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Berlin Hauptbahnhof

Das Projekt Berlin Hauptbahnhof

1100 Züge des Fern-, Regional- und S-Bahn-Verkehrs halten täglich an 14 Bahnsteigen auf zwei Ebenen am neuen Hauptbahnhof in Berlin. Das Bauwerk am Spreebogen verbindet eindrucksvolle Architektur mit den Mobilitätsansprüchen des 21. Jahrhunderts.

Die 46m hohen «Bügelbauten» überspannen das halbrunde Glasdach des darunter liegenden Bahnhofs und bieten auf zwölf Etagen rund 42.000 m2 Bürofläche.

Als einer der ersten Nutzer zog der DB-Vorstand zu Beginn des 2. Quartals 2010 in den Westbügel ein. Die Fertigstellung des Ostbügels folgte im September 2010. Dieser beherbergt heute unter anderem ein großes Business- und Konferenzcenter.

Räume variabel nutzbar dank «Open-Space»

Während der Mieterausbau in dem zuerst bezugsfertigen Westbügel mit 340 Regelzonen von Anfang an feststand, wurden die Nutzungsflächen des Ostbügels zuerst einmal als sogenannte «Open-Space»- Bereiche ausgeführt. Eine an die zukünftigen Mieter variabel anpassbare räumliche Aufteilung sollte zu einem späteren Zeitpunkt auch während der Nutzungszeiten der Flächen mit einfachsten Mitteln möglich sein.

Um dieser Kundenanforderung Rechnung zu tragen, lieferte die Firma SAUTER ein dezentral aufgebautes Raumautomationssystem bestehend aus frei programmierbaren kommunikativen Zonen-Reglern der Serie EY-AS420 in Kombination mit busfähigen Raumbediengeräten der Firma ELKA.

Die Kommunikation der Regler untereinander und zu den Raumbediengeräten erfolgt über das international genormte LON Protokoll ISO/IEC 14908-1. Speziell an das Bauvorhaben angepasste Systemverteiler für die Montage in den Doppelböden bieten ausreichend Platz für bis zu drei Regler, wodurch eine zügige Montage auf der Baustelle und ein fehlerfreier Anschluss aller Sensoren und Aktoren gewährleistet wird.

Die Regler sind über Steckverbindungen mit den Aktoren und Sensoren verbunden, wobei ein Regler bis zu sechs Unterflurkonvektoren parallel ansteuern kann. Durch einfaches Umkonfigurieren wird festgelegt, ob der Raum, den ein Regler ansteuert, aus einem, zwei oder drei Segmenten besteht.

Die zu Open-Space Bereichen gekoppelten Regelbereiche mit nur einem Regler pro Systemverteiler erlauben einen vergleichsweise günstigen Grundausbau ohne dabei die Flexibilität einer späteren Änderung in der Flächennutzung oder Flächenausstattung aufzugeben.
Jeder Systemverteiler kann auf Wunsch des zukünftigen Mieters mit bis zu zwei weiteren Reglern und der entsprechenden Anzahl an Raumbediengeräten ergänzt und somit an die neuen Anforderungen angepasst werden.

Das System ist vollständig achsflexibel, d.h. Raumgrenzen können auch Systemverteiler-übergreifend gebildet werden. Dazu bietet der Sauter-Regler EY-AS420 die Möglichkeit über sogenannte Master-Slave Bindungen, die Zugehörigkeit zweier oder mehrerer Regler in unterschiedlichen Systemverteilern zum gleichen Raum herzustellen.

In jedem Fall erfolgt die Anpassung an die tatsächliche Nutzungsfläche ausschließlich über Software und Steckverbindungen, eine Umverdrahtung der Aktoren und Sensoren ist nicht notwendig.

Systemweiter Zugang zu allen relevanten Daten in jeder Etage

In ihrer Funktion als Systemintegrator übernimmt die Firma Sauter auch die Planung der gesamten  Netzwerkinfrastruktur. Im Endausbau wird das System aus 1.200 EY-AS420 Reglern und ca. 800 Raumbediengeräten in beiden Bügeln bestehen.

Netzwerke dieser Größenordnung bedürfen einer genaueren Betrachtung der zur Verfügung stehenden Bandbreite einzelner LON Kanäle. Das Ergebnis der Lastberechnung sieht für jeden Bügel einen vertikalen Hochgeschwindigkeitsbackbone über alle Etagen als LON/IP Kanal vor.

Der LON/IP Hochgeschwindigkeitsbackbone schafft ausreichend Bandbreite für eine zuverlässige Integration der Raumautomation in das Gebäudemanagementsystem. Des Weiteren ist der Netzwerkzugang für Inbetriebnahme und Service-Arbeiten von jeder beliebigen Stelle auf dem Backbone in jeder Etage möglich, auf Wunsch auch drahtlos über WLAN.

