Wohlfühlklima durch intelligentes Anlagenkonzept: Das „Puma-Vision Headquarters“ in Herzogenaurach

Nachhaltiges Bauen und Betreiben von Gebäuden und Produktionsstätten zählt bei immer mehr Unternehmen zur gelebten Firmenphilosophie. Im Rahmen des Nachhaltigkeitskonzepts „Puma-Vision“ des Herzogenauracher Sport-Lifestyle-Unternehmens ist ein Gebäudeensemble errichtet worden, bei dem bekannte, bewährte und innovative Technik miteinander verknüpft ist. Die von Klaus Krex (da capo al fine Architekten, Nürnberg) entworfene Konzernzentrale „Puma-Vision Headquarters“ besteht aus Verwaltungszentrum („Office“), einem firmeneigenen Kongresszentrum – dem sogenannten „Brand“-Center – sowie einem Puma-Store, intern „Retail“-Gebäude genannt. Das „Office“ wird über thermisch aktivierte Betondecken grundbeheizt bzw. grundgekühlt; die Nachheizung/Nachkühlung auf Komforttemperatur erfolgt individuell über fassadenorientierte einzelraumgeregelte Ventilator-Konvektoren sowie Heizkörper. Wegen der extrem unterschiedlichen Nutzung der Gebäude „Retail“ und „Brand“ wurde dort auf den Einbau einer Betonkerntemperierung (BKT) – auch thermoaktive Bauteilsysteme (TABS) genannt – verzichtet. Zentrale Teilklimaanlagen versorgen alle Räume mit dem hygienisch notwendigen Luftvolumen.
Die selbst auferlegte Klimaneutralität des Gebäudebetriebs erreicht das Sportunternehmen über den Bezug von regenerativ erzeugtem Strom der Lichtblick AG, Hamburg, über ein 1000 m² großes Photovoltaik-Kraftwerk auf dem Dach des „Retail“-Gebäudes, weiteren 140 m² Photovoltaik-Modulen an den Fassaden und einem CO₂-Ausgleichsprojekt in Form einer Windparkanlage in der Türkei.
Ein wichtiges Instrument zur Aufrechterhaltung eines effizienten und wirtschaftlichen Gebäudebetriebs ist das gewerk­übergreifende Gebäudeautomationssystem „Desigo“, geplant und ausgeführt durch das Systemhaus IPM – Innovatives Projekt Management für Gebäudeleittechnik GmbH, Feucht bei Nürnberg. IPM ist Solution-Partner von Building Technologies (BT), einer Division von Siemens.

GLT-Systemhaus frühzeitig eingebunden
Die Planung der Elektro,- Kälte-, Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen des Gebäudes erfolgte durch den Gesamtplaner Haustechnik Planungs GmbH, Nürnberg. Die Erfahrung zeigt, dass die Gesamtenergieeffizienz eines Gebäudes in starkem Maße von der Dimensionierung von Wärme- bzw. Kälteerzeugern, von der Hydraulik, der Aufteilung der Regelkreise sowie von gewerkübergreifenden Verknüpfungen, beispielsweise zu Beleuchtung und Sonnenschutz, abhängig ist. Deshalb wurde das Systemhaus IPM frühzeitig in das Projekt eingebunden. Insbesondere bei der Konzeption der Hydraulik war das Know-how der Regelungsspezialisten gefragt, zumal die realisierte Betonkerntemperierung generell als hydraulisch und regelungstechnisch anspruchsvoll gilt.
Dreh- und Angelpunkt der Wärmeerzeugung sind vier Platten-Wärmeübertrager mit gleichprozentiger Kennlinie als Teil einer Fernwärmeübergabestation mit zusammen rund 2000 kW, die so dimensioniert wurde, dass im Sommer ein auf 200 kW Heizleistung reduzierter Wärmeübertrager für die Wärmeversorgung ausreicht. Dadurch konnte die Regelungsqualität ganz erheblich verbessert werden. Grundsätzlich sind alle Umwälzpumpen (Heizen und Kühlen) energiebedarfsgeführt und werden nach Netzschlechtpunkten geregelt. Die Wärme- und Kälteversorgung des Betonkerntemperiersystems übernehmen zwei Wärmepumpen mit je 145 kW Heizleistung beziehungsweise je 225 kW Kühlleistung.
Die Regelung des thermoaktiven Bauteilsystems im „Office“-Gebäude erfolgt über speziell von Siemens entwickelte und im Labor getestete Regelungsmodule auf der Basis der Automationsstation „Desigo PX“. Erste Betriebserfahrungen belegen, dass die BKT im Heizbetrieb ab einer Außentemperatur von ca. 12°C abschaltet; das „Office“-Gebäude heizt sich dann quasi selbst. Um ein individuelles Nachheizen bzw. Nachkühlen über die Einzelraumregelung zu gewährleisten, wird die BKT über die Ermittlung der Raumlasten bedarfsabhängig vom Sommer- zum Winterbetrieb geführt. Nachheizung oder Nachkühlung erfolgen getrennt über Heizkörper bzw. Ventilator-Konvektoren.

