Intelligente, gewerkeübergreifende Gebäudeautomatisierung optimiert das Raumklima und spart Energie

 

In der Linzer Stelzhamerschule wurde eine intelligente Gebäudeautomatisierung auf der Basis von Beckhoff-Komponenten umgesetzt, die nicht nur für die Beleuchtungssteuerung zuständig ist, sondern auch das Zusammenspiel zwischen Lüftungsanlage, natürlicher Nachtkühlung und Beschattung löst. Die Stelzhamerschule in Linz wurde in den 1970er-Jahren erbaut und war sowohl funktionell als auch hinsichtlich ihrer Wärmedämmung nicht mehr zeitgemäß. Daher entschied sich die Stadt Linz für eine Generalsanierung des ca. 5,100 m² großen Gebäudes. Bei einem EU-weit ausgeschriebenen Wettbewerb setzte sich der Entwurf des Wiener Architekturbüros DI Clemens Kirsch gegen 25 Mitbewerber durch. Entstanden ist ein moderner, dreigeschossiger Bau mit großen Fensterflächen, die für lichtdurchflutete Räume sorgen.

 

Intelligenter Sonnenschutz sorgt für angenehmes Raumklima

Glas erhitzt die Gemüter – und das nicht nur, wenn die tatsächliche Sonneneinstrahlung teilweise mehr als 600 Watt pro Quadratmeter beträgt. Während dieser Werkstoff in der modernen Architektur bevorzugt genutzt wird, um Offenheit, Klarheit und Transparenz zu vermitteln, stellt er Planer und Techniker vor besondere Herausforderungen. „Die Überhitzung bzw. die Sommertauglichkeit von Gebäuden ist mittlerweile ein Riesenthema für uns”, schildert Wolfgang Pichler, Mitarbeiter der Abteilung Gebäudemanagement des Magistrats der Stadt Linz. „Große Fensterflächen verlangen nach einem intelligenten Sonnenschutz, dabei wollen wir in Schulen, Kindergärten oder -Horten grundsätzlich ohne aktive Kühlung auskommen.” Beim Projekt Stelzhamerschule wurde diese Aufgabenstellung durch das clevere Zusammenspiel von Lüftungsanlage, natürlicher Nachtkühlung und Beschattung gelöst. Erklärtes Ziel der der Abteilung Gebäudemanagement der Stadt Linz und der ausführenden Firma Albrecht Gebäudeautomation war es, die Raumtemperatur, selbst an sehr heißen Tagen, bei maximal 26 Grad zu halten.

 

Automatisches Kippen der Fenster bei Nacht sorgt dafür, dass kühlere Luft in das Gebäude strömt. Tagsüber schützen Jalousien vor einer Überhitzung der Unterrichtsräume. Die Steuerung der Jalousien erfolgt in drei Stufen über das Zusammenspiel zwischen der Automatisierungssoftware TwinCAT und dem SMI-Bussystem: Ab einer gewissen Grenzeinstrahlungstemperatur wird die Glasfläche verringert, indem der Sonnenschutz rund ein Drittel nach unten gefahren wird. Blockt der Sonnenschutz der Stufe eins zu wenig Einstrahlung, erhält die Jalousie den Befehl zum gänzlichen Absenken, allerdings mit geöffneten Lamellen. Erst bei einer Bestrahlungsstärke von mehr als 550 Watt pro Quadratmeter werden auch die Lamellen geschlossen. „Wir haben die Erfahrung gemacht, dass eine Jalousie, die im geschlossenen Zustand nach unten fährt und den Raum verdunkelt, von den Nutzern nicht angenommen wird. Deshalb wurde gemeinsam mit dem Jalousienhersteller ein Prototyp entwickelt, bei dem die Lamellen bei der Fahrbewegung offen bleiben”, beschreibt Wolfgang Pichler eine auf den ersten Blick simpel anmutende Lösung, die jedoch mechanisch gar nicht so einfach zu bewerkstelligen war. „Da war unser Jalousienhersteller ziemlich gefordert”, schmunzelt Wolfgang Pichler. Gefordert war aber auch die Regelungstechnik: So galt es beispielsweise – mangels Endlagenschaltern bei Jalousien – Referenzfahrten einzuplanen oder die »Wetterfühligkeit« der Jalousien zu berücksichtigen. Bei Temperaturen unter fünf Grad Celsius sollten die Jalousien nämlich nicht zu viel bzw. nicht vollautomatisch bewegt werden.

