Nachhaltige Bewirtschaftung durch Building-IoT

Besuchern, die das neue 18.000 m² umfassende Gebäude das erste Mal betreten, zeigt sich eine moderne Architektur mit viel Glas und einem großen Atrium, das sich über sämtliche Stockwerke erstreckt. Der offene Charakter spiegelt sich ebenfalls in der Gebäudeinfrastruktur, der Raumautomation sowie den flexibel gestaltbaren Arbeitsplätzen wieder. Eine intelligente Verbindung zwischen Energieversorgung, Wärme- und Kältering sowie den Produktions­bereichen sorgt für einen nachhaltigen, energieeffizienten Betrieb des Standorts. Aufgrund des durchdachten Versorgungsprozesses benötigt das Gebäude keine eigene Wärme- und Kälteanlage. Dazu tragen unter anderem die beiden 2015 integrierten Blockheizkraftwerke (BHKW) bei. Auf dem Dach des neuen Gebäudes befinden sich zudem eine Photovoltaik-Anlage (PV) mit einer Leistung von 160 KWp sowie ein Stromspeicher.

Ortsunabhängige Steuerung und Überwachung

Das unternehmensinterne Facility Management hat sich bei der Realisierung der Gebäudetechnik für Komponenten und Systeme aus dem eigenen Produkt­spektrum entschieden. Als Grundlage fungiert das Gebäudemanagement „Emalytics“, das die Gebäudeleittechnik mit dem aktiven Energiemanagement verbindet. Die Daten aus der Feldebene erhält das überlagerte System durch insgesamt 27 Inline-Steuerungen vom Typ „ILC 2050 BI“. Die IoT-basierte Steuerung auf Basis des Niagara Framework agiert als Smart Device, welches alle ­Daten der Gewerke normiert an die Gebäudeleittechnik „Emalytics“ überträgt. Sowohl die klassische Sensorik und Aktorik als auch neue intelligente IP-basierte Feldgeräte lassen sich einfach und schnell in das System einfügen. Auf der Grundlage der erfassten Informationen erlaubt das Gebäudemanagement eine vorausschauende Wartung der installierten Geräte. Auffällige Daten weisen den Betreiber beispielsweise auf künftig auftretende Fehler hin. So analysiert „Emalytics“ zum Beispiel die Kennwerte der Zündkerzen der in den BHKW verbauten Motoren und schlägt bei Bedarf ­einen präventiven Wechsel vor. Das erhöht die Laufzeit der BHKW.

Der „ILC 2050 BI“ unterstützt des Weiteren sämtliche in der Gebäudetechnik etablierten Standards wie BACnet IP, BACnet MS/TP, M-Bus, KNX/TP, SNMP oder oBIX. Entsprechende Module des Inline-I/O-Portfolios ermöglichen die Ankopplung gängiger Bussysteme wie Dali, Modbus/TCP oder Modbus/RTU. Durch die protokollunabhängige Einbindung der Feldgeräte in die IoT-basierte Steuerung reduziert sich der Engineering- und Verkabelungsaufwand erheblich.

Durch das Gebäudemanagement lassen sich die verschiedenen Liegenschaften einfach sowie ortsunabhängig steuern und kontrollieren. Darüber hinaus können bestehende Gebäude problemlos in das neue System integriert werden. Das eröffnet vielfältige Vorteile für den Betreiber, der nun beispielsweise Standorte miteinander vergleichen oder eine Kommunikationsplattform für alle Liegenschaften aufbauen kann. Auf Basis der vorliegenden Daten ist eine gebäudeübergreifende Verbesserung der Versorgungsprozesse möglich, was zu einem wirtschaftlicheren Betrieb der Liegenschaften führt.

Intelligente Vernetzung

Erst durch die intelligente Vernetzung von Energieerzeugung, -verbrauch und der -speicherung in Kombination mit dem Wärme- und Kältekreislauf lässt sich ein effizientes Energiemanagement sowie ein besserer Versorgungsprozess erreichen. 2016 generierte Phoenix Contact am Standort Bad Pyrmont 64 % der benötigten Energie selbst. Die vier dort befindlichen Büro- und Produktionsgebäude werden über ein Ringkonzept, in dem sämtliche Erzeuger, Verbraucher und Speicher verschaltet sind, mit Energie beliefert. Daher ist für das neue Gebäude keine eigene Energieversorgung notwendig. Im Wesentlichen verantworten die Blockheizkraftwerke die Energieproduktion. Sie decken rund 60 % des Eigenstrombedarfs ab. Die von den BHKW erzeugte Abwärme wird für Heizzwecke verwendet. Ferner lässt sich die Wärme in Kälte umwandeln, um die Gebäude zum Beispiel im Sommer auf eine angenehme Temperatur zu kühlen. Durch die Nutzung der Abwärme wird also Primärenergie und damit Energiekosten eingespart.

