Ozeaneum setzt auf BACnet

Museen sind heute ein bedeutender wirtschaftlicher Faktor im kulturellen Leben von Städten. Wegen des teilweise enormen Besucherzuspruchs neuer Sammlungen in spektakulärer Architektur spielen diese Einrichtungen im Stadtmarketing eine immer größere Rolle, hoffen doch viele Kämmerer auf den „Bilbao-Effekt“ auch in ihrer Stadt. Zur Erinnerung: Der abseits touris­tischer Pfade gelegenen eher gesichtslosen Stadt Bilbao im spanischen Baskenland gelang es, durch den spektakulären Museumsneubau „Museo Guggenheim“ des amerikanischen Architekten Frank O. Gehry, den Tourismus auf über 1 Million Besucher pro Jahr anzukurbeln.

Dass die Neugierde auf historische, archäo­logische und künstlerische Präsentationen weiter zunimmt, belegt auch die Statistik: So meldet das Institut für Museumskunde für das Jahr 2006 über 102 Mio. Besucher in 4747 deutschen Museen. Den größten Zuspruch fanden Kunst­museen mit rund 20 Mio. Besuchern sowie Sammlungen mit historischem bzw. archäologischem Hintergrund mit zusammen 15,7 Mio. Besuchern. Eine Sonderstellung in der Museumslandschaft nimmt das Deutsche Meeresmuseum (dmm) in der Hansestadt Stralsund in Mecklenburg-Vorpommern ein, das mit rund 600000 Besuchern pro Jahr schon länger als Norddeutschlands meistbesuchtes Museum galt. Als eines der wenigen öffentlichen Einrichtungen dieser Art bietet es ­Einblicke in die Welt unter Wasser und hat zum Ziel, mit museumspädagogischen Mitteln die Besucher für den Schutz und eine nachhaltige ­Nutzung der Meere zu sensibilisieren.

Das überproportional große Interesse an der einzigartigen Sammlung des dmm geht einher mit dem wachsenden Interesse am Tauchsport ­sowie dem großen Erfolg kommerzieller Unterwasserwelten. Für die Verantwortlichen des ­Deutschen Meeresmuseums war es deshalb nahe liegend, bereits Ende der 1990er Jahre die Weichen für die dmm-Dependance „Ozeaneum“ zu stellen. Diese Erweiterung schafft für das dmm eine langfristige Perspektive, da in den Gebäuden des ehemaligen Katharinenklosters kein Ausbau möglich war.

Katharinenkloster als Vorbild

Bei der Konzeption der gebäude- und aqua­rientechnischen Anlagen des Ozeaneums, konnten die Mitarbeiter auf einen breiten Erfahrungsschatz aus dem Betrieb der Anlagen im dmm-„Katharinenkloster“ und hier insbesondere aus dem im Jahr 2005 errichteten Schildkröten­aquarium zurückgreifen. Eine der wichtigsten ­Anforderungen an diesen Neubau war die Aufschaltung möglichst vieler gebäude- und aquatechnischer Anlagen auf eine gemeinsame Leitzentrale. Bis dato mussten sich die Mitarbeiter mit mehr als zehn verschiedenen Steuerungs- und Regelungssystemen und deren jeweils spe­zifischen Bedienoberflächen und Bedienphilosophien auseinandersetzen.

Damals entschieden sich die Verantwortlichen für das Gebäudeautomationssystem Desigo von Siemens Building Technologies (SBT), da es zum Zeitpunkt der Ausschreibung das einzige System am Markt war, das die hohen Anforderungen ­hinsichtlich Integration von Drittsystemen, Migra­tionsfähigkeit, Flexibilität und Bedienbarkeit über das Intranet des dmm erfüllte. Ein weiterer Vorteil war, das Brandmeldesystem Sigmasys via BACnet-Protokoll direkt auf das Desigo Ge­bäudeautomationssystem aufzuschalten und zu visualisieren.

