Gebäudeautomation in Laboren
Klimatisierung und Raumluftüberwachung in Spezialbereichen
Ein Laborgebäude ist stets eine ganz besondere Immobilie mit ganz besonderen Ansprüchen: Komfort und Sicherheit sind oberste Ziele, wenn es darum geht, bestmögliche Arbeitsbedingungen zu schaffen. So hängt von exakten Messergebnissen oft die Gesundheit von Verbrauchenden ab; in vielen Laboren wird mit gefährlichen Substanzen oder Mikroorganismen gearbeitet – und mit hochempfindlichem Mess-Equipment. Da gilt es, vorgegebene Umgebungsbedingungen exakt einzuhalten und umfassende Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, etwa durch spezielle Filter oder Unterdruckkonzepte. Die Gebäudeautomationssysteme müssen möglichst flexibel reagieren können, zum Beispiel durch die Anpassung von Druckregelung und Raumklima.
Die hohen technischen Anforderungen schlagen sich auf der Energierechnung nieder. Ein höherer Ressourceneinsatz ist zwar in manchen Bereichen nicht zu vermeiden. Vermeidbar sind allerdings Kosten, die weniger durch die besonderen Anforderungen, sondern vielmehr durch ineffiziente Technik entstehen. Und deren Anteil ist größer, als man denkt. Elektrische Energie ist meist der größte Posten auf der Rechnung: Strom für Aufzüge, Raumbeleuchtung und -lüftung, für Türbewegungen oder IT-Systeme. Strom fließt dabei nicht nur für den tatsächlichen Betrieb, sondern auch im Stand-by-Modus. Natürlich müssen auch Labore im Winter geheizt und im Sommer gekühlt werden, dies geschieht aber vielerorts auch in Räumen, in denen sich niemand aufhält.
Für Laborgebäude gelten, wie für alle Immobilien, die Energieeffizienzstandards des Gebäudeenergiegesetzes (GEG). Und das Ziel ist klar: eine Dekarbonisierung der Gebäude bis 2050. In puncto nachhaltiger Betrieb stehen also auch Labore und Forschungseinrichtungen vor großen Herausforderungen, denen sie "kosteneffizient begegnen" müssen. Bereits am 1. Januar 2024 trat eine erste Stufe des GEG in Kraft: Werden Nichtwohngebäude neu errichtet, so muss in diesen Gebäuden der Automationsgrad der Kategorie B nach DIN V 18599-11 entsprechen – während zuvor Kategorie C ausreichend war. Im Falle von Bestandsgebäuden greift diese Anforderung nun ab 2025. Automationsgrad B, die Raumsensorik, ist zwingend erforderlich, ebenso die Kommunikation zwischen Anlagen, Systemen und Räumen.
Einsparpotenziale durch Gebäudeautomation
Die gute Nachricht: Wo viel Energie eingesetzt werden muss, lässt sich auch viel Energie einsparen. Strenge Anforderungen an Betriebssicherheit und Flexibilität stehen heute nicht mehr im Widerspruch zu Energieeffizienz und CO2-Reduktion. Gebäudeautomationssysteme lösen diese komplexe Optimierungsaufgabe durch streng bedarfsorientierte Lenkung der Energieströme im Gebäude. Dazu erfasst zunächst ein Netz von Sensoren den Ist-Zustand. Ein oft Cloud-gestützter Automationscomputer errechnet aus dieser Datenbasis dann Steuer- und Regelbefehle an die Aktorik, beispielsweise Heizung, Kühlung, Lüftungs- oder Verschattungssysteme. So wird Energie dort eingesetzt, wo sie benötigt wird – und nur dort.
Hohe Flexibilität kann man dabei durch multifunktionale Komponenten erreichen, wie etwa mit dem "Smart Sensor viaSens" von Sauter: Er vereint Raumklima-Echtzeit-Monitoring, Kommunikation und Signalisierung in einem Gerät. Das Device erfasst neben Temperatur, Feuchte und Luftqualität (in Bezug auf VOC [Volatile Organic Compounds], flüchtige organische Verbindungen) auch Bewegungsprofile, so dass mit dieser Information auch die Gebäudereinigung bedarfsgerecht beauftragt werden kann. Mitarbeitende können über das System auch optisch alarmiert werden: Ein Leuchtring am Gerät kann zum Beispiel zum Öffnen der Fenster aufrufen oder zur Räumung im Gefahrenfall.
