14 1 · 2019 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation Das im Nordosten Nordrhein- Westfalens sowie rund 25 Kilometer östlich von Bielefeld gelegene Lemgo ist vielen Sportbegeisterten durch den Handball-Bundesligisten TBV Lemgo bekannt. Die im Jahr 1190 gegründete Stadt, in der heute fast 42 000 Einwohner leben, hat sich ebenfalls mit der Hochschule Ostwestfalen-Lippe, die einen Schwerpunkt auf die Ingenieurwissenschaften legt, einen Namen gemacht. Das Stadtbild wird durch zahlreiche spätmittelalterliche Bauwerke geprägt. Ein Teil des in Lemgo ansässigen Engelbert-Kämpfer-Gymnasiums ist ebenso in einem historischen Gebäude untergebracht: dem denkmalgeschützten Lippehof, einer ehemals fürstlichen Residenz aus dem 18. Jahrhundert. Daneben besteht die Schule, die 1938 nach dem 1651 in Lemgo geborenen Arzt und Asienforscher benannt wurde, aus einem Klassentrakt aus dem Jahr 1974 sowie dem 1997 fertiggestellten Neubau. Nach Aussage der damaligen Architekten reflektiert die nach außen gelegte Stahlfachwerkkonstruktion des neuen Gebäudes die Häuser der Renaissance- Altstadt und transportiert die Fachwerkumgebung so in eine neue Formensprache (Bild 1). Energieoptimierte Regelung Modernisierung der Beleuchtung und Beschattung eines Schulgebäudes Volker Eichler Da die Beleuchtung und Beschattung eines Gebäudes des Engelbert-Kämpfer-Gymnasiums in Lemgo nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik entsprach, entschloss sich der Betreiber zu einer Modernisierung. Mit dem Gebäudemanagementsystem Emalytics und den IoT-Steuerungen ILC 2050 BI steht nun eine wirtschaftliche Automatisierungslösung zur Verfügung, die die derzeitigen und auch zukünftigen Anforderungen der Nutzer erfüllt. © Phoenix Contact 15 1 · 2019 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation Seit der Errichtung des Neubaus sind bereits 20 Jahre vergangen, in denen der „Zahn der Zeit“ nicht nur an dessen Hülle genagt hat. Auch die Gebäudeautomation entspricht nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik sowie den Anforderungen der Lehrer und Schüler. Ende der 1990er Jahre war an die Möglichkeiten einer modernen Building-IoT-Lösung, also der Überführung des Internets der Dinge in die Gebäudeautomation, natürlich noch nicht zu denken. Zukünftig werden sich jedoch viele Immobilienbesitzer und Bauherren mit IP-basierten Automatisierungssystemen beschäftigen müssen. Diese bieten bei der Neuerstellung ebenso wie bei der Modernisierung oder Erweiterung von Bestandsimmobilien neben einigen Herausforderungen zahlreiche Chancen. Welche das sind, lässt sich am Beispiel des Engelbert-Kämpfer- Gymnasiums verdeutlichen. Hoher Wärmeeintrag durch die Glasfassade Das Herzstück der an der Lemgoer Schule umgesetzten Building- IoT-Lösung bildet das Gebäudemanagementsystem Emalytics von Phoenix Contact. Die Plattform, die die Gebäudeleittechnik mit einem aktiven Energiemanagement kombiniert, zeichnet sich unter anderem durch die Unterstützung aller relevanten Kommunikationsprotokolle sowie durch vielfältige Visualisierungsmöglichkeiten aus. Darüber hinaus verfügt Emalytics über ein umfassendes Benutzermanagement, das dem erfahrenen Bediener wie auch dem interessierten Zuschauer und dem Facility Manager, der die aufgetretenen Störungen beheben muss, unterschiedliche Nutzungs- und Eingriffsmöglichkeiten erlaubt. Zudem umfasst das Managementsystem schnelle Diagnosewerkzeuge, die sich bei Bedarf durch eine Fernwartungsoption ergänzen lassen. Dabei wird der Zugriff auf Alarme, Protokolle, Grafiken, Zeitpläne und Konfigurationsdaten über einen Standard-Webbrowser realisiert (Bild-2). Das lichtdurchflutete Forum des Engelbert-Kämpfer-Gymnasiums ließ sich bislang nicht optimal klimatisieren. Dies, weil die riesige Glasfassade abhängig von den jeweiligen Wetterverhältnissen zu