Energieeffizienz ...
... im Europa-Park durch intelligente Lüftungsregelung

Der Europa-Park
Seit der Eröffnung im Sommer 1975 haben über 74 Millionen Menschen den Park besucht. Mit über vier Millionen Besuchern im vergangenen Jahr ist der Europa-Park der besucherstärkste saisonale Park weltweit, der mit Abstand größte Freizeitpark in Deutschland und das meist besuchte Tourismusziel Deutschlands nach dem Kölner Dom. Der Park ist ein Familienunternehmen, in das die Familie Mack bereits über 500 Millionen Euro investierte und das in der Hauptsaison bis zu 3.500 Mitarbeiter beschäftigt. Rund 100 Attraktionen und internationale Shows garantieren Spaß und Unterhaltung für die ganze Familie. Längst ist der Europa-Park dabei mehr als nur ein klassischer Freizeitpark: eine renommierte Tagungsadresse und ein beliebter Standort für Events und Fernsehproduktionen. Durch die vier 4-Sterne Erlebnishotels ist er darüber hinaus ein beliebtes Kurzurlaubsziel für Gäste aus ganz Europa.

Bild 1: Der Europa-Park in Rust ist der besucherstärkste Freizeitpark Deutschlands.

Das 4D-Kino
Seit 2004 gehört auch das Magic Cinema 4D zu den Attraktionen des Parks. Das Kino empfängt die Besucher in einer vierdimensionalen Welt: sehen, hören, fühlen und begreifen. Der Film „Panda Vision“, eine Kooperation mit dem World Wide Fund for Nature (WWF Deutschland) – der weltweit größten unabhängigen Umweltorganisation –, entführt die Zuschauer in die Tierwelt und lässt sie die Natur mit allen Sinnen spüren. Fische fangen, mit Schildkröten schwimmen und Schlangen berühren – umgeben von einem beeindruckenden Soundsystem und auf einer riesigen Leinwand von 19 x 9 Metern. Überraschende 3D-Effekte fesseln den Blick, die Nase erfasst unterschiedliche Düfte, die Haut spürt frischen Wind oder ist umhüllt von Nebelschwaden. Für den besonderen Kick sorgt ein so genannter „Bodyshaker“, der die Sitze während des Films vibrieren lässt. Alles in allem Kino für alle Sinne.

Bild 2: Das 4D-Kino im Europa-Park in Rust ist nicht nur dreidimensional

Die 4D-Vorstellungen laufen von morgens 10:00 Uhr bis Parkschluss und dauern jeweils 15 Minuten. Zwischen den einzelnen Vorführungen ist eine Pause von ebenfalls 15 Minuten. Von 20.00 bis 24.00 Uhr werden mehrmals pro Woche aktuelle Filme in herkömmlicher 2D-Technik vorgeführt, die von der 4D-Technik des Kinos unterstützt werden: So wackeln etwa bei einem Erdbeben plötzlich die Sitze. Die 4D-Technik stellt die Lüftungsanlage des Kinos dabei vor eine große Herausforderung: Während des 4D-Kinobetriebes wird je nach Filmszene auch der entsprechende Duft von der Decke aus eingesprüht. Bei den Unterwasser-Szenen werden so zum Beispiel geringe Mengen Meerwasserduft oder bei Urwaldszenen Duft von frischem Gras versprüht. Damit der jeweilige Duft sich nicht mit dem nächsten vermischt, muss er schnell wieder abgesaugt werden. Denn die Zuschauer folgender Vorführungen sollen nicht anhand der Restdüfte erahnen, was sie erwarten könnte. Auch aus diesem Grund läuft der Kinobetrieb regeltechnisch gesehen in drei Betriebsarten:

1. 4D-Vorstellungen im Rahmen der Attraktionen im Europa-Park,
2. Pausen zwischen den 4D-Einheiten und Vorführungen von aktuellen Kinofilmen und
3. Nachtbetrieb.

Bild 3: Das 4D-Kino zeigt auch aktuelle Kinofilme

Für eine energieeffiziente Regelung der Lüftung setzt der Europa-Park auf Regelungstechnik von CentraLine. Diese ordnet jeder Betriebsart ein eigenes Regelprogramm zu, das die unterschiedlichen Komponenten optimal aufeinander abstimmt.

Komponenten der Lüftungsanlage

Bild 4: Schematische Darstellung der Lüftungsanlage des 4D-Kinos im Europa-Park Rust

Wie Bild 4 zeigt, besteht die Anlage aus Mischluftklappen (1), einem direkt befeuerten Lufterhitzer (2) im Lüftungskanal, der die Luft mittels eines Luft/Luftwärmetauschers erwärmt. Der Lufterhitzer kann nur starten, wenn er vom Luftstromwächter freigegeben wird. Der Brenner wird zusätzlich von einem Sicherheitstemperaturbegrenzer und -wächter abgesichert. Zur Kühlung wird ein fünfstufiger Direktverdampfer (3) eingesetzt. Sowohl der Lufterhitzer als auch der Direktverdampfer reagieren sehr schnell auf die Reglersignale und leisten somit einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung des Komforts im Kinosaal.

