Klassenziel erreicht mit KNX

Technik - Bussysteme

Theben. - Getreu dem Motto: „Nicht für die Schule, sondern für das Leben lernen wir“, haben Schülerinnen und Schüler in Landshut ihr Klassenzimmer automatisiert. Mit einer KNX-Steuerung erfassen sie Temperatur, Helligkeit und Präsenz sowie die Luftqualität.

04. Februar 2016

KNX als Lehrfach am Gymnasium? Ganz so weit geht man im bayerischen Landshut nicht. Aber im Rahmen eines P-Seminars ist der Umgang mit Bustechnik durchaus möglich. Denn das “P“ steht für Praxis. Es soll möglichst viele Berührungspunkte mit außerschulischen Institutionen, Wirtschaft und Industrie bieten.

Am Hans-Leinberger-Gymnasium haben dies Schülerinnen und Schüler der Oberstufe besonders konsequent umgesetzt: Hilfe von außen bekamen sie vom ehemaligen Schüler, Stefan Eben, inzwischen Geschäftsführer der Syspa Gebäudesystemtechnik GmbH. Mit sehr viel Engagement betreute er das Projekt über eineinhalb Jahre von der Planung bis zur Inbetriebnahme. „Wir wollen junge Leute für die Technik begeistern, denn wir brauchen Nachwuchs. Es wäre großartig, wenn einer der Teilnehmer später einmal bei uns einsteigen würde“, begründet er seine Initiative.

Per Online-Kurs erlernten die Teilnehmenden den Umgang mit der KNX-Software ETS4, besorgten sich Schalt- und Installationspläne ihres Klassenzimmers und analysierten die Möglichkeiten der Gebäudeautomation. Ulrich Kosterhon, stellvertretender Schulleiter und Projektbetreuer, beschreibt die Ziele: „Energie zu sparen war ein wichtiger Punkt. Aber auch der Komfort musste stimmen. An jedem Arbeitsplatz leidet die Leistungsfähigkeit, wenn das Raumklima schlecht ist. Das gilt für ein Büro oder eine Werkstatt genauso wie für ein Klassenzimmer.“

In der Zwischenzeit besorgte Stefan Eben die Komponenten: Systemgeräte, Schalt- und Steuerungsaktoren für Beleuchtung und Jalousien, Stellantriebe für die Heizkörper, Gateway für die Dali-Steuerung der Lichtbänder, eine Wetterstation und die Sensorik innerhalb des Klassenzimmers. Hierfür griff er zu Produkten der Theben AG. Gute Erfahrungen aus seiner Praxis und das stimmige Angebot KNX-fähiger Geräte gaben den Ausschlag.

Um die Wirksamkeit der Automation möglichst genau zu überprüfen, wurden gleich zwei Klassenzimmer mit Sensoren ausgestattet: das eigentliche Projektzimmer und ein benachbartes Klassenzimmer. Dort erfassen die Sensoren nur die Ist-Zustände, die Regelung erfolgt weiterhin manuell, ohne bei den Messergebnissen zu spicken.

Dokumentation und Vergleich der Daten aus beiden Zimmern ermöglichen dann eine Erfolgskontrolle. Voraussetzung war natürlich eine detailgenaue Erfassung, die mit Baumarktprodukten nicht zu erreichen ist.

Der Präsenzmelder Theprema P360 KNX überwacht als Master den Raum. Nach Unterrichtsende sendet er Ausschaltimpulse an die Aktoren für Licht und Heizung, wobei Letztere die Temperatur natürlich nur absenken. Ein weiterer Melder, ein preisgünstiger Theprema S360 KNX als Slave im hinteren Teil des Raumes, erweitert den Erfassungsbereich.

Neben der Präsenz erfasst der Hauptmelder mittels gerichteter Lichtmessungen die Helligkeit in Fensternähe und im Innenraum. So lassen sich das fensterseitige und das raumseitige Lichtband unabhängig dimmen, sowie die Jalousien steuern. Die vorhandene Dali-Steuerung für die Lichtbänder wurde mittels eines KNX-Adapters integriert.

Natürlich sind auch die Jalousien in das Beleuchtungskonzept einbezogen. Neben der Helligkeitsmessung im Zimmer berücksichtigt das Steuerungskonzept hierfür die Daten einer Wetterstation an der Fassade.