Energieeffizienz muss den Komfort nicht einschränken

Das Gesamtkonzept sieht für eine energieeffiziente und geräuschminimierte Innenraumklimatisierung den Einsatz von Unterflurkonvektoren mit Primärluftversorgung in Kombination mit einer Kühldecke vor. Das Heizen, Kühlen und Lüften mit Unterflurkonvektoren gewinnt zunehmend an Bedeutung, da es den Architekten viele gestalterische Freiheiten erlaubt.

Für die Einhaltung des Komforttemperaturbereichs, besonders bei hoher Kühllastanforderung, kommen insgesamt 3.700 Hochleistungskonvektoren und Kühldeckensysteme mit einer Gesamtfläche von 20.000m² zum Einsatz.

Den Vorgaben des Planers entsprechend sorgen die Kühldecken mit einer Leistung von etwa 100W/m2 vollständig für die Abdeckung der Grundkühllast. Nachts und außerhalb der Büronutzungszeiten werden die Umgebungsflächen gänzlich ohne elektrisch betriebene Antriebseinheiten abgekühlt wobei gleichzeitig eine Temperaturerhöhung in den Räumen möglichst lange verzögert wird.

Die Unterflurkonvektoren, welche die Räume zusätzlich mit Primärluft versorgen, schalten sich nur zu Spitzenlastzeiten hinzu, um im Kühlbetrieb das Raumtemperatur-Komfortniveau zu halten.

Die Konvektoren arbeiten nach dem Prinzip der Mischquelllüftung und bilden einen Kaltluftsee in Bodennähe. Im Gegensatz zu einer reinen Mischlüftung mit hohem Austrittsimpuls in Richtung Decke wird hierbei eine zeitgleiche Leistungsreduzierung der Kühldecke wirksam vermieden und eine optimale Addition beider Kühlsysteme erreicht. Damit ist eine energieeffiziente und wirtschaftliche Nutzung des Gesamtsystems gewährleistet.

Der Heizbetrieb im Winter wird ausschließlich durch die Unterflurkonvektoren sichergestellt. Diese befinden sich an der Peripherie in Fensternähe und wirken durch die ausströmende Warmluft der absinkenden Kaltluft an den Fensterflächen entgegen. Somit kommt es selbst bei geringem Wärmebedarf infolge hoher interner Wärmelasten zu keinerlei Komfortverlust in der Nähe der Fensterflächen.

Die Umsetzung

In diesem Bauvorhaben setzt Sauter den frei-programmierbaren Regler EY-AS420 ein. Mit seinen sechs Universal-Eingängen sowie drei Universal- und fünf TRIAC-Ausgängen weist er eine hohe Flexibilität bei der Konfiguration der Ein- und Ausgänge auf und erfüllt somit die gestellten Anforderungen optimal.

Entsprechend dem Wunsch des Architekten, für die Bedienung der Raumklimafunktionen ein Raumbediengerät der Serie Gira TS2Plus einzusetzen, stellt Sauter entsprechende Netzwerkvariablen im Programm des Reglers zur Verfügung, die eine nahtlose Integration aller Bedien- und Anzeigefunktionen gestatten.

Die Regelung sieht eine zweistufige Sequenz für das Kühlen vor, wobei die Kühldecke Vorrang vor dem Kühlventil des Unterflurkonvektors hat.

Die Herausforderung besteht in einer möglichst geräuscharmen Innenraumklimatisierung und wird durch eine komplexe Steuerung der Ventilator-Drehzahl in den Unterflurkonvektoren umgesetzt. Die Schaltschwellen für die unterschiedlichen Ventilator-Drehzahlen können beispielsweise für Heizen und Kühlen im Regler separat parametriert werden. Dabei ist es möglich sowohl das Stellsignal des Reglers als auch die Differenz der aktuellen Raumtemperatur zum Raumtemperatursollwert als Schaltschwelle zu definieren. Eine parametrierbare Hysterese verhindert ein zu häufiges Umschalten zwischen den einzelnen Stufen.
Um Zuglufterscheinungen im Heizbetrieb zu vermeiden, wird die erste Drehzahlstufe des Lüfters zeitverzögert zum Öffnen des Heizventils eingeschaltet. Damit wird sichergestellt, dass das Medium entsprechend temperiert ist, bevor eine Umwälzung der Luft stattfindet.

