Autobahn-Garage

Herausforderung

Die Schweiz: Malerische Dörfer, spektakuläre Bergwelten, märchenhafte Seen und beeindruckende Gletscher. Zumindest bei letzteren stellt sich die Frage: wie lange noch? Denn die Schweiz ist vom Klimawandel besonders stark betroffen. Mit 2.5 °C liegt die Erwärmung deutlich über dem globalen Mittel von 1.1 °C. Das hat teilweise verheerende Auswirkungen auf die wunderschöne Natur. Überraschend für viele: 26 % der Treibhausgasemissionen der Schweiz stammen von Gebäuden.

Durch ein ganzheitliches Energiemanagement könnte ein Großteil dieser Emissionen reduziert werden. Bei Loxone haben wir ein einfaches, dreistufiges Modell entwickelt, das dabei helfen soll, den Energiebedarf eines Projekts besser zu verstehen, zu verwalten und effizienter zu gestalten.

Wie ein ganzheitliches Energiemanagement in der Praxis aussehen kann, verdeutlicht das Beispiel der Autobahn-Garage Zwahlen & Wieser AG. Die Inbetriebnahme des Energiemanagements erfolgte im April 2023 nach einer grundlegenden Modernisierung der Liegenschaft. Ein besonderer Fokus lag dabei auf dem Energiemanagement des vielfältigen Gewerbeobjektes mit Büros, Waschanlage, Werkstatt, Lackiererei, Ausstellungsräumen und mehr.

Folgende Komponenten kamen zum Einsatz:
Photovoltaikanlage: Mehr als 900 PV-Module liefern 380 kWp. Die Anlage ist der zentrale Energielieferant des Projekts.

Thermischer Energiespeicher: Fast 5 Tonnen schwer, 15 Meter hoch, 2 Meter Durchmesser und ein Fassungsvermögen von über 45'000 Litern – der Swiss Solartank ist ein wichtiges Element des Energiekonzepts. Mit dem thermischen Speicher wird vor allem das Warmwasser für die sehr energieintensive Lackieranlage bereitgestellt.

Batteriespeicher: Als Übergangslösung war zunächst ein mobiler Batteriecontainer mit Second-Life-Batterien und 40 kW Leistung bzw. 90 kWh Kapazität im Einsatz. In Zukunft soll eine umweltfreundliche Variante, wie beispielsweise eine Salzbatterie, zum Einsatz kommen.

(Bidirektionale) Ladestationen: Die Autobahn-Garage verfügt über eine bidirektionale sowie 24 unidirektionale Ladestationen.

Abwärme Luftkompressor: Der Druckluftkompressor erzeugt eine große Menge Abwärme. Die 5 kW Energie bzw. 45°C Wassertemperatur werden zur Warmwasserbereitung genutzt.

Lösung

Eines der wichtigsten Ziele in diesem Projekt ist die Erhöhung des Eigenverbrauchs, also die optimale Nutzung der selbst produzierten Energie aus der großen 380 kWp PV-Anlage. Diese soll möglichst nicht ins Stromnetz eingespiesen werden. Um dies sicherzustellen, managt der Loxone Miniserver alle relevanten Energieflüsse.

Als wichtiger Bestandteil des Energiemanagementsystems fungiert der Swiss Solartank als riesiger Pufferspeicher. Besteht ein solarer Überschuss sorgt das System zunächst dafür, dass die 45’000 Liter Fassungsvermögen des thermischen Speichers auf bis zu 90 °C erhitzt werden. Das entspricht ca. 1’800 kWh thermischer Energie. Eine Hauptaufgabe des Speichers ist es, den großen Wärmebedarf der Lackieranlage zu decken. Diese benötigt unter Volllast rund 630 kWh und 70-80 °C – ein Bedarf, der mit der bestehenden Heizung nicht gedeckt werden konnte. Da die Lackieranlage der mit Abstand größte Verbraucher ist, wird der Solartank vom automatisierten Energiemanagement priorisiert behandelt.

“Im Sommer ist der Swiss Solartank so meistens zwischen 80-100 % geladen. In den Übergangszeiten, von März bis Mai und September bis November, reicht die am Wochenende nachgeladene Energie, um den Energiebedarf der Woche zu decken. Nur in den Wintermonaten wird der Solartank über Nacht, wenn im Gebäude fast kein Wärmebedarf besteht, zusätzlich mit der bestehenden Gebäudeheizung geladen.” so Markus Streit

Unterstützung bekommt der Solartank auch von unerwarteter Stelle. Der Druckluftkompressor der Autobahn-Garage erzeugt im Betrieb große Mengen Abwärme. Diese wird genutzt, um das Brauchwasser der Liegenschaft vorzuwärmen. Die Abgabetemperatur liegt dabei bei 40-50°C. Die Steuerung erfolgt ebenfalls über den Loxone Miniserver.

