Exzellenz in Lehre und Ausstattung zu bieten, ist Anspruch der Universität Bayreuth. Daher hat der Freistaat Bayern deren naturwissenschaftlichen Bereich gestärkt. Im Rahmen der „Technologischen Allianz Oberfranken (TAO)” wurden die neuen Zentren für „Materialwissenschaften und Werkstofftechnologie” sowie „Energietechnik” am Campus Bayreuth eingerichtet. Für drei Lehrstühle wurde zwischen 2016 und 2018 das TAO-Gebäude, ein 5.560 Quadratmeter großer Hightech-Neubau, erstellt. 4.000 Quadratmeter davon sind Labore und Werkstätten mit hochsensiblen Präzisionsapparaten wie Elektronenmikroskopen. Das Staatliche Bauamt beauftragte Kieback&Peter, die komplette Gebäudeautomation zu planen und zu integrieren. Keine einfache Aufgabe – denn für die Wissenschaftler sollte eine außergewöhnlich komplexe Heizungs-, Klima- und Lüftungsanlage entstehen, an deren Wärmepumpen/Eisspeicher-Technologie die Nutzer auch forschen können.
Gebäudeautomation, smart geregelt für die Wissenschaft
Innovative Energienutzung ist im Universitäts-Neubau nicht nur Teil der wissenschaftlichen Forschung. Die Auftraggeber des TAO-Gebäudes wünschten eine innovative Heizungs- und Klimatisierungsanlage, die die Universität auch selbst zu Forschungszwecken nutzen kann. Einerseits sollte die Kombination aus Wärmepumpen und einem 500 Kubikmeter großen Eisspeicher Heizenergie und Kälte für den gesamten Neubau liefern können. Andererseits sollten wahlweise auch ein gasbefeuertes Blockheizkraftwerk, ein Gas-Brennwertkessel sowie Kältemaschinen per einfachem Steuerbefehl die Nutzflächen versorgen. „Das Gebäude ist wie ein komplexer Automat geworden, an und in dem man sowohl studieren als auch forschen kann”, sagt Alfred Schwemmer über den Universitätsbau. Er ist stellvertretender Leiter der beauftragten Kieback&Peter Niederlassung Nürnberg.
Eine besondere Herausforderung für Schwemmers Experten-Team war es, die beauftragte Regelmatrix für die verschiedenen Energiequellen zu planen. Sie mussten einen individuellen Regel-Algorithmus programmieren. Alfred Schwemmer resümiert: „Die flexible Energieträgerwahl war eine besondere Herausforderung. Unsere Regelung muss die unterschiedlichen Leistungen der verschiedenen Systeme exakt an den jeweiligen Bedarf anpassen. In den Labors müssen rund um die Uhr die vorgegebenen Werte für Temperatur oder Luftfeuchtigkeit herrschen. Das war spannend.” Für die Räume der Elektronenmikroskope waren zudem besonders präzise atmosphärische Soll-Werte vorgeschrieben.
Eine besondere Herausforderung war es, die von Kieback&Peter geregelten Systeme auch den Forschern der Universität für Studien zugänglich zu machen. Dazu musste es das Team ermöglichen, dass die Wissenschaftler laufend Zugriff auf eine Vielzahl an Betriebsdaten und -abläufen haben. Und noch einen Knackpunkt gab es: Weil die Bestandsgebäude der Bayreuther Alma Mater mit der Gebäudeleittechnik eines Drittanbieters arbeiten, war die beauftragte Lösung von Kieback&Peter in das vorhandene System einzubinden.
Ein Regelsystem, dessen Daten selbst Forscher interessiert
„Mit Know-how ist alles möglich”, fasst Alfred Schwemmer das Erfolgsrezept seines Teams zusammen. Sie haben es geschafft, sämtliche Anforderungen der Auftraggeber pünktlich zu erfüllen. Entstanden ist eine smarte und dennoch hochkomplexe Gebäudeautomation. Deren Herzstück sind 19 flexible und leistungsfähige Controller des Typs DDC4000 von Kieback&Peter. Sie arbeiten in 15 Schaltschränken, die über das gesamte neue TAO-Gebäude verteilt sind. Die DDCs kommunizieren sowohl untereinander, mit den Feldgeräten an 5.000 physikalischen Datenpunkten, als auch via BACnet mit der zentralen Gebäudeleittechnik des Drittanbieters. In diesen Schaltschränken, den Informationsschwerpunkten, finden die eigentlichen physikalischen Schalthandlungen statt: Die einen Feldgeräte liefern als Sensoren Ist-Werte wie Temperatur oder Durchflussmenge. Die anderen Feldgeräte, die Aktoren, führen die Steuerbefehle der DDCs aus. Etwa „Durchfluss auf 37 % verringern” oder „Klappe zu 82 % öffnen”. Das Nürnberger Experten-Team hat beispielsweise als Sensoren 175 mal die Raumtemperatur-Messwertgeber TD12 verbaut, die den DDCs Grenzwertüberwachungs-Funktionen ermöglichen. Als Aktoren haben sie unter anderem die Stellantriebe MD200Y verbaut, ebenfalls ein langlebiges Hardware-Produkt von Kieback&Peter. Auf Befehl der DDCs steuern sie besonders feinstufig die Durchflussmengen in Rohrleitungen.
Passendes Klima, individuell für jede Zone
Die hochpräzise Regelungsautomation sorgt in den Laboren und Werkstätten rund um die Uhr vollautomatisch dafür, dass die geforderten atmosphärischen Bedingungen erfüllt bleiben. Das System aus Software und Hardware „Made in Germany” von Kieback&Peter gewährleistet, dass sich etwa die Temperatur- oder Luftfeuchtigkeitswerte stets zuverlässig am vorgegebenen Ort im vorgegebenen Bereich bewegen – sogar in angeschlossenen Laborschränken. Damit gewährleistet die Anlage auch, dass die Wissenschaftler mit ihren empfindlichen Apparaturen, darunter auch Elektronenmikroskopen, exakt arbeiten können oder in Schweiß-Labors schweißrauchfreie Atemluft haben.
Die Steuerung von Heizkessel und Blockheizkraftwerk hat das Team mit Modbus als Kommunikationsprotokoll gelöst. Die Luftmengenregler der Labors und Werkstätten kommunizieren via BACnet mit den DDCs. Auch für das Universitäts-interne Forschungsprojekt rund um Eisspeicher und Wärmepumpen hat das Team eine individuelle und nutzerfreundliche Lösung gefunden: Die Wissenschaftler können sämtliche für sie interessante Daten und Steuerbefehle gesichert über ihre Büro-PCs auswerten bzw. erteilen. Nicht nur die Forscher profitieren so von smarter Gebäudeautomation – auch die Rechnungsstelle der Universität Bayreuth hat einen Grund zur Freude: Das System von Kieback&Peter sorgt dafür, dass alle energieintensiven Anlagen hocheffizient arbeiten und nur soviel Primärenergie verbrauchen, wie tatsächlich erforderlich.
