Das mittelständische Unternehmen, das schon verschiedene Gebäudeautomatisierungsprojekte mit Beckhoff als Technologiepartner realisiert hat, setzte auch bei diesem Bauvorhaben auf die PC-basierte Steuerungsplattform. Das von Hermos entwickelte Gebäudemanagementsystem FIS# als Management- und Bedienebene sowie Beckhoff Technologiekomponenten schaffen ein intelligentes, hocheffizientes Gebäudeautomationssystem, das laut Hersteller alle Ansprüche des Betreibers ebenso wie der Nutzer im Tower 185 erfüllt.
Der Tower 185, entworfen von dem Frankfurter Architekturbüro Prof. Christoph Mäckler Architekten, erhebt sich auf einem hufeisenförmig angelegten, zweigeteilten Sockelbau, den sogenannten Blockrändern West und Ost. Hier befinden sich Einzelhandelsgeschäfte und gastronomische Einrichtungen, Büros, ein Konferenzzentrum sowie ein Mitarbeiterrestaurant und -kindergarten. Auf 50 Etagen bietet das Bürohochhaus eine Nutzfläche von insgesamt 100.000 m². Hauptmieter ist die Wirtschaftsprüfungsgesellschaft PricewaterhouseCoopers (PwC), die eine Fläche von 71.000 m² angemietet hat. Weitere Mieter des Gebäudes sind u.a. die global tätige Anwaltskanzlei Mayer Brown LLP sowie die Excellent Business Centers GmbH.
Gebäudeautomatisierungsplattform im XXL-Format
Im Auftrag des Bauherrn CA Immo realisierte Hermos die komplette Gebäudeautomation des Bürohochhauses, von der MBE über die HLK-Anlagen bis zur Raumautomation. Die Einzelraumregelung sowie das dynamische Raummanagement sind bei einer Bürofläche von 100.000 m² außerordentlich komplex und stellen steuerungstechnisch eine Herausforderung dar: Einerseits muss die MBE die Bedarfsmeldungen aus den Büroräumen erfassen und bewerten. Andererseits müssen die globalen Leitfunktionen, zu denen wechselnde Raumgrößen, die Beleuchtung, die verschiedenen Nutzer- sowie Beschattungsszenarien gehören, ausgeführt werden. Und schließlich muss die Bedarfsregelung für die benötigte Heizleistung, Kühlung und Luftqualität angestoßen und geregelt werden.
Zur Umsetzung aller Steuer- und Regelungsaufgaben im Tower 185 sind über 700 PC-Steuerungen von Beckhoff im Einsatz. Circa 60.000 Datenpunkte sind über Ethernet und die Kommunikationsschnittstelle TwinCAT ADS an die von Hermos entwickelte MBE FIS# angebunden, die auf dem zentralen Gebäudemanagementserver implementiert ist. FIS# verbindet die Raumautomation mit der Gebäudeleittechnik und ist für die zentrale Bedienung, Überwachung und Steuerung der technischen Gebäudeausrüstung (HLK) sowie das dynamische Raummanagement zuständig. Thomas Sturm, Projektleiter von Hermos für den Tower 185, ergänzt hierzu: „Die Datenpunkte sind über Beckhoff-Standard-I/O-, DALI-, EIB/KNX- und EnOcean-Klemmen angebunden. Insgesamt 170 Beckhoff Embedded-PCs des Typs CX9010, 500 Embedded-PCs des Typs CX9001 sowie 80 Industrie-PCs C6925 übernehmen die Datenverarbeitung. Pro Etage ist ein C6925 installiert, der die Daten filtert bzw. qualifiziert, um sie strukturiert und gebündelt an den FIS#-Server zu übertragen. So sammelt er beispielsweise Ist-und Sollwerte der Raumtemperatur ein und überträgt diese nach einem definierten Zeitraster an die MBE.“ Alle Daten aus der Gebäudeautomation werden in FIS# zusammengeführt und stellen die Basis für Benchmarking und Controlling, z.B. des Energieverbrauchs, der Anlagenverfügbarkeit oder der Betriebskosten, sowie für das integrierte Instandhaltungsmanagement dar.
