Acht Embedded-PCs und 3.000 EtherCAT-I/Os ermöglichen maximale Energieeffizienz des Hochschulcampus
Als Teil des globalen Netzwerks der University of Wollongong Australia verfügt die UOW Malaysia KDU über 18.000 Quadratmeter großen Campus, auf dem auch ein komfortables Wohnheim für bis zu 612 Studenten angesiedelt ist. Ziel bei der Errichtung des Universitätskomplexes war von Beginn an ein leistungsfähiges und integriertes Gebäudemanagementsystem als Grundvoraussetzung für einen möglichst energieeffizienten Betrieb. Dass dies mit PC-based Control von Beckhoff erfolgreich umgesetzt werden konnte, belegt nicht zuletzt die zweifache Auszeichnung des Campus als „grüner“ Gebäudekomplex.
Für das UOW Malaysia KDU mit Sitz in Shah Alam, Selangor, konnte die Komplexität des Gebäudemanagementsystems (BMS) von den üblichen drei Netzwerkschichten auf nur noch zwei Layer reduziert werden. Ermöglicht hat dies der Embedded-PC CX5010, der als leistungsfähiger Controller sowohl die Netzwerksteuerung als auch die DDC-Funktionen in einer Hardware vereint. Damit werden die Anforderungen des Kunden an die Kostenreduzierung bei Erstprojekten erfüllt, die in jeder Bildungseinrichtung während der Inbetriebnahme üblich sind.
Das BMS stellt die Steuerungs- und Überwachungsschnittstellen über Modbus, BACnet und Web Scheduling zur Verfügung. Letzteres ermöglicht die Überwachung, Programmierung und Planung der HLK-Anlage ganz nach Bedarf. So werden in den Klassenzimmern und Hörsälen die Beleuchtung sowie die Klimaanlage automatisch zur festgelegten Zeit eingeschaltet, wodurch sich der Strom- bzw. Energiebedarf reduziert. Ein weiterer Grund für die Wahl von PC-based Control war die Offenheit und Flexibilität bei der Einbindung von Drittsystemen wie z. B. Kältemaschinen und Kühltürmen sowie Beleuchtungssteuerung und Stromzähler. Hinzu kam die hohe Kosteneffizienz des Steuerungssystems.
Ein Steuerungssystem für alle Anforderungen
Systemintegrator Enthu Technology implementierte die Gebäudeautomatisierung. Er nutzt das System zur Überwachung und Steuerung von Heizung, Lüftung und Klimatechnik (HVAC) sowie von Beleuchtung, Pumpen und Motoren. Somit lässt sich zuverlässig der Energiebedarf des gesamten Campus erfassen, was ihm im Jahr 2014 zum Gewinn des Green Building Index (GBI) in der Kategorie Silber verholfen hat. Die Vorteile von PC-based Control hierbei beschreibt Jeff Wong, Technischer Direktor von Enthu: „Wir mussten viele verschiedene Anbieter, Produkte sowie Kommunikationsprotokolle von Sensoren und Geräten durchgängig integrieren können. Um die GBI-Zertifizierung zu erhalten, ist zudem die kontinuierliche Erfassung und Analyse von Systemdaten erforderlich. Das Beckhoff-System macht all das ohne großen Aufwand möglich.“
Weiterhin erläutert Jeff Wong, dass die einfache Konfiguration und Integration Zeit und Kosten bei der technischen Implementierung eingespart hat. Außerdem biete die Skalierbarkeit von PC-based Control die optimale Voraussetzung für eine kontinuierliche Systemerweiterung in den kommenden Jahren. Bewährt habe sich das Steuerungssystem auch hinsichtlich seiner Effizienz und Zuverlässigkeit.
