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Wohlfühlklima für wertvolle Kunstwerke

Eine der zwölf Steuerungen vom Typ PCD3 mit Interfacebausteinen

Web Panels von Saia Burgess Controls erlauben den Zugriff, auf die GLT

Auf dem Dach des Altbaus befindet sich die Technik für den Luftaustausch

Wer meint, das wichtigste an einem Kunstmuseum sei die Alarmanlage, täuscht sich. Es ist vermutlich die Klimatechnik. Obwohl die hohen Werte der Kunstschätze den Adrenalinspiegel der Verantwortlichen ohnehin immer auf hohem Niveau halten, stehen heute die klimatischen Bedingungen in einem Ausstellungsbau im Mittelpunkt. Eine leistungsfähige Gebäudeleittechnik kann den Betreiber bei der Realisierung des richtigen Wohlfühlklimas für die Kunstwerke unterstützen.
Als das Städel Museum in Frankfurt/Main vor fünf Jahren die größte Erweiterung in seiner fast 200-jährigen Geschichte plante, war den Verantwortlichen klar, dass neben den hohen Ansprüchen an die Architektur die einmalige Chance bestand, die Gebäudeleittechnik (GLT) auf einen modernen Stand zu bringen. Im Rahmen eines Wettbewerbs ging der Entwurf des Architekturbüros Schneider + Schumacher [1] als Sieger hervor. Die in ihrer Bauform einmalige, unter dem Städel-Garten gelegene neue Ausstellungshalle schafft 3.000 m 2 zusätzliche Ausstellungsfläche. 195 Oberlichter versorgen den Raum mit natürlichem Licht und geben der Gartenfläche eine besondere Struktur. Parallel zur Errichtung des Neubaus wurde auch der gesamte Altbau ertüchtigt.
Klimatechnik an erster Stelle:
Die klimatischen Bedingungen standen im Mittelpunkt der Planungen, außerdem sollte das Städel ein „green building“ werden. Daher mussten diese Bedingungen mit möglichst geringem Energiebedarf aus regenerativen Quellen erfüllt werden. Die unterirdische Platzierung des Erweiterungsbaus, die kompakte Bauweise sowie die Gebäudespeichermasse hielten die Wärmeverluste beziehungsweise die äußeren Einflussfaktoren im Vergleich zu oberirdischen Museumsbauten im Rahmen. Für die Erzeugung der Restenergie wurde beim Städel-Erweiterungsbau auf den Einsatz von Erdwärme bzw. Erdkälte (Geothermie) gesetzt.
Ein sogenannter Erdpendelspeicher, bestehend aus 35 Erdsondenbohrungen, macht die Wärme beziehungsweise Kälte ­energie aus dem Erdreich nutzbar. Darin wird das Wasser, das durch die Erdbohrungen zirkuliert, zunächst aufgewärmt und mit der Wärmepumpe auf ein für Heizzwecke erforderliches Temperaturniveau gebracht. Die Wärmeverteilung erfolgt über Rohrmäander im Fußboden. Im Sommer wird überschüssige Wärme über den Fußboden und die Betondecke an das Erdreich abgeführt.
Elegante Lösung
Eine Vorgabe der Bauleitung war, die Leittechnik des gesamten Baus nach Fertigstellung zentral, auch über das Internet bedien- und beobachtbar zu machen. Zudem sollte die neue Steuerung an die bestehende Infrastruktur auf der Basis von Bacnet angebunden werden. Den Zuschlag erhielt die Firma Tec-Control [2] aus Langen. Das Unternehmen bot die GLT auf der Basis von Komponenten der Schweizer Saia Burgess Controls (SBC) an. Die Verantwortlichen schätzten besonders, dass Tec-Control im Angebot nicht nur die Neuinstallation, sondern auch die Umrüstung der bestehenden Anlagen auf Saia-PCD-Technologie im Preis berücksichtigt hatten. Auf diese Weise konnte man ohne Rücksichten auf veraltete Technik ein neues, homogenes System planen.