Gebäudeautomation im EMBL Imaging Centre
An einem Forschungszentrum in Heidelberg wird die Bedeutung einer kontrollierten Raumklimatisierung durch Gebäudeautomation für Forschungsarbeiten in einem Laborgebäude deutlich. In der sog. Molekularmedizinischen Partnerschaftseinheit (MMPU) kooperieren das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie EMBL (European Molecular Biology Laboratory) und das Universitätsklinikum Heidelberg (UKHD). Grundlagenforscher (EMBL) und Kliniker (UKHD) arbeiten hier Hand in Hand, um molekulare Mechanismen der menschlichen Zellen zu erforschen. Eine weitere Aufgabe ist die Ausbildung in biomedizinischen Wissenschaften.
Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen nutzen für ihre Untersuchungen moderne bildgebende Technologien wie hoch- und ultrahochauflösende Elektronen- und Lichtmikroskope am Imaging-Forschungszentrum (Imaging Centre) des EMBL. Auch neue Technologien im Bereich Mikroskopie werden hier erprobt. Das EMBL Imaging Centre in Heidelberg mit seinem modernen, offenen Gebäudekonzept wurde 2021 bezogen. Hier kommen bei der gesamten Gebäudeautomation Konzepte und Technologien von Sauter zum Einsatz.
Vier hochsensible Elektronenmikroskope mit Tiefsttemperaturtechnik sind die wichtigsten Geräte im Gebäude. Sie sind in einer speziellen Kryohalle installiert und erfordern im Betrieb ganz besondere Umgebungsbedingungen. Die gesamte Kryohalle und zwölf weitere Mikroskop-Räume ruhen auf einer mehr als einen Meter dicken Bodenplatte. Sie dämpft Schwingungen und macht einen störungsfreien Betrieb der bewegungsempfindlichen Messanordnungen möglich.
Definiertes Raumklima erforderlich
Für die Elektronenmikroskope und die zugehörigen Laborräume ist eine genaue Raumklimatisierung mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 20 % von Bedeutung. Diese wird mit Hilfe einer präzisen, voll digitalisierten Regeltechnik konstant gehalten. Aber nicht nur für die Mikroskope, sondern auch für die Mitarbeitenden sind angenehme Arbeitsbedingungen wichtig: Die moderne Gebäudeautomationstechnik regelt Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit und Beleuchtung. Überall im Gebäude sind Automationsstationen installiert, die die gesamte technische Infrastruktur am Laufen halten. Sie steuern Lüftungs-, Kälte- und Heizungsanlagen und werten Meldungen aus: von Sanitäranlagen bis hin zum Elektro-Hauptverteiler, zu Unterverteilern und weiteren Systemen.
Teilweise zeitkritische Aufgaben, zum Beispiel die Raumluftbilanzierung im Labor, erfordern eine latenzfreie und reibungslose M2M(Machine-to-machine)-Kommunikation. Diese geschieht über ein eigens für die Gebäudeautomation installiertes Ethernet-Netzwerk, das 14 Informationsschwerpunkte sowie 55 dezentrale Systemverteiler integriert. Über das einheitliche Systemprotokoll BACnet /IP können alle angeschlossenen Geräte Daten mit der übergeordneten Management- und Bedieneinrichtung austauschen.
Wichtig sind auch die energetische Überwachung und effiziente Steuerung des Gesamtsystems. Hierzu wurden sämtliche Zähler mittels M-Bus/Modbus-Protokoll aufgeschaltet. Darauf aufbauend, zeigt und protokolliert das Sauter-Energiemanagementsystem (EMS) die Gesamt-Energiebilanz in Tages-, Wochen-, Monats- und Jahresintervallen sowie wichtige Daten über Energie-, Anlagen- und Kosteneffizienz. Dieses Fallbeispiel zeigt: Auch wer strenge Vorgaben in speziellen Räumlichkeiten einhalten muss, kann mit Hilfe moderner Gebäudeautomation Kosten sparen und einen Beitrag zur Dekarbonisierung leisten.
AUTOR
Ulrich Fedler
Key Account Life Science, SAUTER Deutschland
Sauter-Cumulus GmbH, Freiburg
Tel: 0761/5105-0
[email protected]
www.sauter-cumulus.de
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