Redundante Ethernet-Vernetzung
Den »Nervenstrang« des Gebäudemanagementsystems bildet ein eigenständiges, auf Ethernet TCP/IP basierendes Netzwerk. Die Netzwerkstruktur des Gebäudes ist in drei Bereiche aufgeteilt, nämlich die Blockränder West und Ost und den Tower selbst. Pro Gebäudeteil gibt es einen redundanten Lichtwellenleiterring, sodass auch bei einer Unterbrechung der Netzleitung der Datenverkehr aufrecht erhalten bleibt. Die gesamte MBE bestehend aus den redundanten Servern und den Client-Stationen, ist per LWL-Ring und mittels Ethernet TCP/IP vernetzt. Der LWL-Ring koppelt die Automatisierungsgeräte etagenweise über Switche an, d.h. die unterlagerten Beckhoff-IPCs werden sternförmig, per Ethernet-Kupferkabel, mit der Lichtwellenleiter-vernetzten Leitebene verbunden.
An die Industrie-PCs sind Busklemmen angebunden und an diese wiederum die Raumbediengeräte, Sensoren und Aktoren. Hierzu erläutert Thomas Sturm: „Über die Clients in der Gebäudeautomatisierungszentrale kann der Tower 185 vom Gebäudebetreiber Hochtief Solutions komplett überwacht und per Monitor gesteuert werden.“ Aber auch Hermos hat die Möglichkeit, im Rahmen einer Fernwartung über eine Client-Station auf die Gebäudesteuerung zuzugreifen.
Flexibel konzipiert: die Einzelraumregelung
Die Einzelraumregelung im Tower 185 umfasst die Beleuchtungssteuerung mit DALI sowie die Jalousiesteuerung via SMI (Standard Motor Interface). Um eine flexible Raumnutzung auf Basis kleinster Büroeinheiten zu ermöglichen, sind Raumbediengeräte mit EnOcean-Technik im Einsatz. Diese sind jeweils mit einem Präsenztaster, einem Wahlschalter für die Raumtemperatur, einem Temperatursensor sowie einem Taster zur Betätigung der Jalousie ausgestattet. Alle Signale der Raumbediengeräte, wie zum Beispiel Soll- und Istwert der Temperatur, werden per EnOcean-Funktechnik an die EnOcean-Busklemmen KL6583 gesendet und an den Embedded-PC übertragen.
Die Durchführung eines dynamischen Raummanagements setzt die Einhaltung exakter Regelgrößen voraus. Hierzu erläutert Thomas Sturm: „Bezüglich der Nutzungsszenarien hatten wir konkrete Vorgaben, auch seitens der Mieter. Bei der Raumautomation wird die Einhaltung maximal zulässiger Abweichungen verlangt. Entsprechend haben wir für die Büroräume drei Betriebsformen festgelegt: den Tag-, den Nacht- und Wochenend- sowie den Komfortbetrieb. Bezüglich des Nacht- und Wochenendbetriebs gibt es Grenzwerte von ± 3 K (Kelvin), die eingehalten werden müssen, um den Raum zu konditionieren. Über Zeitschaltuhren ist der Tagbetrieb definiert; das heißt von morgens 7:00 Uhr bis abends um 19:00 Uhr wird der Raum so vorbereitet, dass er, sobald der Präsenzmelder aktiviert ist, relativ schnell im Komfortmodus ist.“
Neben den Standardbüroräumen wurden im 48. und 49. Geschoss des Tower 185 Sonder- und Komforträume eingerichtet. Hier erfolgt die Raumsteuerung über Bedienpanel, die auf der EIB/KNX-Technologie aufsetzen. Die Panel umfassen Taster für verschiedene Raumfunktionen, wie die Beleuchtungs- und Jalousiesteuerung sowie die digitale Temperatursollwertvorgabe. Der Mieter hat hier beispielsweise die Möglichkeit, hinterlegte Lichtszenarien aufzurufen und sie über den FIS#-Client zu modifizieren. Zusätzlich informieren die Bedienpanel über die verschiedenen Raumstatus, wie z.B. die Temperatur oder die Luftqualität etc. Die Außentemperatur wird angezeigt, fünf Klimaelemente werden dargestellt und die Durchflussmenge wird mittels PWM-Regler geregelt. Ein Taupunktwächter meldet eventuell auftretende Kondensatbildung an der Decke. Die Regelfunktion wird durch einen TwinCAT-Softwarebaustein realisiert.
Dynamisches Raummanagement
Da jeder Standardbüroraum über ein Raumbediengerät mit EnOcean-Technik verfügt, lässt sich die Raumaufteilung bei geänderter Nutzung flexibel gestalten. Bei der Zusammenlegung von Standardräumen zu einem Großraumbüro werden die zu den Grundeinheiten gehörenden Komponenten der Gesamtsteuerung zugeordnet. „Hierzu werden die Raumbediengeräte abgenommen. Die notwendige Neugruppierung, beispielsweise von Licht und Heizkörpern oder Jalousien, wird im FIS#-System durch unser dynamisches Raummanagement bzw. durch entsprechende Zuordnungen festgelegt. Änderungen bei der Verdrahtung oder Installation sind nicht erforderlich“, erläutert Thomas Tröger, Softwareexperte von Hermos.