Durch die positiven Betriebserfahrungen, beispielsweise die Möglichkeit, Messwerte aus der Gebäude- und Aquarientechnik temporär mitzuschreiben und damit Schwachstellen und Defekte zu analysieren, war es konsequent, das Thema „Integration der Systeme“ mit in das Pflichtenheft des Ozeaneums aufzunehmen.

Konventionelle HLK-Lösung

Bei der Entscheidung über die energetische Effizienz des Ozeaneums wurden mehrere ganzheitliche Energiekonzepte mittels Gebäudesimulation (Transsolar) durchgespielt und nach ihrer Wirtschaftlichkeit bewertet. Dazu zählte sowohl eine intensive Nutzung von Solarthermie als auch die Temperierung des Gebäudes über thermisch aktivierte Bauteile. Dabei zeigte es sich, dass für ein Museum wie das Ozeaneum konventionelle HLK-Lösungen nicht nur wirtschaftlicher sind, sondern sich auch leichter an die jeweilige Besucherzahl anpassen lassen.

Hinzu kam, dass Stiftungen des bürgerlichen Rechts, wie das dmm eine ist, aus nicht nachvollziehbaren Gründen bisher keine Fördergelder zur Erhöhung des Wärmedämmstandards oder zum Einbau von Anlagen zur solaren Nutzung oder anderen regenerativen Energien erhielten.

Folgendes Energiekonzept wurde gewählt:

• Bezug von Wärme, Kälte und Strom durch einen Dienstleister (Stadtwerke Stralsund), der diese in einem angrenzenden Gebäude erzeugt (EnergieContracting)
• Bauteil-orientierte zentrale Klima-Lüftungsanlagen, deren Luftmengen in Abhängigkeit von der Besucheranzahl im Museum variieren. Alle Klimageräte sind mit Wärmerückgewinnern (Kreuzstromwärmeübertrager) ausgestattet
• Fußbodenheizung, wo immer möglich und sinnvoll; Plattenheizkörper in Büros und Nebenräumen.

Wegen des hohen Salzgehaltes der Außen- wie auch der Raumluft sind alle Klimageräte in Hygieneausführung aus V4A-Stahl ausgeführt. Ausnahme: Die Kreuzstromwärmeübertrager bestehen aus gelacktem Aluminium und die Wärmeübertrager aus verzinktem Stahl wurden mit einer zusätzlichen Pulverbeschichtung geschützt.

Komfort für Besucher und Fische

Eine besonders anspruchsvolle lüftungs- wie auch regelungstechnische Aufgabe ist die Bereitstellung von komfortablen Raumtemperaturen für die Besucher in Abstimmung mit artgerechten Wassertemperaturen in den Aquarien. Auch müssen die Wärterräume hinter den Großaquarien ­sowie die Technikzentralen für die Wassertechnik vor Kondensation feuchter Raumluft geschützt werden. Als ideal hat sich eine Raumtemperatur von etwa 18 °C in den Besucherzonen und eine um etwa 5 K niedrigere Beckenwassertemperatur herausgestellt.

Im Sommer darf die Innenraumtemperatur auf 20 bis 21 °C ansteigen. Da es sich bei den ­Exponaten um Fische aus der Nord- und Ostsee sowie dem kühlen Atlantik handelt, will man den Besucher bewusst auf ein kühleres Ambiente einstimmen. Bauphysikalisch unterstützt wird die vergleichsweise niedrige Raumtemperatur durch die vorgesetzte weiße „Segel-Fassade“, die sich bereits im letzten Sommer wegen der hohen Reflexion und der Hinterlüftung als ein sehr wirkungsvoller Sonnenschutz für das weitgehend fensterlose Gebäude erwiesen hat.

Natives BACnet war nicht realisierbar

Da es sich beim Deutschen Meeresmuseum um eine Stiftung bürgerlichen Rechts handelt, der u.a. auch öffentliche Gelder zufließen, mussten alle Gewerke für den Neubau des Ozeaneums separat geplant und EU-weit ausgeschrieben werden. Für die gebäude- und aquatechnischen Anlagen bedeutete dieses Planungs- und Vergabeprocedere ein Kompromiss zwischen dem Anspruch auf eine hohe Systemintegration einerseits und den Formalismen der Ausschreibung andererseits, dem „leistungsfähigsten Bieter“ den Auftrag zu geben.