Die Steuerung von Heizung, Lüftung und Sanitär übernehmen zwölf programmierbare Steuerungen vom Typ PCD3. Thomas Pietrzak, Leiter Technik beim Städelschen Kunstinstitut, bemerkt: „Unser Haus wird sich auch in Zukunft ständig weiter entwickeln. Aufgrund der flexiblen Systemeigenschaften der Steuerungen von SBC sehe ich zukünftigen Veränderungen gelassen ins Auge. Weder von der Speicherkapazität her noch von der Offenheit für verschiedene Kommunikationsstandards her sind wir eingeschränkt. So konnten wir die bereits bestehende Bacnet-Verkabelung weiter nutzen und sind jetzt auch offen für M-Bus, Modbus oder TCP/IP.“
Die GLT-Anlage verarbeitet die Daten von 1.062 Datenpunkten, welche über den S-Bus direkt an die Steuerungen angeschlossen sind und 562 Datenpunkte über andere Busverbindungen. Dazu gehören zum Beispiel die elektrischen Heizbänder an den 195 Oberlichtern der Gartenhalle, die die Schwitzwasserbildung verhindern sollen, oder die Wandheizungen in den älteren Ausstellungsräumen, um den Taupunkt nach außen zu verschieben.
Des Weiteren erlaubt die Anlage, auf die in den verschiedensten Bauteilen verteilte Feuchte sowie auf die Temperaturfühler von Depot und Ausstellungsräumen zuzugreifen und somit historische Trends zu speichern. Die Steuerungen kommunizieren in einem eigenen Glasfasernetzwerk. Die Speicherressourcen (4 GByte) der PCD3 Power-CPU erlaubten es, die komplette GLT ohne PC-Technik und gesonderter Leitsystemsoftware zu erfassen, zu überwachen, zu archivieren und zu steuern. Beim Erstellen des Programms nutzten die Fachleute von Tec-Control das grafische PG5-Engineering-Werkzeug von SBC, wobei sie auf eine umfangreiche Bibliothek von Standardroutinen, sogenannte F-Boxen, zurückgreifen konnten.
Bauen im Bestand
Das 52-Mio.-€-Projekt konnte im Februar 2012 der Öffentlichkeit übergeben werden. T. Pietrzak: „Bauen und Erneuern im Bestand ist nicht einfach. Im Laufe der Umbauarbeiten gab es ständig Veränderungen und Ergänzungen. Das war auch für die Firma Tec-Control nicht immer ein Zuckerschlecken. Toll war die partnerschaftliche Zusammenarbeit aller Beteiligten. Wir wollten beispielsweise die Bestandsverkabelung, so weit es ging, weiter verwenden. Das war nicht immer einfach, da die Dokumentation nicht vollständig war.“
Jörg Edelmann, Geschäftsführer von Tec-Control, ist zufrieden: „Die Genauigkeit der Regelung in einem Museum, Temperatur ±0,5 °C und Feuchte von ±2 %, war für uns unter Berücksichtigung der Energieeffizienz eine große Herausforderung. Aber erstens wurden wir bei unseren Planungen sehr gut von SBC unterstützt und auch die Zusammen ­arbeit mit dem Architekturbüro gestaltete sich sehr entspannt. Die geniale Architektur der im Boden versenkten Ausstellungshalle kam uns beim Einhalten der engen Klimavorgaben ebenfalls entgegen.“