Eine weitere wichtige Komponente des intelligenten Energiemanagements ist der 90 kWh Batteriespeicher. Dieser dient vor allem dem Peakshaving. Er soll verhindern, dass der zu kleine Netzanschluss bei gleichzeitigem Betrieb von größeren Verbrauchern überlastet wird. Als Beispiel können hier die zwei Autolifte mit je 60 kW, die Lackieranlage mit 80 kW oder die Ladeinfrastruktur mit 42 kW genannt werden. Der Batteriespeicher wird mit Solarenergie geladen und überbrückt auch hier kurzzeitige Spannungsspitzen. Deshalb ist die Kapazität gegenüber der Leistung auch eher gering. Auch die bidirektionale DC-Ladestation dient dem Peakshaving und ergänzt den Batteriespeicher um zusätzliche 10 kW. Die Anbindung an das Loxone Energiemanagement System erfolgte über die Modbus TCP Schnittstelle. Überhaupt spielen die insgesamt 25 E-Ladestationen beim Lastmanagement eine zentrale Rolle. Um Lastspitzen zu vermeiden und die E-Autos möglichst nur mit solarem Überschuss zu laden, wurden 4 Lademodi von 25 % bis 100 % Leistung definiert. In Abhängigkeit der aktuellen Situation werden die Lademodi vom Miniserver automatisch gesetzt. Die Ladestationen werden in der Nacht auf 40% Ladeleistung reduziert. Am Tag stehen prinzipiell 100% Leistung zur Verfügung. Außer bei einer Stromspitze – dann reduziert der Loxone Lastmanager die Leistung schrittweise.

Auch die komplette Heizungssteuerung erfolgt über Loxone, in der sowohl Deckenstrahler, Radiatoren, Lufterhitzer sowie eine Fußbodenheizung zum Einsatz kommen. Die intelligente Einzelraumregelung des Systems ermöglicht es, in den verschiedenen Bereichen des Objekts unterschiedliche Soll-Temperaturen zu gewährleisten, die hinterlegte Fuzzy Logic des Miniservers sorgt dafür, dass die gewünschten Temperaturen so energieeffizient wie möglich erreicht werden. Um ein Projekt wirklich energieeffizient zu klimatisieren, ist bei der Heizung aber noch lange nicht Schluss. Deshalb bekommt die Raumheizung Unterstützung durch die intelligente Beschattung. Liegt ein Raum unter der gewünschten Soll-Temperatur und besteht ein solarer Ertrag, lässt die Beschattung diese Wärme ins Gebäude, anstatt einfach aufgrund der Helligkeit zu beschatten. “Im Sommer funktioniert das natürlich umgekehrt. Zusätzlich haben wir über die motorisierten Dachfenster eine Nachtauskühlung realisiert.” so Streit.

Eine präsenzabhängige Steuerung der Heizung, Beleuchtung sowie des Audio-Systems sorgt – neben einem angenehmen Umfeld für Mitarbeiter und Kunden – dafür, dass die Grundlast möglichst gering gehalten und möglichst keine Energie verschwendet wird. Wie genau sich die Modernisierung auf den Energieverbrauch der Autobahn-Garage Zwahlen & Wieser AG auswirkt, kann aktuell noch nicht gesagt werden, da das System erst seit kurzem in Betrieb ist und aktuell noch optimiert wird. “Die ersten Zahlen sind jedoch sehr vielversprechend und es zeichnet sich eine deutliche Kostenreduzierung von bis zu 50% ab.” freut sich Fred Zwahlen, Mitglied der Geschäftsleitung.

Mit Loxone haben wir ein umfassendes Energie- und Lastmanagement realisiert. Dadurch lassen sich die Energieflüsse intelligent steuern und die verschiedenen zur Verfügung stehenden Sektoren koppeln. Dazu wird bei Leistungsspitzen an verschiedenen Verbrauchern die Leistung reduziert, Verbraucher gesperrt oder Speichersysteme hinzugezogen. Dabei darf der Arbeitsfluss im Betrieb nicht behindert werden.

Markus StreitGerber Elektro + Energietechnik AG