einem hohen Wärmeeintrag führen konnte. Bei der Errichtung des Bauwerks waren die vorhandenen Beschattungsmöglichkeiten seinerzeit nicht in die Regelung des Raumklimas einbezogen worden. Deshalb hat Phoenix Contact ein integrales Konzept entwickelt, das je nach Witterung, Beschattungserfordernissen und gewünschter Raumtemperatur eine bedarfsgerechte Steuerung der Klimatisierung ermöglicht. Ein weiterer Grund für die Modernisierung der Gebäudeautomation lag in der unzuverlässigen Bedienung über ein störanfälliges Touch- Panel. Vordefinierte Steuerung der Leuchtengruppen und Jalousien Zur Umsetzung des neuen Konzepts verwendet das Engelbert- Kämpfer-Gymnasium neben dem G eb äudemana gement s y s tem Emalytics die Building-IoT-Steuerung ILC 2050 BI mit ihrem offene IoT-Framework. Sämtliche Daten der acht dezentralen Unterstationen werden über den Inline Controller gebündelt und an die überlagerte Emalytics-Plattform weitergeleitet. Die acht Unterstationen sind ferner mit je einer SPS vom Typ ILC 131 ETH ausgestattet, die für die lokale Steuerung der Treppensowie der Raumbeleuchtung zuständig ist. In den öffentlichen Räumen basiert die Lichtsteuerung auf einem Dali- Konzept. Der Dali-Multimaster IB IL Dali/ MM-PAC aus dem Inline-Automatisierungsbaukasten steuert dazu die verschiedenen Lichtszenarien (Bild 3). Im Forum, das sich teilweise über mehrere Etagen erstreckt, werden beispielsweise unterschiedliche Leuchtengruppen geschaltet. Ihre Steuerung erfolgt Bild 2: Über das moderne Bedien-Panel lässt sich die Klimatisierung und Beschattung einfach steuern. © Phoenix Contact Bild 1: Die Gebäudeautomation des Engelbert- Kämpfer-Gymnasiums in Lemgo entsprach nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik sowie den Anforderungen der Lehrer und Schüler. © Alte Hansestadt Lemgo 16 1 · 2019 TR ANSFORMING CITIES PRAXIS + PROJEKTE Kommunikation HERSTELLER- UND PROTOKOLLUNABHÄNGIGE VERBINDUNG VON SENSOREN UND AKTOREN nach vordefinierten Abläufen wie dem Kalender oder der Tageszeit, kann aber im Bedarfsfall ebenfalls manuell vorgenommen werden. Gleiches gilt für die Jalousiensteuerung, die den Wärme- und Lichteintrag im Zusammenspiel mit der Heizungs- und Belüftungsanlage energieoptimiert regelt. Hier haben die Lehrkräfte die Möglichkeit, den Lichteinfall über installierte IP-basierte Kommunikation zwischen dem Leitrechner und den Unterstationen Müssen in Bestandsimmobilien neue Leitungen verlegt werden, ist das oftmals mit verschiedenen Herausforderungen verbunden. Deshalb hat Phoenix Contact für das Engelbert-Kämpfer-Gymnasium gemeinsam mit dem Unternehmen Andreas Riegler Automatisierungs- und Elektrotechnik aus Lemgo - dem mit der Modernisierung beauftragten Systemintegrator - ein Konzept erarbeitet, das die bestehenden Leitungen nutzt. Da hier die Brandschutzschotte nicht geöffnet werden müssen, reduzieren sich die Umbaukosten deutlich. Für die TCP/ IP-Kommunikation war allerdings keine geeignete Verkabelung vorhanden. Es standen lediglich die nicht mehr benötigten KNX- Leitungen zur Verfügung. Damit über diese Kabel Daten via Modbus/ TCP weitergeleitet werden können, werden Ethernet Extender vom Typ TC Extender 2001 ETH-2S verwendet. Die Geräte erlauben den Aufbau einer IP-Übertragung über einfache Zweidraht-Leitungen - mit einer Datenrate bis 30 MBit/ s (Bild 5). Mit der IoT-Steuerung ILC 2050 BI und dem offenen Framework können verschiedene Gewerke in der Gebäudeinfrastruktur, Datenzentren und verteilten Liegenschaften automatisiert werden. Das Framework verfügt über eine Vielzahl an Schnittstellen und unterstützt unterschiedliche Protokolle. Über die Normalisierung der einzelnen Datentypen ermöglicht es eine IoT-basierte Automatisierung von Prozessen und Managementservices, die über eine Management- und Bedieneinrichtung hinausgehen. So lassen sich