Die PCD-Steuerungen verfügen dank ihres schnellen Prozessors und der üppigen Systemressourcen über genügend Leistungsreserven für die Bearbeitung solch anspruchsvoller Steuerungs- und Kommunikationsaufgaben. Eine PCD bietet bis zu 1 023 Ein-/Ausgänge, ist aber auch dezentral erweiterbar mit Remote IO. Eine USB- und Ethernet-Schnittstelle gehört zur Grundausstattung, darüber hinaus können bis zu 13 Kommunikationsschnittstellen und zwei Ethernet-Schnittstellen gesteckt werden. Der Onboard-Speicher bietet 2 MByte für Programme und Daten mit ­einem 128-MByte-Dateisystem. J. Edelmann: „Die mögliche Speicherweiterung mit SD-Flashkarten haben wir im Städel nicht benötigt. Wichtiger war für uns der Automation-Server für die Integration in Web-/IT-Systeme. So bieten wir beispielsweise den Restauratoren des Hauses per Internet die Möglichkeit, auf die Klimadaten, denen ihre Kunstwerke ausgesetzt sind, zu schauen.“
Die Raumtemperierung wird zusätzlich durch eine Lüftungsanlage ergänzt. Die Lüftungsanlage ist für die erforderliche Be- und Entfeuchtung der Halle konzipiert und mit einer hocheffizienten Wärmerückgewinnung ausgerüstet, das heißt, die Energie der Abluft wird genutzt, um die frische Zuluft zu temperieren. Die modulare Energie- und Klimatechnik ist die Voraussetzung für ein optimales Raumklima mit minimalem Energieaufwand. Die architekto ­nischen Bedingungen und die schnelle Regelung sorgen dafür, dass starke Temperaturschwankungen erst gar nicht auftreten.
Klimatische Vorgaben
Das Klima eines Raums wird vor allem von Lufttemperatur und Luftfeuchte beeinflusst, aber auch vom Tageslichteinfall und der Kunstlichtleistung. Die baulichen Gegebenheiten, sowohl in der neu entstandenen Gartenhalle als auch in den klassischen Räumen, und auch die Museumsbesucher selbst (Körperwärme, nasse Kleidung) spielen dabei eine Rolle. Weil es keinen allgemeingültigen Klimawert gibt; ist ein Kompromiss zu finden. Dieser Kompromiss liegt nach allgemeinen Empfehlungen bei einer relativen Luftfeuchte von 45 % bis 55 % und bei einer Temperatur von 18 °C bis 22 °C.
T. Pietrzak: „Bei Leihgaben interessieren wir uns für die bisherigen Klimabedingungen der Kunstwerke. Die GLT von SBC bietet uns die Möglichkeit, unsere Räume nach diesen Bedingungen auszurichten und die Vorgaben der Leihgeber zu erfüllen.“
Unweit der Ausstellungsräume befinden sich die Depots. Hier sind über 100 000 Gemälde, Grafiken, Zeichnungen, Fotoarbeiten und Skulpturen untergebracht. Auch hier gilt: Das Umgebungsklima eines Museumsobjekts sollte möglichst konstant sein, besonders während und nach einem Ortswechsel. T. Pietrzak: „Die Temperatur in den Depot ­räumen wird allein aus konservatorischer Sicht bestimmt, da sich dort weder Museumsmitarbeiter noch Besucher lange aufhalten. Einige Grade niedriger als in den Ausstellungsräumen sind wünschenswert, da sich die natürlichen Alterungsprozesse mit abnehmender Temperatur verlangsamen.“ Der Gebäudeautomatisierer J. Edelmann meldet sich sofort zu Wort: „Aber Vorsicht! Die relative Luftfeuchte ist temperaturabhängig; durch Senkung der Raumtemperatur kann es zu einer deutlichen Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit kommen. Deshalb messen wir über zahlreiche Sensoren an vielen Stellen die Luftfeuchte und entziehen, falls nötig, der Luft die Feuchtigkeit.“
Literatur
[1] Architekturbüro Schneider + Schumacher, Frankfurt/Main: www.schneider-schumacher.de
[2] Tec-Control GmbH, Langen: www.tec-control.de
www.saia-pcd.de

Autor:
Sven Sütterlin ist als Vertriebsingenieur im Regionalbüro Mitte der SBC Deutschland GmbH in Neu-Isenburg tätig.

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