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Smarte Lüftungsanlage von EBM-Papst für Ludwigsburgs Weststadt

Nachhaltiges Bauen
Smarte Lüftungsanlage von EBM-Papst für Ludwigsburgs Weststadt

In Ludwigsburg entsteht das klimaneutrale Stadtquartier Urbanharbor. Statt neu zu bauen, werden alte Produktionshallen in neue Bürogebäude für Start-ups der Region transformiert. Energie fließt in Echtzeit nur dahin, wo sie verbraucht wird – auch die der Lüftungsanlage. Die Daten smarter Sensor- und Ventilatorentechnik laufen auf der cloudbasierten Building-Connect-Plattform von EBM-Papst zusammen.

» Thomas Sauer, Managing Director bei EBM-Papst Neo, Dortmund

Beim Blick über die Dächer der Ludwigsburger Weststadt scheint alles seit Jahren unverändert: Auf 200.000 m² reiht sich eine Industriehalle an die nächste. Schaut man in die Hallen, offenbart sich ein kompletter Wandel: Nutzung und Energieverbrauch sind von morgen. In den Produktionshallen wurden früher Kühlschränke & Co. hergestellt, jetzt arbeiten in den hier eingebauten, modernen Büros die Start-ups der Region an den Ideen der Zukunft. Der Umbau zu diesem Haus-im-Haus-Konzept benötigt 75 % weniger CO2, denn er spart ein Vielfaches an grauer Energie – all das, was an Rohstoff und Transport für den Neubau angefallen wäre. Das Luftpolster zwischen Außen- und Innenfassade dient als zusätzliche Isolierung, wie bei einer Thermoskanne.

„Unsere Vision ist, mit dem Urbanharbor bis 2030 das erste produktive Stadtquartier innerhalb Europas zu sein, das klimaneutral wirtschaftet“, sagt Max Maier, Gesellschafter und Nachfolger der Max Maier Businessgroup & Urbandevelopment. „Dafür optimieren wir ganzheitlich das Ökosystem des Quartiers, in dem wir Energie nur dort einsetzen, wo sie tatsächlich verbraucht wird. Die bedarfsgerechte Steuerung organisieren wir in der Cloud.“

Bedarfsgerechte Steuerung der Lüftungsanlage

Am eindrücklichsten zeigt sich diese Vision in Halle 8, der größten mit rund 10.000 m². Alle energierelevanten Sektoren, wie die Photovoltaikanlage, Schnellladesäulen für E-Autos, Mehrwegsysteme für die Lebensmittelversorgung und Wärmepumpen werden über die Cloud miteinander verknüpft. Möchten Mitarbeiter ihre E-Autos in der Mittagspause aufladen und die Besprechungsräume sind leer, wandert die Energie von der Lüftungsanlage zum Batteriespeicher. Damit geht Inhaberfamilie Maier in Halle 8 im schlechtesten Fall davon aus, dass sie zusätzlich zur Kompensierung der 700 t Emission zur Erreichung der Klimaneutralität, weitere 63 t CO durch überschüssigen PV-Strom überkompensieren werden. Im Bestfall rechnen sie sogar mit einem Plus von 250 t. Diese Zahlen wären nicht zu erreichen, wenn nicht die einzelnen Sektoren, wie beispielsweise die Luft- und Gebäudetechnik, ihren Energieverbrauch ebenfalls möglichst effizient und bedarfsgerecht steuern. „Die semizentrale Lösung inklusive cloudbasierter Building-Connect-Plattform von EBM-Papst hat uns überzeugt“, erläutert Max Maier junior. „Sie steuert so bedarfsgerecht, wie wir es uns wünschen.“

Normalerweise setzt Christoph Hornek, Geschäftsführer der I-On Engineering GmbH und verantwortlich für die Luft- und Gebäudetechnik, bei seinen Klima- und Lüftungsanlagen die Mengenregelung pro Nutzungszone mit Volumenstromreglern um. Zur Einregulierung der Luftmenge wird eine Regelklappe soweit geschlossen, bis die gewünschte Luftmenge erreicht ist. Bei dieser Drosselung des Luftstroms wird Energie verschwendet. Doch in Halle 8 galt es, diese Energie gar nicht erst zu verbrauchen und die Air Handling Unit (AHU) mit minimaler Leistung auszulegen. Ausschlaggebend war zusätzlich der Faktor Luftqualität. Denn an Frischluft steht nur die zur Verfügung, die durch die Anlage kommt.