Die Drehzahlen der Zu- (4) und Abluftventilatoren (5) werden mit Frequenzumrichtern (6) geregelt. Dabei wird die Drehzahl nach der Regelabweichung von der Raumtemperatur verändert. Im Komfortbereich, wenn die Regelabweichung gering ist, fährt die Anlage mit Mindestdrehzahl. Bei größerer Regelabweichung wird die Lüfterdrehzahl sowohl im Heiz- als auch im Kühlbetrieb bis auf die maximale Drehzahl erhöht.

Regelungstechnik
Die eingesetzte CentraLine-Regelungstechnik schöpft alle vorhandenen Einsparpotenziale in allen Betriebsarten der Lüftungsanlage optimal aus. Im 4D-Betrieb erhält die Regelung nach Einsprühung der Düfte ein Signal von der Kinoanlage und schaltet für den Rest der Vorführung von Mischluftbetrieb auf 100% Außenluftanteil. Dadurch verhindert die Anlage, dass sich die unterschiedlichen Düfte vermischen. Dabei wird die Energieeffizienz beim Außenluftbetrieb durch folgende Funktionen gewährleistet:

• Gleitende Sollwerte mit Sommer- und Winterkompensation, um die Temperaturdifferenz zwischen innen und außen möglichst gering zu halten,
• bedarfsgeführte Luftmengenregelung mithilfe von variablen Luftströmen,
• Luftqualitätsregelung durch Übersteuerung der Lüfterdrehzahl und
• Komfortbetrieb oder Nullenergieband.

Während der 15-minütigen Pausen oder der Vorführungen regulärer Filme wird die Anlage im Mischluftbetrieb geregelt. Zusätzliche Energieeinsparungen ergeben sich hierbei durch:

• den geringeren Außenluftanteil,
• die Umkehr der Mischluftklappensequenz je nach Außentemperatur und Raumtemperatur sowie
• die Luftqualitätsregelung durch Übersteuerung der Mischluftklappen und der Lüfterdrehzahl.

Im Nachtbetrieb sind folgende Funktionen zur Energieeffizienz und Sicherheit aktiv:

• Überwachung der Mindestraumtemperatur im Winter,
• Überwachung der maximalen Raumtemperatur im Sommer sowie
• freie Nachtkühlung.

Die Energiebilanz je nach Belegung mit konventioneller Regelungstechnik für das 4D-Kino ist in Tabelle 1 dargestellt:

Tabelle 1: Energiebilanz mit konventioneller Regelungstechnik

1 – durchschnittlicher prozentueller Mittelwert der Stellsignale von der max. Auslegung in Spalte 2 für diese Betriebsart
2 – €/kWh Gas
3 – €/kWh Elektroenergie

Der Einsatz der CentraLine Regelungstechnik konnte den durchschnittlichen Volumenstrom bei Einhaltung des Komforts und der Luftqualität um 22% reduzieren. Den größten Anteil an der Einsparung haben die bedarfsgeführte Luftmengenregelung mithilfe von variablen Luftströmen und die Luftqualitätsregelung, die den Außenluftanteil und den Luftstrom bei Bedarf übersteuert¹ . Die Luftqualitätsregelung mittels Mischgasfühler gewährleistet, dass der maximale Volumenstrom je nach Belegung des Kinos variabel gefahren wird. Je besser die Luftqualität, desto weniger Frischluft muss zugeführt werden und umso weniger Heiz- und Kühlenergie wird verbraucht.

Das Regelsignal für die Frequenzumrichter, die die Zuluft- und Abluftventilatoren steuern, ist das maximale Signal aus der Temperaturregelung und der Luftqualitätsregelung². Im Nullenergieband werden die Lüfter mit Mindestdrehzahlen gefahren. Je größer die Regelabweichung der Raumtemperatur desto höher die Lüfterdrehzahl. Bei maximal zulässiger Regelabweichung ist die Lüfterdrehzahl 100% und transportiert somit den maximalen Volumenstrom in den Kinosaal. Dieser Fall tritt nur bei maximaler Belegung und bei maximalen Temperaturdifferenzen zwischen Raum- und Außenluft auf. Steigt der Volumenstrom direkt proportional mit der Lüfterdrehzahl, steigt der Verbrauch an Elektroenergie mit der dritten Potenz der Drehzahl³.

Die Energiebilanz mit CentraLine-Regelungstechnik ist in Tabelle 2 dargestellt.

Wie Tabelle 2 zeigt, sinken die Verbräuche für Heiz- und Kühlenergie proportional zum verminderten, durchschnittlichen Volumenstrom, während der Verbrauch an Elektroenergie für die Lüfter mit der dritten Potenz fällt. Der Gesamtenergieverbrauch sinkt überproportional um 27%. Beim Einsatz von CentraLine-Frequenzumrichtern erhält der Kunde ein Software-Programm, mit dem er selbst die Ersparnis an Elektroenergie je nach Auslastung berechnen kann. Dabei wird ersichtlich, dass die Kosten für Energieverbräuche für Lüfter über den gesamten Lebenszyklus mehr als 90% ausmachen, während die Anschaffungs- und Wartungskosten zusammen nur mit 10% zu Buche schlagen^4.

