Gebäudeautomation im Zoo

Der Zoo in Münster hat eine lange Tradition. Bereits 1875 wurde ein „Westfälischer Zoologischer Garten“ eröffnet. Im Jahr 1974 folgte der Umzug an den heutigen Standort. Der Tierpark erhielt den Namen „Allwetterzoo“, weil die neu errichteten Tierhäuser mit überdachten Gängen, den „Allwettergängen“, verbunden wurden. Dadurch ist ein komfortabler Zoobesuch auch bei Regenwetter möglich. Darüber hinaus leben hier zahlreiche Tiere in großzügigen Freianlagen, die nicht von überdachten Wegen, sondern über den so genannten „Sonnenweg“ erschlossen werden. Rund 1 Mio. Menschen haben im Jahr 2009 den 30 ha großen Allwetterzoo besucht. Hier leben fast 3000 Tiere in über 300 unterschiedlichen Arten in den verschiedensten Tieranlagen.

Tiere hautnah

Das Motto des Allwetterzoos lautet „Tiere hautnah“. Durch begehbare Außenanlagen oder Volieren wird eine größtmögliche Nähe zu den Tieren erreicht.

Ein besonderes Highlight ist das Aquarium. Hier befinden sich 22 Becken mit Fassungsvermögen von 360 bis 10 000 l sowie neun Terrarien. Wie in einem „Zoo im Zoo“ leben darin Fische, Reptilien, Amphibien und Insekten. Das Aquarium-Gebäude ist zweigeschossig angelegt. In den Aquarien im Erdgeschoss wird das Leben im Wasser gezeigt, während auf dem als Galerie ausgeführten Obergeschoss auch Terrarien vorhanden sind, in denen Landtiere präsentiert werden. Von dort bietet sich ein guter Überblick über das Amazonasbecken, das sich über beide Etagen ausdehnt.

Es besteht aus einem großen Aquarium im Erdgeschoss mit riesigen Flussfischen, das in einen tropisch bepflanzten Landteil übergeht, der sich bis unter das Dach erstreckt und sogar mit kleinen Affen, tropischen Vögeln und Reptilien bevölkert ist.

Anspruchsvolle Haustechnik

Bei einem Gebäude wie dem Aquarium des Allwetterzoos werden auch an die Haustechnik höchste Ansprüche gestellt, denn diese muss sicherstellen, dass für alle hier lebenden Tiere optimale Bedingungen herrschen. Gleichzeitig müssen auch für die Besucher und die Mitarbeiter des Zoos zu jeder Jahreszeit beste Aufenthalts- bzw. Arbeitsbedingungen gegeben sein.

Um einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten und die Kosten zu senken, sollte dabei so wenig Energie wie möglich verbraucht werden. Dies konnte mit der größtenteils noch zur Erstausstattung des 1974 errichteten Gebäudes zählenden haustechnischen Anlage des Aquariums nicht mehr ermöglicht werden, da sie mit veralteter Technik ausgestattet war. So befanden sich beispielsweise im Heizungsverteiler ausschließlich ungeregelte Pumpen, die unnötig viel Strom verbrauchten. Deshalb entschloss man sich im Jahr 2009 zu einer umfangreichen Sanierung der Haustechnik. Dabei galt es, die Lüftungsanlage und den Heizungsverteiler vollständig zu erneuern. Gleichzeitig sollte das Aquarium als letztes von insgesamt 40 Häusern in die vorhandene Gebäudeleittechnik des Zoos integriert werden.

Hierzu erarbeitete der Systemintegrator SWG Stuckmann Wirtschaftliche Gebäudetechnik GmbH aus Beckum gemeinsam mit der technischen Leitung des Zoos ein ganzheitliches Konzept für das gesamte Gebäude, in das auch die Integration der Heizungspumpen via BACnet einbezogen wurde. Bei der Suche nach einer für diesen Einsatzbereich geeigneten Pumpenbaureihe überzeugten die „Wilo-Stratos“-Hocheffizienzpumpen.

Stromsparende Hocheffizienzpumpen

Diese bieten gegenüber ungeregelten Standardpumpen ein Strom-einsparpotential von bis zu 80 %, so dass der Betreiber dauerhaft Stromkosten einspart. Die elektronisch geregelten Nassläuferpumpen mit wartungsfreien Frequenzumrichtern und Permanentmagnetrotoren basieren auf elektronisch kommutierten Motoren (ECM) und ermöglichen eine Verdoppelung des Wirkungsgrades im Vergleich zu elektronisch geregelten Pumpen mit herkömmlichen Antrieben. Zudem erfolgt eine automatische Anpassung der Pumpenleistung an die wechselnden Betriebszustände der Heizungsanlage. Gerade im Teillastbereich, der bis zu 98 % der Betriebszeit einer Heizungspumpe ausmacht, kann eine deutliche Stromverbrauchssenkung im Vergleich zu einer ungeregelten Pumpe erzielt werden. Seit Einführung des europäischen Energielabels für Heizungspumpen gilt die „Wilo-Stratos“ als Referenz für die Energieeffizienzklasse A.