Der Ventilator für bedarfsgerechte Lüftungsanlagen-Regelung

Eine hocheffiziente Wärmerückgewinnung sowie ein Wärmetauscher für Heizen beziehungsweise Kühlen, bringen die Frischluft auf die entsprechende Temperatur. Für die Regelung der Raumtemperatur ist eine oberflächennahe Betonkernaktivierung zuständig. Luftbefeuchter sorgen für eine angenehme Luftfeuchtigkeit im Winter. Organische Verbindungen, die die im Innenraum vorhandenen Materialien emittieren und Unwohlsein auslösen könnten, sogenannte TVOC, sowie Feinstaub (PM10 und PM2.5) werden herausgefiltert. Diese teuer aufbereitete, qualitative Luft verschwendet man nicht. Vielmehr wird Luft hier als Lebensmittel betrachtet, das wichtigste, das Menschen brauchen. Schließlich atmet jeder Mensch bis zu 15.000 l Luft täglich.

Die erste semizentrale Lüftungsanlage Europas mit einer AHU in der Technikzentrale führt mit rund 300 Ventilatoren in der Peripherie die Luft den einzelnen Nutzungszonen individuell zu. Für die effizienten Ventilatoren, die ihren Volumenstrom exakt messen und selbstständig halten können, wie es der Bedarf pro Zone verlangt, entschied sich Hornek für den Einsatz der jüngsten Generation an EC-Radialventilatoren, den RadiCal von EBM-Papst mit Flügelradanemometer für die integrierte Volumenstrommessung. Er bringt laut Anbieter von Haus aus eine sehr hohe Effizienz durch seine verbesserte Laufraddurchströmung und den aktuellen EC-Motor mit. Seine Drehzahl ist stufenlos steuerbar durch 0 bis 10 V DC/PWM-Steuersignal oder wie in diesem Fall über eine Modbus-RTU-Schnittstelle. Präzise geregelt, erreicht der RadiCal eine Lebensdauer von über 100.000 Betriebsstunden.

Smartes Lüftungskonzept spart 50 % der aufzubereitenden Luft und 30 % der elektrischen Energie

In schallgedämpften Gehäusen sitzen die Ventilatoren inzwischen dort, wo klassisch die Volumenstromregler saßen, und arbeiten aufgrund dieser spezifischen Einbausituation mit einem maximalen Volumenstrom von 600 m³ pro Stunde. Diese Arbeit ist für die Mitarbeiter ein Stockwerk tiefer auch aufgrund des extrem leisen Laufverhaltens des Radialventilators nicht zu hören. Der Druck im Luftverteilsystem geht mit 15 bis 20 Pa quasi gegen Null. Leckagen über das Luftverteilnetz gehören somit der Vergangenheit an.

Außerdem war der RadiCal für die konstruktiven Herausforderungen bestens geeignet, da er konkurrenzlos kompakt baut. Denn die Kranbahn der alten Industriehalle beschränkte die Installationshöhe unter dem Dach auf ein Minimum. Für die Zu- und Abluft blieb zwischen Innen- und Außenfassade lediglich ein Nadelöhr von 30 cm. Dank sogenannter Green Intelligence geben die Ventilatoren eine Fehlerwarnung ab, wenn ihre Temperaturwerte zu stark vom Soll abweichen. Diese Ausfallsicherheit ist ebenfalls wichtig, wenn die Frischluftzufuhr wie in diesem Fall nur über die Ventilatoren gewährleistet ist. „Mit diesem Konzept sparen wir etwa 50 Prozent der aufzubereitenden Luft und 30 Prozent der elektrischen Energie, die zur Förderung der Luft notwendig ist“, sagt Hornek.

