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Quelle: Wago

Eindraht-Technik effizient eingesetzt

Durch die 1-Wire-Technik und die innovativen Automatisierungs­komponenten wurden circa 70 % der sonst üblichen Investitions­kosten eingespart (Quelle: Wago)

Für die Bedienung kommt keine klassische Gebäudeleittechnik zum Einsatz, sondern eine Visualisierung auf einem Webserver (Quelle: Wago)

Jeder Raum wird jetzt nach einem Log-in mit Passwort über eine Webseite gesteuert. Dabei sind die Zugriffsrechte vom Admin über den Haustechniker bis zur Stationsschwester unterschiedlich geregelt (Quelle:TPN)

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sorgen auch in der Gebäudetechnik für geringere Betriebskosten. Viele Eigentümer scheuen allerdings die zunächst höheren Anschaffungskosten für intelligente Gebäudesysteme. Dass sich bereits bei den Investitionen für innovative Technik Kosten senken lassen, zeigt das 1-Wire-Projekt der Berliner MIC-Klinik.

Die Klinik für Minimal Invasive Chirurgie (MIC) in Berlin-­Zehlen­dorf [1] wollte 48 Zimmer auf zwei Etagen des vorhandenen Altbaus renovieren und modernisieren. Jedes Zimmer sollte energieeffizient klimatisiert, individuell einstellbar und gleichzeitig zentral gesteuert und überwacht werden. Zum Einsatz kam die sogenannte Eindraht-Bus-Technik (1-Wire), die über eine Ader sowohl die Stromversorgung als auch die Sende- und Empfangsdaten transportiert. Über einen Massedraht kann bei Bedarf auch eine zusätzliche Spannungsversorgung für besondere Sensoren eingesetzt werden. Es ist möglich mehrere Sensoren über eine Leitung anzuschließen.
„Mithilfe eines programmierbaren Ethernet-Controllers konnten wir die Klimatisierung inklusive aller Pumpen, Kälte­maschinen und Ventile sowie die Automatisierung und Überwachung der Heizungen, Kühlungen und der Beschattung in einer einfach zu bedienenden Steuerung zentra­lisieren. Schon beim Aufbau haben wir durch die 1-Wire-Technik und durch die Automatisierungskomponenten von Wago rund 70 % der sonst üblichen Investitionskosten eingespart“, bestätigt Marco Puchalski, Geschäftsführer des ausführenden Projektpartners TPN Service GmbH & Co. KG [2].
Der technische Lösungsansatz besteht in einer intelligenten Gebäudetechnik, in der unter anderem Licht, Lüftung, Heizung, Alarmanlage und Jalousien von einer zentralen Stelle oder aus der Ferne geregelt, überwacht und bedient werden können. Eine wichtige Anforderung des Projekts war die Einrichtung von Kühldecken für die lüfterlose und verkeimungsfreie Raumklimatisierung der Patientenzimmer durch Einsatz einer Kapillarrohrtechnik. Auch die Auto­matisierung der Heizungsregelung und der Beschattung gehörte zu den durchgeführten Maßnahmen. Mit einer bedarfsgesteuerten Klimaschaltung jedes einzelnen Zimmers sollte dabei ein erhebliches Einsparpotenzial genutzt ­werden.
„Studien haben gezeigt, dass mit einer vernetzten, intelligenten Steuerung der Gebäudesysteme in Neu- und Bestandsbauten der Energieverbrauch um bis zu 50 % gesenkt werden kann. Voraussetzung ist allerdings ein entsprechendes Benutzerverhalten. Deshalb haben wir die Steuerung der Anlagen für die einzelnen Patientenzimmer zentralisiert und so einfach wie möglich gemacht“, ergänzt M. Puchalski. Eingerichtet wurden eine Datums- und Zeitsteuerung sowie eine Belegt-/Frei-Einstellung.

