Expertise vor Ort als Erfolgsbasis - Mit Automatisierung Industriegebäude energetisch optimieren

Die im industriellen Umfeld stetig steigenden Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Gebäude und ihrer technischen Anlagen sowie die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen bestimmen eine hohe Qualität bei gleichzeitig möglichst niedrigen Betriebskosten, um die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen zu sichern. Die Automatisierungstechnik spielt hier eine zentrale Rolle.
Über moderne Bussysteme und eine entsprechende Leittechnik lassen sich Gebäudeteile, Regelungsgruppen und Geräte automatisieren, steuern und überwachen. Zudem liegen die größten, effizientesten und kostengünstigsten Energie- und CO2-Einsparpotenziale generell im Bereich der Gebäude: Energieintensive Industriestandorte haben ein Vielfaches mehr an Energiebedarf als Privathaushalte, sodass mit wenig Aufwand ein großes Einsparpotenzial erschlossen werden kann.
Aber welches Gebäudekonzept ist das richtige? Welche Technik ist die sinnvollste? Welcher Betriebsansatz ist der optimale? Antworten darauf hat die Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG an ihrem Standort Biberach gefunden.

Sinnvolle Lösungen vor Ort identifizieren und umsetzen
Boehringer Ingelheim versteht sich als forschungsorientiertes Pharmaunternehmen. Seine Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten umfassen neue chemische Wirkstoffe und biotechnische Verfahren zur Wirkstoffproduktion. Am weltweit größten Forschungs- und Entwicklungsstandort des Unternehmens, im oberschwäbischen Biberach an der Riss, sind von der Idee bis zur Marktreife alle Forschungs- und Entwicklungsschritte vertreten.
Darüber hinaus betreibt Boehringer Ingelheim hier eine der größten biotechnologischen Produktionsanlagen Europas. An diesem High-Tech-Standort arbeiten rund 5500 Mitarbeiter auf etwa 43000 m² Labor- und auf rund 27000 m² Produktionsfläche.
Ein signifikanter Kostenfaktor bei der Errichtung und beim Betrieb der Gebäude sind die technischen Anlagen und insbesondere die Lüftung. Denn die Luft muss dort ganz speziellen Anforderungen an Temperatur, Feuchte und Reinheit genügen. Um dem Optimum für Qualität und Kosten möglichst nahe zu kommen, muss Erfahrung aus dem Betrieb von Gebäuden und Standorten systematisch gesammelt sowie ein Gesamtverständnis für die Bauten und technischen Anlagen entwickelt werden. Daraus können dann flexible, sinnvolle und notwendige Gebäude- und Betriebsphilosophien abgeleitet werden, die Voraussetzungen für hohe Qualität und niedrige Kosten sind.
Boehringer Ingelheim setzt dafür auf seine Ingenieure und Techniker. Sie beschäftigten sich intensiv mit den Energieflüssen in den Gebäuden und Anlagen. Aus diesem Verständnis heraus konnten sie Schwachstellen erkennen und ganz gezielt Veränderungen umsetzen, um die Qualität zu erhöhen, Kosten zu reduzieren und Standards für neue Gebäude und technische Anlagen zu definieren.
Auf diese Weise war es möglich, bei deutlich gestiegener Nutzfläche am Standort Biberach die Kosten für die Instandhaltung und den Energieverbrauch signifikant zu senken.

Mit einem Pilotgebäude vertiefte Erfahrungen sammeln
Im Jahr 2005 ging ein neues komplexes Laborgebäude der pharmazeutischen Entwicklung in Betrieb. Es wurde – aufbauend auf den gesetzlichen Bestimmungen und den zuvor am Standort entwickelten Standards – folgendermaßen errichtet und betrieben:

• Standardisierte Wärmerückgewinnung als Kreislaufverbundsystem,
• frequenzgeregelte Antriebe,
• dynamische und nutzungsabhängige Regelung von Luftmengen, Feuchtewerten, Temperaturen,
• standardisiertes Automatisierungskonzept,
• standardisierte Funktionen für Anlagentechnik und Räume,
• standardisierte Leittechnikstruktur,
• standardisiertes Langzeitarchiv für Anlagen- und Energiedaten,
• tageslichtabhängige Steuerung der Beleuchtung und der Außenjalousien.

Da in diesem Gebäude aufgrund der vorhandenen Automatisierungstechnik die Möglichkeit gegeben war, auf eine Vielzahl von Anlagendaten zuzugreifen und diese zu analysieren, wurden dort schrittweise Anpassungen durchgeführt, die bislang zu einer Halbierung des Gesamtenergieverbrauchs führten (siehe nebenstehende Abbildung).
Entscheidend ist, dass diese deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs nicht durch den Austausch von kompletten Systemen, wie z.B. Fassadenisolierungen, Fenster oder die Erneuerung von Lüftungsanlagen, zu Stande kam. Derartige Sanierungen sind in aller Regel unwirtschaftlich. Beispielsweise liegt bei Fassadensanierungen die Amortisationszeit ohne Zinsen meist bei über 30 Jahren. Deshalb wurden gezielt Anlagenparameter und die Betriebssoftware der Automatisierungstechnik angepasst.
Der Ansatz bestand darin, in einem ersten Schritt die zentralen technischen Anlagen und dann in einem zweiten Schritt alle Räume zu analysieren und zu optimieren. Aufgrund des sehr hohen Anteils der Lüftungstechnik am Gesamtenergieverbrauch der Labor- und Produktionsgebäude von Boehringer Ingelheim wurde der Fokus zunächst auf Optimierungen des Bereichs Lüftung gelegt. Danach wurden die anderen Bereiche bearbeitet, da auch dort zum Teil hohe Potenziale nutzbar waren.
Insgesamt war die Reduktion der Gebäudebedarfe und Raumbedingungen auf das jeweils erforderliche Maß entscheidend. Darüber hinaus erschloss das Abschalten von Anlagen in der arbeitsfreien Zeit (Nacht, Wochenende, Feiertage) ein großes Energieeinsparpotenzial. Konkrete Beispiele für umgesetzte Maßnahmen sind:

