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Staatsbibliothek Berlin: Beleuchtung mit Tages- und Kunstlicht

Der neue zentrale Lesesaal der Staatsbibliothek Berlin am Standort ‚Unter den Linden‘ befindet sich unter einem Glaskubus. So lässt sich das Tageslicht optimal nutzen. Für eine konstante Beleuchtungsstärke von 500 Lux muss es jedoch mittels Beschattungsvorrichtungen exakt dosiert und bei Bedarf durch Kunstlicht ergänzt werden. Diese Aufgabe hat der Schweizer Systemintegrator und Spezialist für Beschattungslösungen Bühler und Scherler mit Saia PCD-Steuerungstechnik gelöst.
Die Staatsbibliothek Berlin mit Stammsitz ‚Unter den Linden‘ ist die größte deutschsprachige Universalbibliothek. Das Gebäude mit 107 Metern Breite, 170 Metern Länge und 13 Etagen wurde im Zweiten Weltkrieg schwer beschädigt, der zentrale Kuppellesesaal von Bomben getroffen. Die Kriegsschäden hatte man nur teilweise beseitigt und die zentralen Lesesäle 1975 abgerissen. Damit verlor die Bibliothek ihr funktionales und inhaltliches Zentrum. Im Rahmen der derzeitigen Generalsanierung wird ein neuer, zentraler Lesesaal gebaut, der gleichzeitig als Erschließungsachse und neue Mitte der Bibliothek dient. Nach Entwürfen des Architekturbüros HG Merz entstand ein Kubus, dessen Seitenwände und Dach oberhalb der hölzernen Buchschale aus thermisch verformtem Glas besteht. Der neue Kubus beherbergt neben zahlreichen Büchern den zentralen Lesesaal mit 90 Leseplätzen, 140 Forscherleseplätze direkt an der Glasfassade, 19 sogenannte Carrels (abgeschlossene, zeitweise mietbare Forscherleseplätze) sowie einen Blindenarbeitsplatz.

Hohe Anforderungen an die Lichtsteuerung

Die Beleuchtung des Lesesaals soll, soweit wie möglich, mit Tageslicht umgesetzt werden, wobei ein konstantes Beleuchtungsniveau von 500lx +/-100lx vorgegeben ist. Dabei sollen Tageslichtschwankungen durchaus spürbar bleiben, denn der unmittelbare Kontakt zur Aussenwelt fördert das Wohlbefinden der Lesenden und erhöht gleichzeitig das Aufnahmevermögen. Das ist angenehm für die Nutzer, stellt jedoch an die Steuerung der Beleuchtung höhere Anforderungen als ein Betrieb ausschließlich mit Kunstlicht. Die Grundlage für die adaptive Lichtsteuerung ist eine Matrix, die das Institut für Tageslichttechnik Stuttgart erstellt hat: Die Daten der Matrix wurden über eine Simulation des Lichteinfalls aus allen Himmelsrichtungen anhand der Gebäudegeometrie und -ausrichtung errechnet. Die Matrix liegt als Excel-Tabelle vor und umfasst alle 52 Wochen eines Jahres, mit je sechs Werten pro Tag und pro Fassade. Über zwei Aussenmessstellen mit je fünf Messköpfen auf dem Dach und vier Sensoren im Lesesaal (Mittelwert) wird die tatsächlich herrschenden Beleuchtungsstärke erfasst unterteilt in Kunst- und Tageslicht. Mithilfe dieser Daten und entsprechender Steuerung des Lichteinfalls kann der Betreiber das Beleuchtungsniveau im Lesesaal nahezu konstant halten. Eine eventuell erforderliche Anpassung – hauptsächlich durch Beschattungsmassnahmen, bei Bedarf auch mit Kunstlicht erfolgt jeweils mit leichter Zeitverzögerung. Diese fällt allerdings umso geringer aus, je stärker das Beleuchtungsniveau vom Sollwert abweicht.

Steuerungen fit für die Microsoft-Welt

Die Hauptrolle bei der adaptiven Beleuchtung spielen zwei speicherprogrammierbare Steuerungen Saia PCD3.M5340. Die beiden Komponenten teilen sich die Arbeit und sorgen für einen zuverlässigen Betrieb. Sie regeln die Lichtstärke über Sonnenschutzrollos beziehungsweise mit zusätzlichem Kunstlicht und sichern so das geforderte konstante Beleuchtungsniveau. Dazu greifen die Steuerungen auf die Matrix zurück, welche die Besonnungsdaten für jede Fassade und für das komplette Jahr enthält. Diese Daten wurden in Form einer Excel-Tabelle per FTP auf einen Flash-Speicher übertragen, der direkt in die SPS gesteckt wird. „Damit die SPS die Daten interpretieren und verarbeiten kann, waren umfassende Applikationsprogramme und entsprechendes Engagement der Programmierer des Steuerungsspezialisten notwendig“, sagt Urs Rüegg, Leiter Informatik und Prokurist beim Systemintegrator Bühler und Scherler. „Mit der Applikationsunterstützung von Saia-Burgess in Form von komplexen Programmroutinen und entsprechenden Filesystemfunktionen läuft der Zugriff auf die Exceldaten exakt und reibungslos“, führt Rüegg weiter aus.

8.000 Datenpunkte werden verwaltet

Der Glaskubus ist in die historischen Gemäuer der Staatsbibliothek eingebettet. Er besteht aus 800 Glaselementen, von denen jedes eine eigene, motorgesteuerte Beschattungsvorrichtung hat. Die Motoren wurden über KNX-Aktoren mit den Saia-Steuerungen verbunden, wobei die Übertragung der KNX-Telegramme im Backbone über TCP/IP erfolgt. Hinzu kommen etwa 150 Taster, die es erlauben, die Beschattung in Gruppen manuell zu bedienen. Während der Blendschutz für die Forscherleseplätze grundsätzlich manuell gesteuert wird, ist der äußere Sonnenschutz für die Fassade in die zentrale Steuerung integriert. Bei manueller Bedienung hat diese maximal für einen Tag Priorität und geht nach Schließung des Lesesaales wieder in den Automatikmodus zurück. Zur Steuerung, Positionierung und Überwachung der Sonnenschutzrollos müssen insgesamt etwa 8.000 Datenpunkte verwaltet werden. Das meiste Licht fällt über das Dach ein, somit erfolgt die Beschattung hier stufenlos für eine exakte Positionierung der Beschattungsvorrichtungen. Die Beschattungen der Fassade sind aus ästhetischen Gründen einstufig geregelt, wobei im Bereich der Lüftungsöffnungen Zwischenpositionen angefahren werden. Die Bedienung der Steuerungen kann dank integriertem Web-Server über Scada-Software passwortgeschützt von jedem normalen PC aus erfolgen. Auf diese Weise sind Anpassungen von Parametern oder eventuelle Änderungen von Werten ohne grossen Aufwand möglich. Dank der Verwendung eines Standard-Webbrowsers entsteht auch kein Zusatzaufwand für Installation und Ausbildung. Die bestehende Infrastruktur (Internet/Intranet) lässt sich mit Standard-Protokollen wie Ethernet-TCP/IP und HTTP auch für Fernwartung und Fernwirkung nutzen.

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