewegung Körperwärme erzeugt wird:
  „Aktive Wärme aus“

• Zigarette rauchen im Freien bei 0°C Lufttemperatur:
  „Aktive Wärme an“ – bis Wunsch- Körpertemperatur (z.B. 35,0°C) erreicht

Jede Person kann unabhängig von der Lufttemperatur ihr eigenes Mikroklima erzeugen.

• Mitarbeiterbefragung – Dokumentation der Ergebnisse:

Die Test Ergebnisse wurden von den Mitarbeitern täglich in einem speziell entwickelten Formular dokumentiert:

Fragen:

a) Behaglichkeit an allen Stellen des Körpers [-3 zu kalt bis +3 zu warm]
b) Nutzungsdauer der Heizkleidung [1h bis 8h]
c) Wunsch-Körpertemperatur [Odlo: 25°C bis 35 °C]
d) Tragekomfort [-3 sehr schlecht bis +3 sehr gut]
e) Bedienung [-3 sehr schlecht bis +3 sehr gut]
f) Anzahl der Akku Wechsel [1 bis 6]
g) Freitext für Anmerkungen

• Wöchentliche Auswertung der Dokumentation:

Teilnehmer SMA intern: Betriebsrat, Arbeitssicherheit, Mitarbeiter
Integriertes Managementsystem, Fachspezialist Kälte/Wärme, Leiter und
Mitarbeiter Fachabteilung Logistik, Energiebeauftragter.

Teilnehmer extern: Stellvertretender Vorstand Leiter Kompetenzzentrum
Textilchemie, Umwelt & Energie von den Deutschen Instituten für Textil-
und Faserforschung Denkendorf.

Auswertung der ersten Testwoche (KW 46: 14.11. – 18.11.):

• Vorausgesagte Behaglichkeit nach IS0 7730

a) Eingangsparameter:

Normale Arbeitskleidung: 1,2 clo, Hallentemperatur: 18,9°C

b) Ergebnisse für verschiedene Tätigkeiten:

Der PMV- Index (Predicted Mean Vote – vorausgesagtes mittleres Votum) sollte zwischen -0,5 und +0,5 liegen  (etwas kühl / neutral / etwas warm)

Der PPD- Index (Predicted Percentage of Dissatisfied – vorausgesagter Prozentsatz an Unzufriedenen) sollte kleiner als 10 sein  (weniger als 10 % Unzufriedene)

Mitarbeiter Umpackzone:
(Energieumsatz: leichtes Packen von Kartons -> 100 W/m²)

   PMV = +0,47 (neutral bis etwas warm) < 0,5

   PPD = 10  (10 % Unzufriedene) = 10 %

Gabelstaplerfahrer (s.o. „rot“):
(Energieumsatz: Fahren eines Fahrzeuges -> 80 W/m²
Luftgeschwindigkeit durch Fahrtwind: 15 km/h = 4,2 m/s)

   PMV = -0,78  (neutral bis etwas kühl) < -0,5

   PPD = 18  (18 % Unzufriedene) > 10 %

Während bei den Mitarbeitern der Umpackzone die Grenzwerte für den PMV- und den PPD-Index eingehalten wurden, werden bei den Gabelstaplerfahren aufgrund des Fahrtwindes die zulässigen Werte überschritten – die Vorhersage ergibt 18 % Unzufriedene > 10 %.

• Behaglichkeit entsprechend der Auswertungen der Fragebögen:

Auswertung Behaglichkeit erste Testwoche für den Kopf / Hals:

PMV = -0,74 (neutral bis etwas kühl)

PPD = 16,8 (17 % Unzufriedene)

3 Mitarbeiter (Gabelstaplerfahrer) haben angegeben, dass es mindestens an 4 Tagen kühl / kalt war.

1 Kommentar: „Auf dem Stapler ist der Fahrtwind sehr kalt“.

Ursache:

Fahrtwind Gabelstapler oder Mitarbeiter haben den Schlauchschal nicht getragen.

Maßnahmen:

Schlauchschal wurde verteilt.

Auswertung Behaglichkeit erste Testwoche für die Beine:

PMV = -0,54 (neutral bis etwas kühl)

PPD = 13,1 (13,1 % Unzufriedene)

2 Mitarbeiter (Gabelstaplerfahrer) haben angegeben, dass es mindestens an drei Tagen entweder kühl oder kalt war.

Ursache:

Fahrtwind Gabelstapler oder Mitarbeiter haben keine lange Thermohose getragen.

Maßnahmen:

Ein Gabelstapler wurde mit einer Windschutztür ausgestattet.
Mitarbeiter wurden gebeten lange Thermohosen zu tragen und die
Sitzheizung zu benutzen.

Auswertung der vierten Testwoche (KW 49: 05.12. – 09.12.):

• Vorausgesagte Behaglichkeit nach IS0 7730

a) Eingangsparameter:

Smart Textiles, Hallentemperatur: 16,5 °C

Die aktive Wärme der Smart Textiles wurde bei der „Mittleren Strahlungstemperatur“ mit 20°C (Mitarbeiter Umpackzone), bzw. 45°C (Gabelstaplerfahrer) berücksichtigt.

b) Ergebnisse:

Mitarbeiter Umpackzone:

   PMV = +0,31 (neutral bis etwas warm) < 0,5

   PPD = 7  (7 % Unzufriedene) < 10 %

Gabelstaplerfahrer (s.o. „rot“):

   PMV = -0,43  (neutral bis etwas kühl) > -0,5

   PPD = 9   (9 % Unzufriedene) < 10 %

Sowohl bei den Mitarbeitern der Umpackzone, als auch bei den Gabelstaplerfahren werden gemäß Vorhersage die zulässigen Grenzwerte nach ISO 7730 eingehalten.