Ausgestattet mit einem GPS-Empfänger kann sie mit Datum, Uhrzeit und Standortkoordinaten errechnen, wie weit die Jalousien geschlossen und in welchem Winkel die Lamellen gestellt werden müssen, damit die Sonne nicht direkt ins Zimmer scheint, die Durchsicht nach draußen jedoch so wenig wie möglich beeinträchtigt wird. Diese beiden Verfahren, die Schattenkantennachführung und die Sonnennachlaufsteuerung sorgen für eine blendfreie Beleuchtung mit möglichst viel diffusem Tageslicht. Die Wetterstation misst außerdem die Windgeschwindigkeit und fährt die Jalousien notfalls zwangsweise hoch.

Manuelle Schaltmöglichkeiten gibt es nur noch für das Tafellicht und die Jalousien, außer bei Starkwind. Damit lässt sich der Raum zum Beispiel für eine Beamer-Präsentation abdunkeln. Auch die Raumtemperatur wird automatisch geregelt. Ein Ramses 713 S KNX-Temperatursensor ersetzt die Thermostate. Im Zusammenspiel mit elektrischen Stellantrieben sorgt er für energieeffizientenKomfort. Damit keine Energie verschwendet wird, sind die Fenster mit Kontakten versehen. Sind sie zum Lüften geöffnet, schließen sich die Stellantriebe. Die Regelung arbeitet auf 0,3 K genau. Je nach Tageszeit und Präsenz im Raum fährt die Heizung im Komfort-, Absenk- oder Frostschutzbetrieb.

Ein Highlight ist die Messung der CO2-Konzentration mit dem Amun-716-KNX-Raumluftsensor. Sein Einsatz ist so bemerkenswert, weil im Gegensatz zu Temperatur und Helligkeit die Luftqualität in vielen Automatisierungskonzepten nicht exakt gemessen wird. Man verlässt sich stattdessen auf eine ausreichende Dimensionierung der Lüftungsanlage.

In Landshut waren zwar Ventilatoren vorhanden, aber deren Steuerung hätte den ohnehin schon anspruchsvollen Rahmen des Projekts gesprengt. Zudem waren die vorhandenen Lüfter zu laut für den Dauerbetrieb. Um die Luftqualität auch ohne Automatik in den Griff zu bekommen, machten sich die Schüler ein kleines Feature des Amun 716 KNX zunutze: Eine mehrfarbige LED direkt am Gerät macht auf überhöhte CO2-Konzentrationen aufmerksam. Die Schwellen hierfür sind konfigurierbar. So erhält die Klasse eine Lüftungsempfehlung, bevor sich die Luftqualität auf die Konzentrationsfähigkeit auswirkt.

Durch Vergleichsmessungen fanden die Schüler heraus, dass die Position des Sensors im Raum unkritisch war. Die natürliche Luftbewegung durch die Thermik im Raum und die anwesenden Person sorgt für eine ausreichend gleichmäßige Durchmischung. Der nächste Schritt, eine vollautomatische Lüftung, könnte das Ziel eines weiteren P-Seminars sein.

Die Schülerinnen und Schüler haben viel gelernt, was sich im späteren Leben einsetzen lässt: was ein gesundes Raumklima ausmacht, welche technischen Möglichkeiten die Gebäudeautomation bietet oder wie ein Bussystem funktioniert. Speziell mit KNX haben sie die Bekanntschaft eines Konzepts gemacht, das im Betrieb ohne zentrale Steuerung auskommt. Einmal konfiguriert und programmiert, kommunizieren die Teilnehmer per TP-Leitung (twisted pair) direkt miteinander, sogar gewerkeübergreifend.

Ein PC ist trotzdem vorhanden. Er dokumentiert, wie sich die Steuerung in der Praxis bewährt – und das tut sie: Das Ziel, Energieeffizienz und Komfort zu verbinden, wurde ohne Abstriche erreicht. Darüber hinaus rundete der direkte Vergleich mit dem ungeregelten Zimmer das Erfolgserlebnis ab. Die Schüler können beobachten, wie gut ihr Konzept funktioniert und wie sich äußere Faktoren auswirken. So erfahren sie auf dem Bildschirm, wie die CO2-Konzentration ansteigt und bereits bei kurzem Stoßlüften wieder absinkt.

Auch sonst fällt das Fazit aller Beteiligten rundherum positiv aus. „Keiner hat den Lichtschalter an der Tür vermisst“, bringt Stefan Eben die Akzeptanz für die neue Anlage auf den Punkt. Dabei fällt dies zuerst ins Auge.

Statt des gewohnten Schalters am Eingang findet man jetzt ein Display mit den wichtigsten Statusmeldungen. Darüber freut sich auch der Hausmeister: Er kann sicher sein, dass in diesem Zimmer niemand mehr vergisst, das Licht auszuschalten oder die Heizung abzudrehen. Das übernehmen diskret die Theben-Präsenzmelder an der Decke.

Erschienen in Ausgabe: 01/2016