Komfort
Zur Erhöhung des Komforts hat die Anlage verstellbare Luftauslässe. Diese sind an der Decke montiert und steuern die Luft im Heizbetrieb direkt nach unten in Richtung der Zuschauer. Um Zuglufterscheinungen während des Kühlbetriebes zu vermeiden, werden die Luftauslässe in diesem Falle seitlich ausgerichtet. Somit wird die kalte Luft in Richtung der Außenwände geblasen. Die Abluft wird großflächig über circa einen Meter hohe, gelochte Luftbleche am unteren Teil der Seitenwände abgesaugt. Damit ist keine Zugluft im gesamten Zuschauerbereich wahrnehmbar. Egal bei welcher Witterung, die Kinobesucher erwartet eine angenehme Temperatur im Saal – und das auf jedem der 448 Sitzplätze.

Sicherheit
Für die Sicherheit der Zuschauer sind im Saal sechs Brandschutzklappen mit Meldekontakt montiert. Im Falle eines Feuers erhält die parkeigene Feuerwehr sofort eine Alarmmeldung und der Rauch wird über einen Rauchgasventilator abgesaugt.

Regelmäßige Wartung

Um den einwandfreien und energieeffizienten Betrieb zu gewährleisten, wird die Anlage jährlich von einem CentraLine-Partner gewartet. Diese Wartung ermöglicht es, die optimalen Parameter der Anlage zu erhalten. In der Winterpause werden alle Arbeiten nach einer Wartungscheckliste durchgeführt. Die wichtigsten sicherheitsrelevanten Wartungsarbeiten sind dabei:

• Überprüfung der Lufterhitzer und Direktverdampfer,
• Funktionskontrolle der Sicherheitstemperaturwächter und -begrenzer des direkt befeuerten Lufterhitzers,
• Überprüfung der Luftstromwächter,
• Austausch der Keilriemen und
• Reinigung der Filter.

Bei der Wartung überprüft und optimiert der CentraLine-Partner die Regelung. Dabei analysiert er die Messwerte und vergleicht sie mit den Vorjahreswerten. Daraus lassen sich Einsparmaßnahmen ableiten. Dank dieser Wartungsmaßnahmen hat es seit Eröffnung des Kinos im April 2004 noch nie eine Störung in der Anlage gegeben.

Bild 5: CentraLine-Partner Marko Debacher sorgt für eine regelmäßige Wartung

Fazit
Das 4D-Kino spiegelt die Denkweise des Europa-Park hinsichtlich Energieeffizienz wider. Die technischen Mitarbeiter sind als „Energiespardetektive“ auf dem Gelände des Parks unterwegs – immer auf der Suche nach Möglichkeiten, den Energieverbrauch der über 100 Attraktionen zu senken. Das Regelungskonzept von CentraLine, das die Lüftungsanlage des 4D-Kinos bedarfsgerecht steuert, trägt hierzu maßgeblich bei. Alle Regelfunktionen basieren auf jahrzehntelanger Erfahrung und wurden im Laufe der Jahre kontinuierlich verbessert. Um alle Einsparpotenziale auszuschöpfen, hat der CentraLine-Partner die Anlage zunächst direkt auf die besonderen Anforderungen des Freizeitparks abgestimmt. Die benötigten Anlagenfunktionen konnte er dabei mit der

Konfigurationssoftware Coach einfach auswählen. Die hinterlegten Regelalgorithmen sind dabei hinsichtlich ihrer Energieeffizienz bereits optimiert. Nachdem das Kino 2004 seinen Betrieb aufnahm, hat er die Anlage auf Grundlage der konkreten Messwerte aus dem Park immer detaillierter angepasst. Insgesamt konnten so hohe Energieeinsparungen erzielt werden. Für den Europa-Park bedeutet dies eine weitere Attraktion, die den hohen Ansprüchen hinsichtlich Energieeffizienz gerecht wird. Damit leistet der Freizeit- und Familienpark einen Beitrag zum Umweltschutz und legt die Basis für die Wirtschaftlichkeit des Unternehmens.

Bild 6: Mitarbeiter des Technischen Büros Herr Beil (ganz links) und Herr Glaser (zweiter von rechts) mit CentraLine-Partner Marko Debacher (zweiter von links, Autor Edgar Mayer (ganz rechts) und Bernd Braun, Verkaufsberater CentraLine (Mitte).

Quellen
[1] Hannes Lütz: Energieeffizienz durch neue Planungsvorgaben aufgrund der DIN EN 13779 für Lüftungs- und Klimaanlagen
[2] Hannes Lütz: Energieeffizienz durch bessere Luftqualitätsregelung in Lüftungs- und Klimaanlagen
[3] [4] Tomi Ristimäki: Energieeffizienz durch drehzahlgeregelte Antriebe mit Frequenzumformer

Autor:
Edgar Mayer
Product Manager
CentraLine c/o Honeywell GmbH