 

Embedded-PC CX als durchgängige Steuerungsplattform

Laut Plan hätte die general-sanierte Stelzhamerschule erst mit Beginn des Schuljahres 2012/2013 ihre Pforten öffnen sollen. Tatsächlich kamen die Schüler aber schon im Mai in den Genuss völlig neu gestalteter Unterrichtsäume mit perfekt „getunter” Gebäudetechnik. „Es gibt in jeder Klasse einen Volumenstromregler, eine Abschaltautomatik für das Licht, eine Temperaturregelung, eine Fußbodenheizung, elektrisch zu bedienende Fenster und Jalousien”, schildert Projektmanager Gerald Kohl von der Firma Albrecht Gebäudeautomation. Die Kontrolle über diese Abläufe obliegt einem Embedded-PC CX9010 von Beckhoff. Dessen Einflussbereich erstreckt sich in der Stelzhamerschule auf bis zu zehn Klassen. „In Summe wurden bei diesem Projekt zwei Embedded-PCs der Reihe CX1010 und ein CX9010 für die Regelung der Heizungs- und Lüftungsanlage verbaut, sowie dezentral weitere acht CX9010 zur Einzelraumregelung der Klassenräume”, geht Gerald Kohl ins Detail und fügt ergänzend hinzu: „Der Vorteil von Beckhoff ist einfach die Leistungsfähigkeit der Controller. Damit habe ich sämtliche Gewerke eines Gebäudes in der Hand, sofern mir vom Bauherrn die Möglichkeit dazu gegeben wird.” Insofern kamen ihm die Anforderungen der Gebäudemanagement-Abteilung des Magistrats der Stadt Linz bei diesem Projekt sehr gelegen: Denn Wolfgang Pichler und seine Kollegen wollten ein handelsübliches Bediengerät und möglichst wenig Schnittstellen. Darüber hinaus bestand der Wunsch nach einer intelligenten Beleuchtungslösung.

 

Energiesparende Beleuchtungslösung

„Außer in den Waschräumen, WCs oder Gängen, wird das Licht automatisch abgeschaltet, wenn entweder, laut Lichtfühler, ohnehin genug Tageslicht vorhanden ist oder wenn der Präsenzmelder länger als fünfzehn Minuten keine Bewegung erkennt in einem Klassenraum. Diese Abschaltautomatik läuft ebenfalls über die TwinCAT-Software von Beckhoff”, erklärt Gerald Kohl. Wobei u.a. neue Softwarebausteine in der TwinCAT-HVAC-Bibliothek zur Raumautomation in den Bereichen Lichtsteuerung, Klima und Beschattung, die Basis für eine intelligente und energiesparende, gewerkeübergreifende Gesamtlösung bilden. „Das Projekt Stelzhamerschule war alles andere als Standard. So wurden hier viele Sonderfunktionen realisiert, wie z.B. unterschiedliche Vorgaben für den Winter- bzw. Sommerbetrieb, eine Verriegelungsautomatik für die Eingangstür und Prototypen. – Wir haben hier erstmalig mit dem Standard-Motorinterface (SMI) zur Anbindung der Jalousien gearbeitet. – Was darüber hinaus bei so einer Aufgabenstellung extrem wichtig ist, ist ein guter und schneller Support. Und den haben wir bei Beckhoff absolut. Da kommen wirklich prompte Lösungen”, lobt Firmenchef Peter Albrecht, der seit 2008 überzeugter Solution-Partner von Beckhoff ist. Bestens vertraut mit den klassischen Gebäudebussystemen, wie KNX und LON, sieht er den großen Vorteil der SPS-Lösung darin, dass er bei einer Störung oder bei der Wartung einen direkten Zugriff auf die Steuerung hat. Diesen Vorteil nutzt auch Wolfgang Pichler vom Magistrat der Landeshauptstadt Linz gerne, um per Remote-Zugriff Einblick in die aktuelle technische Befindlichkeit der Stelzhamerschule zu nehmen. Seine Diagnose: „Sieht sehr gut aus!”

 

www.beckhoff.at

www.albrecht.to

www.linz.at

 

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