• Behaglichkeit entsprechend der Auswertungen der Fragebögen:

• Weitere Auswertungen der Fragebögen:

• Auswertung der Gasverbräuche und der PV-Erzeugung:

Gasverbrauch 2021/22: 1.195 MWh

Gasverbrauch 2022/23: 648 MWh

Delta: -547 MWh (-46%)

Anmerkung: Oben angegeben ist der Gasverbrauch der kompletten Halle, da der Hallenabschnitt 1 nicht separat gemessen werden konnte.

PV- Erzeugung Januar 2022:  25 MWh

Erforderlicher Strombedarf zum Laden der Akkus für die Smart Textiles:
     200 Personen x 0,8 kWh/Tag x 31 Tage / 1.000 =  5 MWh

Auch im sonnenärmsten Monat des Jahres reicht der PV Strom vom Hallendach zum Laden der Akkus für alle 200 Mitarbeiter. Die Akkus können tagsüber geladen und nachts im 3-Schicht Betrieb genutzt werden.

Zusammenfassung der Ergebnisse:

Die Ergebnisse konnten nur gemeinsam erzielt werden. Hierfür auch nachträglich nochmals ein riesiges Dankeschön an alle Beteiligten.

Die Hallentemperatur wurde von 21,1°C auf 15,5°C gesenkt.

Der Gasverbrauch konnte um 547 MWh (ca. 46%) reduziert werden, wobei eine genaue Ermittlung für den Hallenabschnitt 1 nicht möglich war. I.d.R. beträgt die Energieeinsparung in Wohn- und Bürogebäuden ca. 6% bei 1 Grad Temperaturabsenkung. Bei Hallen dürfte die Energieeinsparung aufgrund des riesigen Volumens höher ausfallen.

Die Behaglichkeit wurde 2-fach nachgewiesen: Durch Befragung der Mitarbeiter und nach ISO 7730. An allen Stellen des Körpers war die Behaglichkeit bei 16,5°C besser, als zu Beginn des Pilotversuchs. Der Anteil an Unzufriedenen konnte reduziert werden.

Das ODLO I- Thermic Shirt konnte die Körpertemperatur messen, steuern und regeln. Leider musste der Akku pro Schicht 4x gewechselt werden.

Der Energieverbrauch der Akkus der Smart Textiles konnte durch die vorhandene PV-Anlage (2 MWp) auf dem Hallendach abgedeckt werden.

Der komplette Körper ist zu betrachten, da es ansonsten zu lokalen Unbehaglichkeiten kommen kann.

Für die Mitarbeiter in der Umpackzone und die Gabelstaplerfahrer haben sich aufgrund unterschiedlicher thermischer Belastung (Fahrtwind) unterschiedliche Lösungsvarianten ergeben.

Geschlossene Gabelstapler, bzw. Gabelstapler mit Fahrtwindschutz stellen eine Alternative zu Smart Textiles, bzw. Thermokleidung dar.

Mitarbeiter können durch Smart Textiles ihr eigenes Mikroklima erzeugen.

Die Bedienung und der Tragekomfort wurden überwiegend positiv bewertet.

Lessons Learned:

In weiteren Pilotversuchen in den folgenden Heizperioden wurden die aktiv wärmenden Jacken (Outer Layer) zunächst durch aktiv wärmende Pullover (Mid Layer) und später durch passive Thermokleidung (Mid Layer) ersetzt.

Vorteil aktiv wärmender Pullover (Mid Layer): Die Wärme wird näher am Körper erzeugt. Durch eine passive Jacke (Outer Layer) kann die erzeugte Wärme zudem besser gespeichert werden.

Vorteil passiv wärmender Pullover (Mid Layer): Bei 16,5°C ist in den meisten Fällen passive Thermokleidung ausreichend (sh. hier). Passive Kleidung lässt sich einfacher reinigen und auch recyceln. Der Thermopullover funktioniert sowohl bei den Mitarbeitern in der Umpackzone, als auch bei den Gabelstaplerfahrern. Empfehlenswert ist ein Rollkragen mit Reißverschluss, da der Hals besonders kälteempfindlich ist. Wünschenswert wäre ein Test mit der Aerogelfaser.

Bewährt hat sich das Zwiebelschalenmodell:

Schicht 1: T-Shirt, welches die Feuchtigkeit vom Körper wegleitet
Schicht 2: Thermopullover, der die Körperwärme speichert
Schicht 3 (für Gabelstaplerfahrer): Leichte, winddichte Jacke

Wichtig: Zur Vermeidung von Fehlinvestitionen ist Kleidung mit Kennzahlen nach ISO Norm zu verwenden, sowohl für den Feuchtetransport, als auch für die Isolation und die Winddichtigkeit.

Wie bei allen Change Prozessen ist eine intensive Kommunikation und Begleitung der Beteiligten unerlässlich. Bei Unbehaglichkeiten sollte schnellstmöglich reagiert werden.

In den Folgejahren wurde der Papier- Fragebogen durch eine digitale Abfrage ersetzt, womit die Aufwände zur Auswertung deutlich reduziert werden konnten.

Bei künftigen Pilotversuchen sollte die Behaglichkeit 3-fach nachgewiesen werden, d.h. zusätzlich sollte stichprobenartig die Körpertemperatur nach Zustimmung durch die Mitarbeiter gemessen werden.