Obwohl in der Ausschreibung dezidiert BACnet bzw. native BACnet-Anbindungen vorgegeben ­waren, zeigte sich bei der Realisierung des Ge­bäudeautomationssystems auf der Basis von ­Desigo, dass der BACnet-Standard bei vielen ­peripheren Komponenten und Systemen nur zum Teil in die Systeme eingepflegt bzw. bei den ­Herstellern noch gar nicht angekommen ist. Dies gilt insbesondere für die Anbieter von Aquatechnik, die nunmehr über proprietäre Koppelungen auf das BACnet-Gebäudeautomationssystem aufgeschaltet sind.

Auch die ebenfalls separat ausgeschriebenen Drittsysteme, wie Brandmeldesystem, Einbruchmeldeanlage und Arbeitszeiterfassung, sind über die in dieser Branche üblichen herstellereigenen Schnittstellen mit der BACnet-GA verbunden. Die Elektrogewerke, wie Licht und Sonnenschutz, sind über EIB-Koppler auf das BACnet-System aufgeschaltet.

Da künftig die Reduzierung der Betriebskosten bei der Bewirtschaftung des Ozeaneums eine wesentliche Rolle spielen wird, sind alle maßgeblichen aquatechnischen und gebäudetechnischen Anlagen mit Wasser- bzw. Wärmemengenmesser (mehr als 50 Stück) ausgestattet, die über ein ­M-Bus-Netz ihre Daten an das Gebäudeauto­mations­system weiterleiten.

Desigo visualisiert Aquarientechnik

Im Mittelpunkt des GA-gestützten Über­wachungs-, Bedien- und Betriebskonzeptes im Ozeaneum stehen jedoch weniger die klassischen Gewerke Heizungs- und Klima-/Lüftungstechnik, sondern die Wasser- und Aquarientechnik. Von den insgesamt 76 Schaltschränken regeln 44 Schaltschränke die Ostsee- und Nordseeaquarien, 18 Schaltschränke werden für die Lüftungsregelung benötigt.

Im Prinzip ähnelt der apparative und regelungstechnische Aufwand in den Technikzentralen und Wärterräumen dem einer Intensivstation, nur müssen im Ozeaneum Heringe und andere empfindliche Kaltwasserfische am Leben erhalten werden. Die Regelung und Steuerung der Aquarientechnik beinhaltet folgende Funk­tionen:

• Erfassen aller Sensoren und deren Soll-/Ist-Werte, z.B. Wassertemperaturen und Füllstände
• Überwachen aller Anlagen zur Wasseraufbereitung, z.B. Filter, UV-Anlage, Abschäumer, Tanks, Rückspülbehälter, Enthärtungsanlagen, Umkehrosmoseanlagen, Anlagen zur Aufsalzung von Beckenwasser u.ä.
• Ansteuern von Aktoren (Ventile, Pumpen) zur Regelung des Beckenwassers
• Absichern der Versorgungssicherheit durch Redundanz.

Die Besonderheit der aquatechnischen MSR-Anlagen ist das Sammeln aller Daten in einer Bluebox. Diese Datensammler erlauben gleichzeitig das Ablesen der Daten vor Ort. Die eigentliche Visualisierung der Anlagen erfolgt über einen Desigo WEB-Server, der beliebig autorisierbare PCs im Büronetzwerk von Ozeaneum und dmm bedient. An insgesamt zehn Informationsschwerpunkten sind zusätzliche Workstations vorgesehen, um die Anlagen funktionsnah zu visualisieren. Trotz der Gateway-Problematik stehen damit, die für das Ozeaneum existenziellen Daten aus der Aquatechnik an beliebiger Stelle im Hausnetz quasi verlustfrei zur Verfügung.