Der Versorgungsring sorgt zudem für einen optimalen Einsatz der verfügbaren Energie. Fällt beispielsweise die Versorgung in einem Gebäude aus, wird es durch einen einfachen Umschaltvorgang von einem anderen Erzeuger beliefert. Die Automatisierungslösung beinhaltet darüber hinaus ein aktives Lastmanagement, welches durch eine hinterlegte Regelstrategie sicherstellt, dass Spitzenlasten (Peaks) nicht überschritten werden. Die Regelung der Blockheizkraftwerke als führende Größe erfolgt auf der Grundlage historischer Daten sowie aktueller Lastprognosen. Dazu werden die Auftragsdaten und Energiemesswerte im Produktionsgebäude 3 verknüpft. Die Daten der Fertigung und Gebäudeinfrastruktur wachsen somit zusammen und bilden die Basis für eine energieoptimierte Herstellung von Spritzgussteilen.

Nahezu alle Lüftungsanlagen in den Bad Pyrmonter Gebäuden umfassen eine Wärmerückgewinnung. Zu diesem Zweck wird die Außenluft eingesogen und an einen Wärmetauscher weitergeleitet, der das „Wärmerad“ vorerwärmt. Das Wärmerad überträgt die Energie zwischen der Abluft und der Zuluft. Ist es außerhalb der Gebäude kälter als im Innenbereich, wird die Zuluft vorerwärmt. Sollte die Außenluft im Sommer wärmer als die Temperatur innerhalb der Gebäude sein, muss sie entsprechend vorgekühlt werden. Durch dieses Vorgehen sinkt der Energiebedarf für die Heizung und Kühlung der Zuluft. 2016 hat das Facility Management einen Teil des gesamten Wärmebedarfs aus der Wärmerückgewinnung gedeckt.

Schnelle Störmeldungen

Wie eingangs berichtet, ist auf dem Dach des neuen Gebäudes eine PV-Anlage inklusive eines Stromspeichers verbaut. Die Erfassung der Betriebsdaten erweist sich im Bereich Photovoltaik als komplex, denn es reicht nicht aus, die Leistungsdaten der einzelnen Strings und Wechselrichter aufzunehmen. Die Effizienz der Anlage lässt sich beispielsweise durch ein Performance Ratio bestimmen, also das Verhältnis vom tatsächlich erzeugten zum maximal möglichen Ertrag. Um diesen Wert zu berechnen, erfasst eine Wetterstation meteorologische Daten wie die Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit und Temperatur. Die Gegenüberstellung dieser Informationen mit dem generierten Ertrag lässt Rückschlüsse auf Anlagenfehler oder defekte Komponenten zu.

Auf dem Dach des neuen Gebäudes befinden sich ferner Generatoranschlusskästen aus dem eigenen Portfolio. Diese sammeln die Strings ein und schützen die PV-Generatoren und Wechselrichter vor Überspannungsschäden. Module der Produktfamilie „Solarcheck“ informieren zuverlässig über die Leistung der PV-Anlage. Störungen werden sofort erkannt, sodass das Facility Management gleich Gegenmaßnahmen einleiten kann. Über ein Portal der Smartblue AG zur technischen Betriebsführung können die Mitarbeiter die PV-Anlage kontinuierlich überwachen. Die Dachanlage produziert auch die Energie für die Ladesäulen der Elektroautos. Diese nehmen Informationen zum Ladestrom und Zustand auf und melden die Daten an das überlagerte „Emalytics“-System zurück.  

Optimierung von Prozessen

Das neue Gebäude hat ein großes Glasdach, das je nach Wetterprognose und Sonnenstand automatisch beschattet wird. In den Besprechungsräumen und Sitzecken sind Sensoren installiert, die eine Belegungsüberwachung erlauben. Das Facility Management hat somit die Möglichkeit, die Auslastung der einzelnen Räume auszuwerten. Zudem können sich die Mitarbeiter über das Gebäudemanagement anzeigen lassen, ob die Räume und Ecken frei sind, weshalb unnötige Wege eingespart werden. Auf dem Außengelände des Standorts Bad Pyrmont sind moderne Leuchten vom Typ „Shuffle“ der Schréder GmbH montiert, die über ein Videoüberwachungssystem als Schutz vor Vandalismus, WLAN zur kostenlosen Nutzung des Internets im Freien sowie Lautsprecher für die Musikübertragung und Durchsagen verfügen. Darüber hinaus lässt sich bei Bedarf eine Ladestation für Elektroautos in den Beleuchtungsmast integrieren. Die im neuen Gebäude befindlichen Aufzüge sind ebenfalls in das Gebäudemanagement eingebunden. „Emalytics“ visualisiert nicht nur deren aktuellen Standort. Auf Basis der erhobenen Daten werden außerdem die Fahrtwege optimiert, was die Wartezeiten für Mitarbeiter und Besucher verkürzt. Ferner wird die Wartung der Aufzüge automa­tisiert aus dem SAP-System beauftragt.