In den Sonderräumen mit verschiebbaren Trennwänden wird deren Stellung über Meldekontakte erfasst, um die Konditionierung der Räume steuern zu können. Bei der Zusammenlegung zweier Räume wird die Bedienung entsprechend angeglichen, sodass von beiden Bedienpaneln aus die gleiche Steuerung erfolgt. Bei sonstigen Raumänderungen muss der Mieter dies beim Gebäudebetreiber Hochtief Solutions beantragen, der dann die Visualisierung der MBE bzw. der Raumsteuerung entsprechend des geänderten Grundrisses anpasst.
Die Jalousiesteuerung erfolgt »global«
Für den Tower 185 gibt es eine so genannte globale Jalousiesteuerung, die von der MBE vorgenommen wird. Hierzu sind die Jalousien der Gesamtfassade von Turm und Blockrändern in Segmente eingeteilt. Ihre Steuerung erfolgt in Abhängigkeit von Sonnenstrahlung, Lichtrichtung und Temperatur. Eine auf dem 6. OG des Blockrandes Ost montierte Wetterstation erfasst neben der Temperatur auch die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, Regen und Helligkeit. Um auch die Einflüsse, die von den umgebenden, hohen Gebäuden auf den Tower 185 einwirken, in die Steuerung einbeziehen zu können, wurden im 53. OG weitere Wettersensoren installiert, die die Helligkeit ohne Beeinträchtigung erfassen.
Das Konzept der Beschattungssteuerung erläutert Thomas Tröger folgendermaßen: „Dazu wurde im FIS# eine Eingabemaske angelegt, in die der Betreiber seine Werte eintragen kann. Nach diesen Kriterien wird der Sonnenschutz dann global gefahren. Es kann durchaus sein, dass die Ostseite früh am Morgen beschattet ist während die Südseite noch offen ist. Wenn sich im Tagesverlauf die Bedingungen ändern, wechselt die globale Ansteuerung der Jalousiesegmente. Trotzdem hat jeder Raumnutzer natürlich die Möglichkeit, über sein Raumbediengerät die Jalousie seines Fensters individuell zu verfahren. Bei aufkommendem Sturm oder Regen übernimmt allerdings die zentrale Steuerung automatisch wieder das Kommando.“
Komfortable Bedienoberfläche
Die Bedienoberfläche des FIS#, die alle für den Betreiber relevanten Informationen zusammenfasst, ist in zwei große Bereiche gegliedert. Der Anlagenbaum spiegelt das Gesamtprojekt wider, unterteilt in das Raummanagement und die technischen Gewerke. Das Raummanagement umfasst die einzelnen Etagen, vom Erdgeschoss bis zum 50. Obergeschoss. Bei den technischen Gewerken wurde eine Strukturierung in die einzelnen Teilgewerke vorgenommen, zu denen auch die Lüftungs- und Kälteanlagen gehören. Die Lüftungsanlagen sind z.B. untergliedert in Zu- und Abluft sowie in Teilklimaanlagen. Ein Bediener kann sich also über die Bedienoberfläche in die einzelnen Anlagen hinein bewegen.
Flexibilität – von der MBE bis zur Automationsplattform
Bei einem Bauprojekt wie dem Tower 185 mit einer Nutzfläche von 100.000 m² ist es selbstverständlich, dass sich die Vermietung über einen längeren Zeitraum erstreckt. Dies fordert von der Gebäudeautomatisierung ein hohes Maß an Flexibilität und setzt ein problemloses Zusammenspiel der eingesetzten Systeme und Komponenten voraus. „Sowohl die Hermos-MBE als auch die Beckhoff-Automationsplattform zeichnet sich durch vielfältige Schnittstellen zu anderen Kommunikations- und Technikkonzepten aus. Hermos hat einen eigenen ADS-Treiber zur Kopplung von Leitsystem und TwinCAT entwickelt, was einen durchgängigen Systemzugang ermöglicht“, erläutert Wolfgang Negele, Beckhoff-Vertriebsmitarbeiter der Niederlassung Nürnberg.
{gallery}stories/News2013/082013/beckhoff_tower185/galerie{/gallery}