Eine wesentliche Erleichterung in den Betriebsabläufen der Aquarianer und Gebäudetechniker ist jedoch die einheitliche Visualisierung aller aquarien- und gebäudetechnischen Anlagen über Desigo Insight. Entlastend für den Arbeitsablauf wirkt sich auch die Prioritäten-orientierte Weiterleitung von Alarmmeldungen per SMS, E-Mail, Fax und Telefon aus.

Energie- und kosteneffizienter Betrieb

Wegen der Kostenverantwortung des Ozeaneums für den laufenden Betrieb – als GmbH muss das Ozeaneum seine Betriebskosten selbst erwirtschaften – spielt das energieeffiziente Betreiben der gebäude- und aquatechnischen Anlagen eine tragende Rolle. Hinzu kommen hohe Anforderungen an die Sicherstellung der Lebensräume der Fische durch eine artgerechte Temperierung der Aquarien sowie durch eine hohe Verfügbarkeit der Aquatechnik. Alle Messwerte aus 34 PX-Automationsstationen und über 50 Wärmemengenmessern werden in einer separaten Desigo Managementstation (CAFM-Server) gespeichert und mit der Energiemanagement-Software ADP ausgewertet. Dadurch ist es möglich, große Energieverbräuche kontinuierlich auf ihre Energieeffizienz zu überprüfen und ggf. Schwachstellen im Anlagendesign oder gar Defekte aufzudecken.

Kurzfristig soll dieses CAFM-System noch mit einem Lastspitzenprogramm ergänzt werden, um gezielt elektrische Verbraucher abzuschalten und damit den Leistungspreis für Strom innerhalb der vertraglichen Grenzen zu halten. Lastabwurfpotenzial wird in erster Linie bei den Anlagen im Besucherbereich gesehen, also durch kurzzeitiges Abschalten oder Zurückfahren von Beleuchtung, von Klima- und Lüftungsanlagen sowie von Anlagen mit speichernden Medien, wie Heizungen und Kälteanlagen. Der Bereich Gastronomie ist bereits mit einem separaten Lastspitzenabwurfprogramm ausgestattet, dessen Funktionen der Pächter selbst beeinflusst.

Durch eine nachhaltige Betreiberstrategie, kombiniert mit einer „zweiten Inbetriebnahme“, rechnen die Betriebsingenieure des Ozeaneums mit Energieeinsparungen zwischen 10 und 20 %. Bei kalkulierten Energiekosten zwischen 1,0…1,2 Mio. Euro pro Jahr macht sich die zusätzliche Investition in Energiemanagementfunktionen bereits innerhalb kurzer Zeit bezahlt.

Fazit

Die Planung und Umsetzung von BACnet-Projekten erfordert schon bei der Planung einen integralen Ansatz. Nur so lassen sich später Schnittstellenprobleme vermeiden. Während in der Heizungs- und Klima-/Lüftungstechnik BACnet-Schnittstellen von den Herstellern weitgehend akzeptiert sind und durch native Schnittstellen unterstützt werden, ist die BACnet-Welt in der Peripherie der Gebäudetechnik zum Teil noch unbekannt oder wird bewusst nicht umgesetzt.

Für den Betreiber des Ozeaneums bedeutet die einheitliche Visualisierung aller Gewerke über ein BACnet-Gebäudemanagementsystem sowie die Möglichkeiten der zentralen Datenarchivierung und Datenauswertung einen enormen Zuwachs an Sicherheit und ein Instrument, den Energieverbrauch sowie die Energie- und Wasserkosten langfristig im Griff zu haben.