Da das System eine breite Palette an Feldbussignalen und -protokollen unterstützt, musste sich Enthu nicht aufwendig darum kümmern, ob bzw. wie sich die vielfältigen Signale in das Beckhoff-System integrieren lassen. Ebenso offen zeigte sich die Automatisierungssoftware TwinCAT bei der Anbindung eines Scada-Systems für die Überwachung und Netzplanung. Durch die einfache Integration jeder beliebigen Scada-Software konnte die Projektentwicklungszeit laut Enthu minimiert werden. Darüber hinaus stellte TwinCAT fertige Funktionsbibliotheken für die meisten der erforderlichen BMS-Anwendungen zur Verfügung. So ist beispielsweise die Anforderung an ein Energiemanagementsystem ganz nach Bedarf sowohl lokal als auch webbasiert zu erfüllen, da TwinCAT alle dafür notwendigen Ergänzungen und Schnittstellen zur Verfügung stellt.
Kompakte und leistungsstarke Steuerungstechnik
Insgesamt fungieren acht Embedded-PCs CX5010 – verteilt über den gesamten Campus und im Wohnheim – als Steuerungsmaster. Ungefähr 3.000 I/Os sind über zahlreiche Etagen und Zonen verstreut und über Ethernet miteinander verbunden. Aufgrund dieser Komplexität entschied sich Enthu für das PC-basierte Steuerungssystem von Beckhoff, denn nur damit ließ sich die Hardware reduzieren und somit ein BMS-Konzept mit nur zwei Schichten realisieren.
Darüber hinaus reduzierte die kompakte Bauform der nur 12 mm breiten EtherCAT-Klemmen den Platzbedarf in den BMS-Schaltkästen – bei insgesamt 3.000 I/Os – deutlich. Durch EtherCAT als Systembus der I/O-Klemmen profitiert dieses BMS-Design laut Enthu zudem von den äußerst kurzen I/O-Reaktionszeiten, und das ohne zusätzliche Kosten. In Übereinstimmung mit den Projektvorgaben verfügt der Embedded-PC CX5010 über einen integrierten BACnet-Kommunikationsport zur Unterstützung der Gesamtanforderungen der Gebäudeleittechnik. Da TwinCAT außerdem eine große Anzahl von BACnet-Objekten unterstützt, sei dies nur durch diese PC-basierte Steuerung auf solch effiziente Weise möglich.
Weitere Auszeichnung für „grünes“ Bauen
Im Juli 2020 wurde das UOW Malaysia KDU als erste Bildungseinrichtung des Landes mit dem Greenpass Operation Award Certificate der Lestari Energy Development Authority (SEDA) Malaysia ausgezeichnet. Die SEDA ist eine Körperschaft, die unter dem Sustainable Energy Development Authority Act 2011 gegründet wurde. Diese Auszeichnung wurde als Ergebnis eines Evaluierungsprozesses für Energiesparmethoden in Gebäuden vergeben, um das Green-Building-Zertifikat zu erhalten.
Die Universität rühmt sich eines zertifizierten Campus mit einem „grünen“ Fußabdruck von 16,3 % (die Anforderung der lokalen Behörden liegt bei 10 %). Der tabakrauchfreie Campus verfügt über natürlich belüftete Höfe und Korridore und ist u. a. mit einem energieeffizienten zentralisierten Kaltwasser-Klimasystem, einem fortschrittlichen Gebäudemanagementsystem mit Planungsfunktionen, energieeffizienten Beleuchtungskörpern, bedarfsgesteuerter Belüftung und einem Regenwassernutzungssystem ausgestattet.
„Das System ist wirklich großartig, da es nicht nur die Energieeinsparung verbessert, sondern uns auch Einzelheiten über die eingesparte Energie liefert“, so Jagjeet Singh, Senior Manager der Abteilung Einrichtungen, Wartung und Sicherheit von UOW Malaysia KDU. „Ich dachte ursprünglich, dass es sehr schwierig ist, entsprechende Daten vom BMS zu erhalten, wurde dann aber angenehm vom Gegenteil überrascht. Die Daten sind einfach auszulesen und lassen sich somit ohne großen Aufwand dem Management auf monatlicher Basis präsentieren". Jagjeet Singh, der seit über 14 Jahren in der Bildungsgruppe tätig ist, fügt hinzu, dass das System neben dem wichtigsten Faktor – der Energieeffizienz – auch bei der Nachverfolgung hilfreich sei.