Einzelraumregelung mit durchgetesteten Makros
Ähnlich wie bei der BKT-Regelung setzte IPM auch bei der Einzelraumregelung (ERR) vorgetestete Makros aus dem „Desigo“-Programm ein, die sich individuell anpassen lassen. Zur Rationalisierung der Montage und Implementierung wurden beispielsweise neun Raumtypen für eine auf dem „LON“-Protokoll basierende Raumautomation definiert. Neben der bedarfsgeführten Heizung, Kühlung und Lüftung sind in der Regel auch Beleuchtung und Sonnenschutz mit auf die Raumregler (RXC) aufgeschaltet. Ein Großteil der Bürobeleuchtung wird durch Präsenzmelder und Dämmerungsschalter übersteuert, das heißt, bei Nichtbenutzung eines Arbeitsplatzes oder ausreichendem Tageslicht wird das Licht im jeweiligen Raum automatisch abgeschaltet. Die eigentliche Herausforderung des Raumautomation-Konzepts bestand in der topologischen Verknüpfung der etwa 430 Einzelraumregler über ein „LON“-Netzwerk. Erschwerend war insbesondere die vom Bauherrn gewünschte Flexibilität bei der Raumaufteilung, zumal die Verbindungsmöglichkeiten zwischen Fußboden und Decke sehr eingeschränkt sind und sich auf die Schachtköpfe konzentrieren. Im Grundsatz bilden je zwei Fenster­elemente mit Heiz- und Kühlkörper, Sonnenschutzjalousie und Lichtband ein Einzelraumregelungs-Raster mit der Option, ein oder mehrere Raster auf einem Bediengerät zusammenzuführen. Alle Flurbeleuchtungen werden über Zeitprogramme geschaltet, lassen sich jedoch individuell übersteuern, z.B. für die Reinigung der Büroräume.

Multimediahalle mit Wurfweitenregelung
Das „Retail“-Gebäude mit Puma-Store, Merchandising-Zentrum und Restaurant sowie das „Brand“-Center mit Multimedia­halle und zahlreichen Veranstaltungsräumen werden über jeweils eigenständige Zentralklimaanlagen belüftet und temperiert. Eine Besonderheit ist die Wurfweitenregulierung der Luftauslässe in der Multimediahalle, die im Kühlfall die konditionierte Luft diffus einbringen und im Heizfall die Wärme direkt von der Decke nach unten blasen. Wegen der hohen inneren Wärmelast in der Halle wird die Grundlüftung durch vier Umluftkühlgeräte unterstützt. Für die unterschiedlichen Nutzungen sind in der Hallenregelung verschiedene Szenarien für „Event-gerechtes“ Raumklima hinterlegt. Zur Absicherung der Regelgüte in der rund 1500 Personen fassenden Halle entschied sich IPM für vier Funkfühler in „EnOcean“-Technologie, die erst nach dem Innenausbau der Halle platziert wurden.

Datenkopplung mit „BACnet“ und „Modbus“
Alle thermischen Verbraucher sind messtechnisch erfasst und über „Desigo-PX“-Stationen geregelt. Vorgegebene und berechnete Sollwerte werden an die jeweilige Vorregelgruppe weitergeleitet und dort in die entsprechenden „Bedarfssignale“ umgewandelt. Mit einbezogen in die bedarfsabhängige Regelungsstrategie sind die Umwälzpumpen für die Heizgruppen und das Kaltwassersystem. Die benötigten Wassermengen werden über Netzschlechtpunktfühler oder über die jeweiligen Wärme-/Kälteverbraucher bedarfsgerecht berechnet, geregelt und überwacht. Im Grunde wird das Regelungssystem durch umfangreiche Energiemanagementfunktionen überlagert, die von der Raumebene bis zu den Wärme-/Kälteerzeugern reichen und den bedarfsabhängigen Betrieb absichern.
Topologisch ist das MSR-/Gebäudeautomationsnetz in zehn Informationsschwerpunkte (ISP) unterteilt und umfasst über 5000 Datenpunkte. Die Vernetzung der ISP zu den Gebäuden erfolgt über Glasfaserleitungen und innerhalb der Gebäude über ein „TCP/IP“-Netz.
Die komplexe Kältezentrale mit ihrer herstellerspezifischen Steuerung ist zur Energieführung und Beobachtung über „Modbus“ auf das Gebäudeautomationssystem aufgeschaltet. Die Datenkopplung zu den elektrischen Anlagen für die Steuerung gewerkübergreifender Funktionen wie Wetterstation mit Windwächter, Jalousien-Steuerung sowie den Bedientableaus zur Steuerung der Haustechnik, Lüftung und Beleuchtung in den Konferenzräumen erfolgt über „BACnet“. Aufgeschaltet sind außerdem die Entrauchungsanlagen mit zusammen 500.000 – 600.000 m³/h Luftleis­tung, die Trafostationen („Retail“-Gebäude mit zwei Trafos à 2 MW, „Office“-Gebäude drei Trafos à 3,75 MW) sowie die Notstromversorgung/Netzersatzanlage. Der Aufbau der Verbindungen des Gebäudeautomationssystems ist so angelegt, dass bestehende und künftige Liegenschaften problemlos in die Systemstruktur integriert werden können.
Zur Unterstützung des Kunden bei der Bedienführung, bei Servicearbeiten und bei der komplexen Softwarepflege der Prozessstationen wurde ein Fernzugriff installiert. IPM legte bei der Konzeption des Gebäudeautomationssystems für das gesamte Ensemble großen Wert auf Raumflexibilität, Nachrüstmöglichkeiten, Einbau weiterer Regelungsgruppen und eine klare Gliederung des Schaltschrankaufbaus, um dem Betreiberpersonal die Bedienung der Anlagen zu vereinfachen. So ist beispielsweise in den Schaltschranktüren eine Handbedienebene zur Erleichterung von Wartungsarbeiten und Energieeffizienzmaßnahmen eingebaut.

Autoren: Ralf Habermann, Geschäftsführer IPM Gebäudeleittechnik GmbH, Thomas Kerz, Leiter Business Segment Systeme in der Business Unit CPS (Control Products & Systems), Building Technologies Division Deutschland, Helmut Vogel, Leiter Business Unit CPS, Region Bayern, Building Technologies Division Deutschland

Bilder: Puma

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