Managementebene

• 3 GLT-Server, davon –1 GA-System, Typ Desigo Insight mit ca. 8000 Datenpunkten, davon 4200 physikalische
• –1 CAFM-System zum technischen Anlagencontrolling und zum Verbrauchs- und Energiemanagement (PDM-ADP)
• –1 WEB / Terminal-Server, Typ Desigo WEB, als Bindeglied zum Intranet von Ozeaneum und dmm

Automationsebene

• 39 Automationsstationen, Typ Desigo PXC, verteilt auf 10 Informationsschwerpunkte
• 9 Workstationen (Arbeitsplatzrechner) zur funktionsnahen Visualisierung der Anlagen über energiesparende Terminalserver Anwendungen (Twin Client)

Kopplungen von Drittsystemen

• Brandmeldeanlage
• Zugangskontrolle
• EIB/KNX-System
• Mod-Bus-Zähler
• Aquarientechnik
• LON Sicotronic Küchenoptimierung

Die Koppelung von Bestandsanlage (Desigo) im Deutschen Meeresmuseum erfolgt über Ethernet (LWL-Kabel).

Das Deutsche Meeresmuseum in der Hansestadt Stralsund im ehe­maligen Katharinenkloster galt mit rund 600000 Besuchern pro Jahr als das meistbesuchte Museum Norddeutschlands¹⁾. Nach dem Anbau eines Schildkrötenhauses im Jahr 2005 waren die Expansionsmöglichkeiten des Museums allerdings erschöpft. Schon Ende der 1990er-Jahre gab es deshalb Überlegungen für einen Neubau, der durch die Auslobung eines internationalen Architekturwettbewerbs im Jahr 2001 mit dem Entwurf des Stuttgarter Architekturbüros Behnisch & Partner, heute Behnisch Architekten, konkrete Formen annahm.

Der Museumsneubau steht im Kontrast zur historischen Bebauung – die Altstadt ist seit 2002 in der UNESCO-Liste des Welterbes gelistet – und setzt mit Metall und Glas einen modernen Akzent zur hanseatischen Backstein-Architektur. Äußeres Zeichen für die Verbundenheit mit dem Meer ist die Gestaltung der Gebäudefassade in Form von „geblähten Segeln“, hellen geschwungenen Stahltafeln von bis zu 16 × 3 m, wie sie im Schiffsbau verwendet werden. Sie umschließen vier Baukörper, die – aus Sicht des Architekten – wasserumspülte Steine symbolisieren. Verbindendes Element ist ein lichtdurchflutetes Foyer im sonst fast fensterlosen Museumsbereich. Nicht sichtbar für Besucher, aber für die Aquarianer und Gebäudetechniker umso interessanter, ist die in den Untergeschossen des Ostseeaquariums und des Nordsee- und Schwarmfischaquariums installierte Aquarientechnik.

• Gebäudenutzfläche: 8700 m²
• Gesamtkosten: 60 Mio. Euro
• Anzahl der lebenden Tiere: ca. 7000
• Anzahl der Aquarien: 39, davon ein Tunnelaquarium mit 4 m breitem Durchgang
• Wassermenge: 6 Mio. Liter mit einer Salzmasse von 150 Tonnen
• Wassertemperaturen: von ca. 0 °C im Polarmeerbecken bis 12 °C im Ostseebecken
• Maximaler Kältebedarf für Klimaanlagen und Aquarienkühlung: 1MW
• Maximaler Wärmebedarf: 800 kW
• Maximaler Strombezug (Ökostrom aus Wasserkraft): 1400 kVA

¹⁾2008 besuchten weit über eine Million Gäste das Deutsche Meeresmuseum mit seinen vier Dependancen Meeresmuseum, Nautineum, Natureum und Ozeaneum. Das Ozeaneum erweist sich schon heute als Besuchermagnet. Zwischen der Eröffnung am 12. Juli 2008 und dem 31. Dezember 2008 zog es bereits 565852 Gäste in seinen Bann. Im Maximum wurden 8500 Personen an einem Tag gezählt.

ist Vertriebsingenieur bei Siemens Building Technologies, Rostock, https://new.siemens.com/de/de/produkte/gebaeudetechnik.html

Nils Janzen

ist Betriebsingenieur im Ozeaneum Stralsund, http://www.ozeaneum.de

Andreas Tanschus

ist stellvertretender Direktor und Leiter Technik, Stiftung Deutsches Meeresmuseum, Stralsund, http://www.meeresmuseum.de