Sensoren und Aktoren unabhängig vom Hersteller und Kommunikationsprotokoll einfach verbinden und Datenpunkte im Sinne von Industrie 4.0 zu universellen Informationsobjekten überführen. Mit dem Portfolio des modularen Inline- I/ O-Systems kann über die IoT-Steuerung jeder Anwendungsfall funktional angepasst werden. Schlüsselschalter per Handsteuerung an die besonderen Erfordernisse ihres Unterrichts anzupassen (Bild 4). Das Engelbert-Kämpfer-Gymnasium hat außerdem in eine neu errichtete zentrale Wetterstation investiert, die neben der Windstärke den Stand sowie die Intensität der Sonne erfasst und die Werte über die Emalytics- Plattform an alle Unterstationen verteilt. Auf diese Weise werden die Jalousien bei stürmischem Wetter oder nach Sonnenuntergang durch einen Zentralbefehl des Managementsystems hochgefahren, um Beschädigungen durch Sturm oder Vandalismus vorzubeugen. Die bereits erwähnte Kalender- und Tageszeitfunktion ist in Emalytics integriert und unterstützt somit die vom Stundenplan, Feiertagen oder der Urlaubszeit abhängige Steuerung der Gebäudetechnik. An Schultagen wird zur Unfallverhütung schon vor Öffnung des Gebäudes ein gedimmtes Orientierungslicht eingeschaltet, das ansonsten aus energetischen Gründen nicht eingesetzt wird. Bild 3: Die zentrale Steuerung ILC 2050 BI ist für die Kommunikation mit dem überlagerten Managementsystem Emalytics verantwortlich. © Phoenix Contact Bild 4: Die Beschattung respektive Beleuchtung des Forums passt sich der jeweiligen Wettersituation an und sorgt so für einen niedrigeren Wärmeeintrag. © Phoenix Contact Das beschriebene Konzept ermöglicht die IP-Kommunikation zwischen dem zentralen Leitrechner sowie dem Emalytics-Server und den Automatisierungsstationen. Dafür mussten weder CAT6-Leitungen neu installiert noch beim Durchqueren der unterschiedlichen Brandschutzsegmente kostspielige Abnahmeverfahren durchgeführt werden. So ist eine weitere Anforderung des Betreibers hinsichtlich einer modular erweiterbaren Gesamtkonfiguration erfüllt worden. Denn in Zukunft lassen sich an jeder Unterstation sowohl digitale als auch analoge Ein- und Ausgangssignale einfach nachrüsten. Einfache Inbetriebnahme selbst bei erstmaliger Nutzung Elektrotechniker Andreas Riegler, der mit der Gebäudeautomation des Lemgoer Gymnasiums betraut war, hat die Umrüstung des Bestandsgebäudes auf das Managementsystem Emalytics überzeugt: „Innerhalb von zwei Wochen haben wir die komplette Automatisierung der Beleuchtung und Beschattung mit nur drei Technikern an den acht Unterstationen umgestellt. Daher konnte der Schulbetrieb schneller wieder aufgenommen werden, als es bei einer herkömmlichen Umrüstung der Fall ist. Obwohl wir die Emalytics- Plattform zum ersten Mal einsetzen, hat sich die Inbetriebnahme als einfach erwiesen. Darüber hinaus bietet die Lösung viele Erweiterungsmöglichkeiten, um die Gebäudeautomation des Gymnasiums noch bedarfsgerechter zu steuern. Deshalb werden wir die offene Gebäudemanagement- Plattform sicher bei zukünftigen Projekten ebenfalls wieder nutzen“. Mehr Informationen: www.phoenixcontact.de/ gebaeude Bild 5: Der Ethernet Extender (oben links) erlaubt den Aufbau einer IP-Übertragung über einfache Zweidraht-Leitungen. © Phoenix Contact Dipl.-Ing. Volker Eichler Industriemanagement Energieeffizienz & Gebäudetechnik Phoenix Contact Deutschland GmbH Kontakt: info@phoenixcontact.de AUTOR Maßgeschneidertes Energiedatenmanagement Flexible Visualisierung und Bedienung der Wasserversorgung Steuerung und Überwachung des öffentlichen Nahverkehrs Gebäudeautomation www.copadata.com/ smartcity Mehr Infos? Schreiben Sie an: smartcity@copadata.com Microsoft Partner of the Year: 2016 Public Sector: CityNext 2017 Internet of Things (IoT) Winner Realisieren Sie Ihre Smart City mit der Softwareplattform zenon Make your life easier.