Ethernet-Controller als zentrale Komponente
Als zentrale Komponente der intelligenten Gebäudetechnik kommt der programmierbare Ethernet-Controller 750-881 zum Einsatz. Er ist Teil des kompakten und modularen Wago-­IO-Systems 750. Durch die vielfältigen Anforderungen dieser Bereiche stehen über 400 verschiedene IO-Module für unterschiedliche analoge und digitale Signale zur Verfügung. Durch diese Modularität können zusätzliche Messeinheiten beliebig nachgerüstet oder zusätzliche Anwendungen aus der Gebäudeautomation integriert werden. Damit lassen sich neben Tastern, Relais, Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck und Luftqualität auch Dimmer und diverse Bussysteme, wie KNX, Bacnet, LON, Enocean oder Dali anschließen.
Aus Sicht von M. Puchalski sprechen für Wago die Zuverlässigkeit, die Flexibilität und die Offenheit der Technik mit standardisierten Protokollen und Schnittstellen. Dadurch ist auch eine Integration in bestehende Messsysteme und -plattformen möglich. So werden Modbus/TCP und Ethernet/IP unterstützt. Ein weiterer Vorteil ist die freie und gewerkeübergreifende Zuordnung der Ein- und Ausgänge. In Verbindung mit der Alarmanlage lasse sich auf diese Weise das Licht an- und ausschalten oder im ECO-Modus die Raumtemperatur automatisch absenken und die Lüftung herunterregeln. Die zentrale Steuerung versendet per ­E-Mail regelmäßig Statusanzeigen. Dabei werden auch Abweichungen bei der Vorlauftemperatur oder ein Druckabfall gemeldet, die einen gezielten Einsatz des Haustechnikers ermöglichen.

Investitions- und Betriebskosten gesenkt
Bei der 1-Wire-Technologie handelt es sich um ein Bussystem mit nur einem einzigen Mikrocontrollerpin und einer einfachen Beschaltung. Da 1-Wire-Sensoren bereits häufig und zu geringen Stückkosten beispielsweise in mobilen Datenerfassungsgeräten eingesetzt werden, konnten im Klinikprojekt die Kosten um rund 70 % gesenkt werden. Über eine entsprechende Schnittstelle des Controllers können jetzt alle erforderlichen Messwerte erfasst und ein beliebiges herstellerunabhängiges Schalterprogramm integriert werden. An eine 1-Wire-Klemme, die von TPN entwickelt wurde, können bis zu 60 Sensoren angeschaltet und verarbeitet werden. Für den Anschluss der 1-Wire-Sensoren reichen einfache Telefonleitungen mit einer Schutzkleinspannung von 5 V aus, wodurch wiederum teure Leitungen und Installationen eingespart werden.
Eine in die Sensoren integrierte Fehlersignalisierung weist unter anderem auf Störungen in der Leitungsverbindung oder der Hardware hin. Für die Bedienung kommt keine klassische Gebäudeleittechnik zum Einsatz, sondern eine Visualisierung auf einem Webserver. So reicht ein beliebiger PC oder ein Mobilgerät mit Browser für die Steuerung der Anlage, auch aus der Ferne.
Ein weiterer Aspekt bei der Reduzierung der Investitionskosten war die flexible Nutzung der Steuerung. Kostengünstige Standardpumpen konnten mit einer preiswerten Drehzahlregelung kombiniert und über die Ethernet-Con­troller 750-881 geregelt werden. Gegenüber drehzahlgesteuerten Effizienzpumpen wurden so 50 % der Anschaffungskosten eingespart.
Zu den speziellen Anforderungen einer Kühl­decke gehörte nach den Vorgaben des Herstellers die kontinuierliche Taupunktüberwachung, um gegebenenfalls eine Sicherheitsabschaltung vornehmen zu können. Anstelle relativ teurer und wartungsintensiver Taupunktsensoren errechnet die Steuerung den Taupunkt anhand der Sensordaten über die Lufttemperatur, Feuchtigkeit und des Luftdrucks. Um ­eine Kondensatbildung zu vermeiden, kann jeder einzelne Raum bei Bedarf abgeschattet oder die Vorlauftemperatur angehoben werden. Die Steuerung fügt der Anlage je nach Jahreszeit (Heiz- und Kühlbetrieb) selbstständig einen Offsetwert zu, um dem veränderten Temperaturempfinden gerecht zu werden.