Jedes zu öffnende Fenster ist mit entsprechenden Kontakten ausgestattet und führt in geöffnetem Zustand über einen parametrierbaren Zeitraum zu einem Wechsel des Energieniveaus für die jeweilige Zone. In diesem Zustand wird die Zone mit minimalem Energieaufwand zur Vermeidung von Beschädigungen an der Bausubstanz oder an den technischen Anlagen versorgt.

Da der Regler den Fensterzustand zusätzlich auch über eine Netzwerkvariable empfangen kann, sind auch große «Open-Space»-Bereiche mit gegenüberliegenden Fenstern und mehreren Master-Slave Reglern problemlos realisierbar.

Um ein gleichzeitiges Heizen und Kühlen vorwiegend in den «Open-Space» Bereichen zu verhindern, wird in Bereichen mit mehreren Raumbediengeräten eine manuelle Sollwertschiebung mit allen beteiligten Raumbediengeräten synchronisiert. Damit wird zuverlässig verhindert, dass in einem Bereich der Zone der Raumtemperatursollwert relativ in Richtung Kühlen verschoben ist und in einem anderen Bereich der gleichen Zone eine positive Raumtemperatursollwertschiebung eingestellt ist. Des Weiteren wird zur Ermittlung der Raumtemperatur eines „Open-Space“-Bereichs der Mittelwert aller Temperaturmesswerte in den Raumbediengeräten im Regler gebildet.

Dank der vielfältigen Konfigurationsmöglichkeiten der physikalischen Ein- und Ausgänge und ausreichender Speicherressourcen im Regler musste nur eine Applikation für alle Anwendungsfälle erstellt werden. Das reduziert die Kosten bei der Inbetriebnahme und bei der späteren Wartung, da nur ein Programm zu pflegen ist.

Folgende Raumklimafunktionen der neuen VDI 3813 Richtlinie wurden umgesetzt:

  • Raumtemperatur-Sollwert stellen und anzeigen
  • Lüfterdrehzahl stellen und anzeigen
  • Belegungsauswertung über die Bedienfunktion «Präsenz melden» mit Anzeige
  • Energieniveauauswahl über Zeitprogramm und Taste am Raumbediengerät
  • Fensterüberwachung (Frostschutzfunktion)
  • Sollwertermittlung
  • Funktionswahl mit Anzeige
  • Raumtemperaturregelung mittels Unterflurkonvektor und Kühldecke
  • Drehzahlsteuerung des Ventilators (kundenspezifisch angepasst und geräuschoptimiert)
  • Trennwandsteuerung in den Konferenzräume

Programmänderungen sind der Normalfall

Umfangreiche Kopierfunktionen für Zonen, Etagen und ganze Gebäudeteile ermöglichen das Duplizieren sämtlicher Einstellungen und Kommunikationsbeziehungen einer Etage in nur drei Stunden. Ein kompletter Bügel kann im Falle einer Programmänderung automatisch innerhalb von 48 Stunden neu geladen werden.

Durchgängigkeit auch bei der Integration in das Gebäudemanagement-System

Zur Visualisierung und Steuerung der Raumautomation kommt das Sauter-Gebäudemanagement-System novaProOpen zum Einsatz. Als Bindeglied zwischen dem LNS Datenbank Server und der OPC Client-Schnittstelle von novaProOpen wird ein LNS OPC Server der französischen Firma Newron eingesetzt.

Gut dokumentiert ist halb integriert

Ein Vorteil der Integration über einen LNS/OPC Server besteht darin, dass die OPC Tag Namen aller für die Visualisierung relevanten Datenpunkte der Raumautomation direkt aus der LNS Datenbank entnommen werden können. Die Durchgängigkeit der Objektbezeichnungen ist gerade in Großprojekten wie diesem von entscheidendem Vorteil. Der im Anschluss an die Inbetriebnahme folgende 1:1 Test kann bereits mit den fertigen Grafiken des Gebäudemanagement-Systems durchgeführt und parallel dazu in der LNS Datenbank mitverfolgt und gegebenenfalls korrigiert werden. Das spart Zeit in der kritischen Projektphase zwischen Inbetriebnahme und Projektabnahme durch den Kunden.

Fazit

Die Kundenanforderungen an die Raumklimatisierung bezüglich Komfort und Energie-Effizienz wurden seitens Sauter durch ein dezentrales, modulares und segmentflexibles Raumautomationssystem umgesetzt. Ein Ethernet Hochgeschwindigkeitsbackbone stellt dabei die Verbindung zum Gebäudemanagement-System her. Der Einsatz eines standardisierten und international genormten Protokolls sichert nachhaltig die Wartbarkeit und die Erweiterbarkeit des gesamten Systems. Die Kundenanforderungen konnten funktional (VDI3813) sowie zeitlich vollständig realisiert werden.

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