• Druckregelung der Lüftungsanlagen, Reduzierung des Systemdrucks auf das Notwendige,
• dynamische Regelung der Luftmengen auf den Bedarf der Nutzer,
• Optimierung des Wärmerückgewinnungssystems,
• dynamische Feuchteregelung, Abschalten der Befeuchtung in der arbeitsfreien Zeit,
• Optimieren der Luftmengen in allen Räumen und Anpassen auf den tatsächlichen Bedarf der Nutzer,
• Entkopplung der Funktionen Heizen und Kühlen in allen Räumen; Festlegen eines Temperaturbereichs, in dem Räume weder beheizt noch gekühlt werden; in Räumen ohne besondere behördliche Anforderung sind das 21 bis 26°C,
• Nutzung vorhandener Abwärme von gebäudetechnischen Anlagen und von Nutzerequipment und Rückspeisung der Energie im Gebäude,
• Licht- und Jalousiesteuerung mit tageslichtabhängiger Regelung.

Für das Pilotgebäude führt die konsequente Reduzierung des jährlichen Energiebedarfs so mittlerweile zu Einsparungen von über 300000 Euro pro Jahr. Der größte Teil davon liegt mit rund 80% im Bereich Wärme. Die Einsparungen im Bereich Strom und Kälte liegen jeweils bei etwa 10%. Mit dem Gesamtvolumen an eingesparter Energie des Pilotgebäudes könnten jedes Jahr etwa 400 Einfamilienhaushalte versorgt werden. Darüber hinaus werden dadurch in Biberach Jahr für Jahr rund 1750 Tonnen weniger CO2 ausgestoßen.
Der einmalige Aufwand für alle umgesetzten Optimierungsmaßnahmen des Pilotgebäudes liegt bei rund 60000 Euro, sodass die Amortisationszeit der Maßnahmen etwa zwei Monate beträgt. Sehr wichtig ist, dass mit den umgesetzten Maßnahmen die Anforderungen an die Produktsicherheit, wie z.B. an die Hygiene, nach wie vor vollständig eingehalten werden und dass die Funktionssicherheit des Gebäudes insgesamt zugenommen hat. Generell lässt sich feststellen: Diese Themen und die damit zusammenhängenden physikalischen Zusammenhänge sind sehr komplex. Die Aufzählung der Maßnahmen klingt einfach, ist aber in der Praxis eine Herausforderung.

Übertragbarkeit erwünscht
Das Know-how, das im Zuge der Maßnahmen am Standort Biberach aufgebaut wurde, wird bei der Planung und Errichtung neuer Gebäude und für den Betrieb der bestehenden Bauten genutzt. Denn wenn die fachliche Expertise und eine dem Stand der Technik entsprechende Automation vorhanden sind, lässt sich ein enormes Optimierungspotenzial heben. Ein energiebewusstes Handeln macht auch deshalb Sinn, weil alle größeren Unternehmen nach dem Energiedienstleistungsgesetz 2015 verpflichtet sind, die Durchführung von systematischen Untersuchungen ihrer Energieflüsse und ihrer Energieeffizienz nachzuweisen. Dies betrifft alle, die nicht in die EU-Definition für kleine und mittlere Unternehmen fallen.
Durch die Nutzung einer digitalen Mess-, Steuer-, Regelungs- und Leittechnik ist es möglich, Immobilien und technische Anlagen qualitativ und wirtschaftlich zu optimieren und insbesondere die Energieeffizienz von Industriebauten wesentlich zu verbessern. Entscheidend ist dabei der Einsatz von Fachspezialisten, die durch ihre Projekt- und Betriebserfahrungen das komplexe Gebilde „Industriegebäude“ verstehen und mit kostengünstigen Maßnahmen nachhaltig verbessern.
Hierfür sind gesamthaft denkende Ingenieure und Techniker gefragt, die über ein gewerkeübergreifendes Verständnis für die technische Gebäudeausrüstung und die Schnittstellen zum Hochbau verfügen, sodass Gebäude ganzheitlich geplant und betrieben werden können. Denn die Zukunft – durch Gesetze sowie Fördermaßnahmen unterstützt – gehört den hocheffizienten Neu- und Altbauten.

Autor: Alexander Bischel, Leiter Facility Engineering des Standorts Biberach, Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG

VDI Konferenz „Gebäudeautomation“ mit Fachausstellung
Am 7. und 8. Juni dreht sich in Baden-Baden alles um die aktuellen Herausforderungen für die Gebäudeautomation. Top-Themen der Fachkonferenz des VDI Wissensforums sind deshalb: Building Information Modeling, IT-Netzwerke und -Sicherheit, Internet of Things und neue Standards, Smart Grids und Energieversorgungskonzepte, Energiemanagement, Funktionale Sicherheit und Brandschutzkonzepte, VDI-Richtlinien 3813 und 3814, Gebäudeautomations-Planung und Einführung neutraler Datenkommunikation. Nähere Informationen unter: www.vdi.de/gebaeudeautomation