„Ausschlaggebend für die Entscheidung zu Gunsten der „Wilo-Stratos“-Hocheffizienzpumpen war, dass für sie IF-Module BACnet angeboten werden, mit denen eine Integration der Pumpen in die bestehende Gebäudeautomation möglich wird“, sagt Sascha Stuckmann, Geschäftsführer der SWG Stuckmann Wirtschaftliche Gebäudetechnik GmbH. „Per MS/TP Medium RS 485 lassen sich so verschiedene Feldgeräte mit BACnet vernetzen, d. h. neben Pumpen beispielsweise auch Klappenantriebe, Frequenzumformer oder auch Raumbediengeräte.“ Wilo unterstützt dabei die höchste spezifizierte Datenrate von 76 800 Baud. Für den Übergang auf andere Medien wie zum Beispiel BACnet/IP oder BACnet Ethernet nach ISO 8802-3 können Router eingesetzt werden. Hierfür müssen lediglich Netzwerkparameter eingestellt werden, während die Datenpunkte selbst unverändert weitergegeben werden. Diese Protokolltransparenz vereinfacht das Engineering einer GA-Lösung erheblich, auch Änderungen oder Erweiterungen wirken sich auf die mit BACnet realisierten Funktionen der Gebäudeautomation nicht aus.

Für die Anbindung der Wilo-Pumpen via BACnet (www.wilo.de/automation) sind weder separate Hardware wie Gateways noch eine 0 bis 10 V-Schnittstelle erforderlich. Mit BACnet wird die Pumpe nur einmal angemeldet, anschließend werden die benötigten Daten und Werte über die verschiedenen Ebenen durchgehend transportiert. Grundsätzlich können die Hocheffizienzpumpen elektrische, mechanische, thermische und hydraulische Pumpendaten über Datenprotokolle an die Gebäudeautomation übertragen. Beispiele sind Druck, Durchflussmenge und Leistungsaufnahme, Stromaufnahme und Betriebsstundenzahl, aber auch unterschiedliche Stör- und Fehlerzustände.

Ebenso lassen sich auf diesem Weg Steuer- und Regelbefehle an die Pumpen leiten. Sie können nach Drehzahl, Volumenstrom oder Druck gefahren werden und liefern gleichzeitig ein differenziertes Bild der jeweiligen Betriebssituation. So ist es möglich, den Differenzdruck in Abhängigkeit von Größen wie Außen- oder Raumtemperatur bzw. der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf eines Heizkreises stetig zu optimieren und dadurch eine größtmögliche Energieersparnis zu erzielen.

Neue Heizungsverteilung

Aufgrund dieser zahlreichen Vorteile entschied man sich dazu, alle sechs Heizkreise der Heizungsverteilung des Aquarium-Gebäudes mit „Wilo-Stratos“-Hocheffizienzpumpen auszustatten. Diese Verteilung ist in das Nahwärmenetz des Zoos integriert, das von einer Heizzentrale gespeist wird, in der sich mehrere gasbetriebene Wärmeerzeuger mit einer Gesamtleistung von 4,8 MW befinden. Drei Heizkreise der Verteilung versorgen statische Heizflächen, mit denen unterschiedliche Bereiche des Gebäudes temperiert werden. Zwei weitere Heizkreise versorgen den Wärmeübertrager einer Lüftungsanlage bzw. die Trinkwarmwasserbereitung.

Eine Besonderheit stellt der Heizkreis mit der – in diesem Fall nicht ganz zutreffenden – Bezeichnung „Fußbodenheizung Aquarium“ dar. Dabei handelt es sich nicht um die Fußbodenheizung im Besucherbereich des Gebäudes, sondern um Heizschlangen, die wie eine Fußbodenheizung auf dem Grund von 15 großen Fischbecken eingelassen sind und die das Wasser auf vorgegebene Temperaturen halten, damit sich die dort lebenden Warmwasserfische wohlfühlen.

Geringere Investitionskosten

„Bereits in der Bauphase zeigte sich, dass durch die intelligente Einbindung der Pumpen die Investitionskosten spürbar reduziert werden konnten“, sagt Sascha Stuckmann und ergänzt: „Durch die Anbindung über das IF-Modul BACnet konnten die ansonsten üblichen Schaltausgänge zur Ansteuerung der Pumpe sowie für Betriebs- und Störungsmeldungen entfallen. Dadurch entstand weniger Verdrahtungsaufwand, DDC und Schaltschrank konnten kleiner dimensioniert werden.“

Ein weiteres Einsparpotential ergab sich aus dem in die Pumpe integrierten Temperaturfühler, durch den auf zusätzliche externe Fühler zur Überwachung und Anzeige der Temperatur des Heizmediums verzichtet werden konnte. Das bedeutete weniger Kosten für Feldgeräte und ihre Verkabelung sowie weniger Eingänge auf der DDC. Außerdem konnte auf das Einschweißen von Tauchhülsen zur Aufnahme der Temperaturfühler verzichtet werden, was den Arbeitsaufwand weiter minimierte.

Nach dem Ende der Umbauarbeiten ist das Aquarium des Allwetterzoos nun mit einer modernen Heizungsverteilung ausgestattet, in der alle Pumpen bedarfsorientiert geregelt werden und damit einen wesentlichen Beitrag zur dauerhaften Senkung der Betriebskosten leisten.

Für eine genaue Aussage über die bisher erzielten Einsparungen ist es laut dem Technischen Leiter des Allwetterzoos Dirk Heese allerdings noch zu früh: „Verlässliche Zahlen werden wir hierzu erst in zwei bis drei Jahren vorliegen haben. Angesichts der niedrigeren Zählerstände sind aber schon heute deutliche Einsparungen beim Energieverbrauch erkenn­bar.“ 

Ihre Bewährungsprobe hat die neue Anlage im vergangenen Winter bereits bestanden. Trotz der teilweise eisigen Außentemperaturen bot das Aquarium seinen Besuchern ein angenehmes Wohlfühlklima. Gleichzeitig waren alle Aquarien korrekt temperiert und es herrschten darin ideale Lebensbedingungen – auch und gerade für die kälteempfindlicheren Fischarten.