Steuerung per Webbrowser
Weitere Leistungsanforderungen umfassten die Regelung der vorhandenen Heizkörper, die Integration einer Wind- und Regenüberwachung sowie die Aufschaltung auf die vorhandene Brandmeldeanlage, damit im Notfall alle Beschattungssysteme automatisch aufgehen oder bei einem Druckabfall die Pumpen der Kühldecke automatisch abgeschaltet werden.
Eine besondere Herausforderung bestand in der Einbindung der unterschiedlichen vorhandenen Beschattungssysteme aus Lamellen­jalousien, Stoffmarkisen und innen liegende Stores mit Elektromotoren sowie der Funkanbindung von Dachflächenfenstern mit Beschattung. Da jede Jalousie eine andere Windempfindlichkeit hat und die Markisen bei Regen eingefahren werden müssen, war eine individuelle Programmierung erforderlich. Diese sollte möglichst flexibel sein, um etwa die Stores bei Dämmerung automatisch schließen zu lassen.
Alle Anforderungen konnten mit der Steuerung umgesetzt werden. Als Entwicklungsumgebung für den programmierbaren Controller wird Codesys (Controller Development System) genutzt. Es hat sich im Bereich der Automatisierungstechnik als Standard durchgesetzt, ist relativ einfach zu bedienen und wird von Wago durch fertige Programm­bausteine und Applikationsbeispiele unterstützt. Über den integrierten Webserver des Ethernet-Controllers wird die Codesys-Visualisierung „browserfähig“ gemacht.
Für die Bedienung kann in jeder Station über einen herkömmlichen PC auf die Steuerung zugegriffen werden, damit beispielsweise bei der Aufnahme oder bei der Ent­lassung der Patienten die Schwestern selbstständig den Zustand des Raumes in „frei“ oder „belegt“ ändern können. Als Weiterentwicklung der Belegt-/Frei-Schaltung ist auch eine Kopplung mit der Krankenhaussoftware denkbar, mit einer automatisierten Übernahme der Statusänderung bei der Zimmerzuweisung. Für die Klimasteuerung steht in den einzelnen Räumen bewusst kein Raumregelgerät zur Verfügung, weil die Eigensteuerung durch die Patienten in der Vergangenheit nicht funktioniert hatte. Jeder Raum wird jetzt nach einem Log-in mit Passwort über eine Webseite gesteuert. Dabei sind die Zugriffsrechte vom Admin über den Haustechniker bis zur Stationsschwester unterschiedlich geregelt.

Fazit
„Das Projekt an der MIC-Klinik ist ein gutes Beispiel dafür, dass sich die Investitionen in eine intelligente Gebäudetechnik schnell amortisieren können. Die 1-Wire-Technik und die Automatisierung von Wago sind sehr leistungsfähig und haben ein ausgesprochen gutes Preis-/Leistungsverhältnis“, beurteilt M. Puchalski die Projektergebnisse. Dabei hebt er besonders die Flexibilität und den Leistungsumfang hervor. Nach seinen Erfahrungen lassen sich auch komplexe Datumszeitsteuerungen über eine einfache Webbedienung erstellen. „Wir sind mit den technischen Einrichtungen zur Klimatisierung der Patientenzimmer sehr zufrieden. Wir ­haben eine garantiert keimfreie und zuverlässige Kühlung, die energieeffizient arbeitet und einfach zu bedienen ist“, bestätigt der Ärztliche Direktor der MIC-Klinik, Professor Dr. med. Omid Abri.

Literatur
[1] Klinik für Minimal Invasive Chirurgie (MIC), Berlin-Zehlendorf: www.mic-berlin.de
[2] TPN Service GmbH & Co. KG, Berlin: www.intellibuilding.de