Das Gehirn für bedarfsgerechte Regelung der Lüftungsanlage

Ort und Stärke der Lüftung steuert die Building-Connect-Plattform von EBM-Papst. „EBM-Papst Neo entwickelte zur Zeit unserer Planung eine Software für genau diesen Anwendungsfall. Ich wusste sofort, dass Building Connect das ist, was wir brauchen“, erklärt Hornek seine Entscheidung. Die cloudbasierte Echtzeitdaten-Plattform erhält ihre Daten von Sensoren im Bürogebäude, verarbeitet sie in der herstellereigenen Cloud und gibt Befehle an die Ventilatoren weiter. Neben den Werten zur Temperatur, Luftfeuchtigkeit, TVOC und Feinstaub messen die Sensoren den CO2-Gehalt in der Luft – die Regelungsgrundlage der Lüftungsanlage. 600 ppm oder darunter sind Idealwerte. Ab einem Wert von 1.000 ppm leidet die Konzentrationsfähigkeit, die Mitarbeiter merken die schlechtere Luftqualität. Die Sensoren beginnen die lokalen Ventilatoren ab 900 ppm zu informieren, dass sie ihre Luftleistung entsprechend erhöhen. Sie lüften, bis der Wert wieder im Idealbereich liegt. So fühlen sich die Menschen bei ihrer Arbeit wohl und können wertschöpfend ihren Tätigkeiten nachgehen.

Die Sensoren messen dafür permanent die Luftqualität und senden die Messwerte kontinuierlich über die Modbus-Linie an das Gateway. Dieses verarbeitet intern die Daten und schickt sie an die Cloud. Über 5.000 Datenpunkte werden dabei überwacht. Alle Sensoren sind Reset-zertifiziert. Reset ist der einzige echtzeitbasierte, international anerkannte Luftreinhaltestandard für Innenräume. Die Messwerte werden so kontinuierlich von einer unabhängigen dritten Stelle überprüft. Über Building Connect haben die Betreiber stets eine mobile 1:1-Visualisierung der Räumlichkeiten und einen Überblick über die Daten. Die im Hintergrund arbeitenden Algorithmen lernen aus Nutzerverhalten, Gebäudemerkmalen und Umweltbedingungen und verbessern so laufend das gesamte Gebäude-Ökosystem. Anomalien können schnell erkannt und beseitigt werden. Alle Daten werden zukünftig wiederum zur sektorübergreifenden Steuerung an die Urbanharbor-Cloud geschickt. So entsteht durch die Kooperation von heute das klimaneutrale Stadtquartier von morgen.

Mehr Infos zu den Lösungen: www.mag.ebmpapst.com/urbanharbor

www.youtu.be/GiogqmmTT2Q

Kontakt:
EBM-Papst Mulfingen GmbH&Co.KG
Bachmühle 2
74673 Mulfingen
www.ebmpapst.com


Über EBM-Papst Neo

Im Frühjahr 2018 als Think Tank gestartet, liegt der Schwerpunkt nach Gründung der ebm-papst neo GmbH & Co. KG als eigenständige Einheit der EBM-Papst-Gruppe heute auf der Entwicklung, Unterstützung und Markteinführung datengetriebener Lösungen. Diese kommen beispielsweise bei der Überwachung der Luftqualität in Gebäuden zum Einsatz. EBM-Papst Neo hat seinen Sitz im Technologiezentrum Dortmund.

Die EBM-Papst-Gruppe, Familienunternehmen mit Hauptsitz im baden-württembergischen Mulfingen ist laut eigenen Angaben weltweit führender Hersteller von Ventilatoren und Antrieben. Seit der Gründung 1963 bietet EBM-Papst mit über 20.000 Produkten passgenaue, energieeffiziente und intelligente Lösungen für praktisch jede Anforderung in der Luft- und Antriebstechnik. Im Geschäftsjahr 2020/21 erzielte der Hidden Champion einen Umsatz von 2,129 Mrd. Euro und beschäftigt knapp 15.000 Mitarbeitende an 29 Produktionsstätten (unter anderem in Deutschland, China und den USA) sowie 51 Vertriebsstandorten weltweit.



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