Gebäudetechnik 10.05.2013, 09:30 Uhr

Intelligent regeln statt teuer zu heizen

Der Einsatz leichter Baumaterialien stellt neue Anforderungen an die Gebäudetechnik. Die Gebäudeautomation ist gefordert, freie Wärme- und Kühlpotenziale zu verschieben und individuellen Komfort am Arbeitsplatz energieeffizient bereitzustellen. Als Technologiereferenz für zukunftsorientiertes Bauen und innovative Gebäudetechnik entsteht in Würzburg das neue Energy Efficiency Center (EEC).

Modellansicht des Energy Efficiency Center in Würzburg.

Modellansicht des Energy Efficiency Center in Würzburg.

Foto: Energy Efficiency Center

Leichte Baumaterialien liegen im Trend. Dies stellt neue Anforderungen an die Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK), die Beleuchtung sowie die Tageslicht- und Sonnenschutzsysteme.

Leichte, energieeffiziente Bauweisen mit transparenten und transluzenten Komponenten bedeuten dynamische Heiz- und Kühllasten, die durch den Einsatz von Phasenwechselmaterialien (Phase Change Materials – PCM) und neuen Regelalgorithmen beherrscht werden können. Raum- und Gebäudeautomatisierungssysteme werden künftig maßgeblich beitragen, Lastspitzen zu kappen, Wärme- und Kühlpotenziale zu verschieben und individuellen Komfort am Arbeitsplatz bedarfsgerecht und energieeffizient bereitzustellen.

Um den Nachweis über die Praxistauglichkeit innovativer Baumaterialien, Systeme und Technologien zu beschleunigen, baut das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung (ZAE Bayern) in Würzburg das neue Energy Efficiency Center (EEC). Die Siemens-Division Building Technologies (SBT) entwickelt als einer der Projektpartner in Zusammenarbeit mit dem ZAE Bayern und Ebert-Ingenieure neue Regelungsstrategien, berichtet Manfred Weiß, Leiter der SBT-Niederlassung Würzburg.

Geschwungene Membrandachkonstruktion mit Ausblick auf das Käppele und die Marienfestung in Würzburg.

Geschwungene Membrandachkonstruktion mit Ausblick auf das Käppele und die Marienfestung in Würzburg.

Foto: Energy Efficiency Center

Neue Gebäudetechnik wird in realen Situationen getestet

Das EEC biete eine einmalige Chance, das bestehende Raum- und Gebäudeautomatisierungssystem Desigo unter realen Situationen zu testen und neue Regelalgorithmen zu entwickeln. Die Besonderheiten des Projekts seien die gewerkeübergreifende Verknüpfung von Raumtemperaturregelung, Beleuchtungssteuerung, Blend- und Sonnenschutz sowie deren Zusammenspiel mit neuartigen Materialien und gebäudetechnischen Komponenten. So sei geplant, das thermische Verhalten des Gebäudes anhand von Mess- und Verbrauchsdaten genauer zu analysieren sowie Daten aus der Gebäudesimulation und der Wettervorhersage bei den Regelungsstrategien mit zu berücksichtigen.

Zu den prototypischen Anlagen im EEC zählen unter anderem Heiz- und Kühldecken aus Graphitplatten mit thermisch angekoppeltem PCM, sorptive Klimaanlagensysteme in offener und geschlossener Bauart, nächtliche Strahlungskühlung über Dachflächen durch einen offenen Regenwasserkreislauf mit Einspeicherung des abgekühlten Wassers in einer Löschwasserzisterne sowie über Membransysteme belichtete und erwärmte Räume und deren Wechselwirkung mit den gebäude- und raumlufttechnischen Anlagen.

Im Fokus stehen insbesondere die Wechselwirkungen des in Leichtbauweise errichteten Baukörpers und der membranbasierenden Dachkonstruktionen mit den heizungs- und lüftungstechnischen Anlagen (HLK) und die dafür notwendigen Regelstrategien. „Die textile Architektur liefert einen innovativen Beitrag zur Energieeffizienz des EEC. Die mehrschalige, transluzente Konstruktion umschließt eine kontrollierbare Zwischenklimazone, welche Wärmeverluste reduziert und die Tageslichtnutzung steigert“, wie der Koordinator des EEC, Hans-Peter Ebert vom ZAE Bayern, verdeutlicht. Besonderes Interesse gelte dem Verhalten der PCM unter statischen und dynamischen Bedingungen.

Ein Gebäude wie ein lebender Organismus

Die übliche Komfortgrenze von 26 °C sei in solch einem Gebäude, zumindest in den Erprobungsphasen, kaum einzuhalten, räumt Ebert ein. „Wir wollen ja mit unseren innovativen Hüllen und der Gebäudetechnik experimentieren.“ So soll durch Wasserkreisläufe oder gezielte Konvektion über ein Lüftungssystem der Be- und Entladeprozess von PCM-Bauteilen beschleunigt werden. Ein Planungsziel sei, möglichst wenig konventionelle Heiz- und Kühlleistung bereitzustellen und Defizite an Wärme und Kälte über intelligente Regelungs- und Steuerungskonzepte auszugleichen.

„Die Innovationen dieses Gebäudes sind wie ein lebender Organismus – mit dem Gebäudeautomatisierungssystem als Gehirn“, konstatiert der Architekt Thomas Rampp vom Büro Lang Hugger Rampp. So zeigt sich denn auch Siemens an belastbaren Daten über das Verhalten von PCM-Bauteilen interessiert, zumal bei SBT bereits Erfahrungen mit der Regelung von thermoaktiven Bauteilsystemen vorliegen, erklärt Weiß. Jetzt gehe es darum, diese Erkenntnisse auf PCM-Bauteile zu übertragen und die Regelalgorithmen an die Besonderheiten der Phasenwechselmaterialien anzupassen. So könne durch intelligente Be- und Entladung von PCM der Bedarf an konventionell erzeugter Kälte und damit auch der Spitzenstrombedarf eines Gebäudes reduziert werden.

Bereits in der Planung sei ein gewerkeübergreifendes Zähler- und Auswertungskonzept entwickelt worden. Von Vorteil sei, dass durch die integrierte Planung die Protokolle für das Gebäudeautomatisierungssystem (BACnet), für das Zählersystem für Wasser und Wärme (M-Bus) und für die Zählung und Messung elektrischer Energie (Mod-Bus) schon im Vorfeld festgelegt werden konnten. So könnten auch Drittsysteme ohne Schnittstellenverluste in das Gebäudeautomatisierungssystem eingebunden werden.

Von R. Donnerbauer

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