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Der Solar-Igel - Neue Möglichkeiten der Steuerung solarstrahlungsabhängiger Anlagen und Geräte

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Hausbewohner und Büroangestellte kennen das Ärgernis: Werden bei Sonnenschein nicht ganz schnell die Jalousien heruntergelassen, heizt sich der Raum unerträglich auf. Schieben sich Wolken vor die Sonne, ist es plötzlich ziemlich dunkel im Zimmer, sofern die Lamellen nicht schräg gestellt oder die Jalousien wieder hochgezogen werden.

Dieses Beispiel macht deutlich, wie wichtig die genaue Kenntnis der aktuellen solaren Einstrahlung für technische Anwendungen sein kann. Um die geeigneten Messgeräte für diese Anwendung zu finden, wurde eine Analyse der vorhandenen Messtechnik durchgeführt. Es stellte sich aber sehr schnell heraus, dass keine kostengünstigen und wartungsarmen Messgeräte zur Erfassung der solaren Einstrahlung verfügbar waren.

Neue Anwendungen für den Solar-Igel

Mit diesem neuen Messsystem eröffnen sich aber auch vielfältige neue Anwendungsgebiete, die in dieser Form mit konventioneller Messtechnik gar nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich sind. Eines dieser neuen Einsatzgebiete ist die Gebäudeautomation. Die moderne Gebäudearchitektur ist durch großflächige Glasfassaden geprägt. Dem Vorteil der großzügigen Tageslichtnutzung steht jedoch der Nachteil einer notwendigen Raumklimatisierung entgegen. Die Steuerung des Wärmeeintrags wird in der Regel durch Beschattungssysteme (Außenjalousien) vorgenommen. Um einen möglichst großen Komfort für den Nutzer zu erreichen, werden zunehmend moderne Gebäudeleitsysteme eingesetzt. Für diesen Zweck wird vielfach der Europäische Installationsbus (EIB) eingesetzt.

Im Gegensatz zur herkömmlichen Elektroinstallation, bei der jede Funktion eine eigene Leitung und jedes Steuerungssystem ein separates Netz benötigt, lassen sich mit dem EIB alle betriebstechnischen Funktionen und Abläufe über eine gemeinsame Leitung steuern und überwachen. Außer der Einsparung von Leitungen resultieren daraus weitere Vorteile. Die Installation in einem Gebäude läßt sich wesentlich einfacher realisieren, später problemlos erweitern und ändern. Bei Nutzungsänderungen oder Änderungen der Raumaufteilungen erfolgt eine schnelle und problemlose Anpassung des EIB - Systems durch einfache Neuprogrammierung der elektrischen Bauteile (Schalter, Leuchten, Jalousien, ..), ohne dass Leitungen neu verlegt werden müssen. Weiterhin gestattet dieses Bussystem eine individuelle Raumbeleuchtung und Klimatisierung durch zentrale Steuerung bei dezentralen Eingriffsmöglichkeiten durch den Nutzer vor Ort. Durch derartige Bussysteme lassen sich zudem hohe Energieeinsparpotenziale erschließen.

Die natürliche Ausleuchtung, aber auch der Wärmeeintrag in einem Raum, sind sehr stark vom Sonnenstand und von der Bewölkung abhängig. Daher ist die Information, aus welcher Richtung und mit welcher Intensität die Strahlung in den Raum eintritt, eine Schlüsselinformation für eine komfortable und energieeffiziente Abschattungssteuerung. Mit der bisher eingesetzten Strahlungssensorik ist eine Abschattungssteuerung, die die Geometrie des Gebäudes mit einbezieht, sehr aufwendig und kostenintensiv. Hier greifen die Vorteile des Solar-Igels, der die Einstrahlung richtungsaufgelöst bereitstellen kann. Somit ist auf der gesamten Gebäudehülle die Einstrahlungsverteilung bekannt und damit auch der Strahlungseintrag durch die Fenster berechenbar.

Die erste Systemintegration dieses neuen Steuerungskonzepts für Abschattungssysteme mit dem Europäischen Installationsbus ist an der Landesversichungsanstalt Westfalen (LVA) in Münster vorgenommen worden. Es handelt sich um einen Rundbau mit offenem Innenhof. Neben einem vorhandenen Altgebäude wurde ein Erweiterungsbau mit über 200 Büroeinheiten (1000 Jalousien) errichtet.

Der Solar-Igel dient in Verbindung mit einem Steuerungs-PC als intelligentes Mess- und Steuersystem. Mittels der Anbindung an den EIB steuert der PC sonnensstands-, temperatur- und einstrahlungsabhängig sowohl die Außenjalousie, als auch die Beleuchtung. Der Steuerungs-PC bietet die Möglichkeit, das Programm durch eine komfortable Bedieneroberfläche flexibel einzustellen und so den Nutzerwünschen anzupassen. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist die integrierte Protokollierung der EIB-Aktionen. Der Solar-Igel wird in diesem Projekt für zwei unabhängige Steuerungsaufgaben eingesetzt.

1. Abschattungssteuerung

Ziel der entwickelten Abschattungssteuerung ist es, möglichst viel diffuses Sonnenlicht zur Beleuchtung der Räume zu nutzen, aber gleichzeitig die Blendung und Aufheizung durch direkte Sonneneinstrahlung zu verhindern. Da in Verbindung mit dem alten Bürogebäude Teilabschattungen auftreten können, werden diese durch den Steuerungs-PC berechnet und bei der Außenjalousieansteuerung berücksichtigt. Der Mitarbeiter im Büro kann aber dennoch die Jalousie von Hand steuern. Dieses registriert der Steuerungs-PC und berücksichtigt diesen Nutzerwunsch im weiteren Verlauf.

2. Lichtsteuerung

Die zweite Aufgabe besteht darin, das Licht in den Fluren, Treppenhäusern, usw. zu schalten. Ziel der entwickelten Lichtsteuerung ist, eine möglichst hohe Energieeinsparung durch konsequente Nutzung des Sonnenlichts zu erreichen.

Neben dieser zentralen Abschattungs- und Lichtsteuerung existiert ein Überwachungssystem, das in dem Westfälischen Landesmuseum für Kunst und Kulturgeschichte, ebenfalls in Münster, zur Vermeidung unzulässig hoher Solarstrahlungsbelastungen der historischen Kunstwerke bei möglichst natürlicher Ausleuchtung beitragen soll.

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