Gebäudeautomation im Bestand

Home, smart Home

Neben der Dämmung der Gebäudehülle und der Installation einer effizienten Heizanlage lässt sich in Bestandsbauten auch mit der Gebäudeautomation Energie einsparen. Zudem erlaubt das Prinzip des Smart Home eine optimale, nutzerorientierte Regelung und Nachrüstungen ohne baulichen Aufwand.

Die Gebäudeautomation erfährt bislang noch eine sehr unterschiedliche Bewertung: Während vor allem in Nichtwohnungsbauten wie Schulen, Museen oder Bürogebäuden die Vorteile der Gebäudeautomation längst erkannt und umgesetzt werden, beginnt sich die Technologie im Wohnungsbau erst seit wenigen Jahren zu verbreiten. Einen neuen Schub hat die Gebäudeautomation durch den Siegeszug der Smartphones und Tablet-PCs erhalten. Es ist hip, mit dem iPhone von unterwegs die Haustechnik zu steuern oder für die Zeit des Urlaubs eine komplette Anwesenheitssimulation einzuprogrammieren, um Einbrecher an der Nase herumzuführen (Bild 1).

Ein gewichtiger Vorteil solcher Steuerungssysteme für das Smart Home ist die Reduzierung des Energieverbrauchs, indem Heizung, Belüftung und Beleuchtung aufeinander abgestimmt geregelt werden. Allerdings kann es im Gebäudebestand schwierig sein, eine Nachrüstlösung auf wirtschaftlichem Wege zu erreichen [1]. Es gibt daher Überlegungen, die Gebäudeautomation in energetische Förderprogramme aufzunehmen.

Von der Zeitschaltuhr zum Smart Home

Der Vorläufer der Gebäudeautomation ist die Zeitschaltuhr, die heute noch in vielen Treppenhäusern dafür sorgt, dass das Licht irgendwann von selbst ausgeht. Der schon etwas intelligentere Nachfahre ist die Kombination mit einem Bewegungsmelder, der verhindert, dass das Licht ausgeht, wenn man gerade die Stufen rauf- oder runterhuscht. Damit hat es sich aber in vielen Altbauten bereits mit der Gebäudeautomation, die inzwischen Lichtjahre an technologischen Fortschritten gemacht hat. Das moderne Smart Home bietet die Chance, im Prinzip alle Komponenten der Haus- und Gebäudesystemtechnik miteinander zu vernetzen (Tabelle unten), was mit einheitlichen und international anerkannten Standards wie zum Beispiel KNX nicht nur herstellerübergreifend, sondern auch sehr komfortabel möglich ist. Indes tun sich viele Planer immer noch schwer, die sich allmählich etablierenden Bussysteme bei der Modernisierung von Altbauten zu integrieren.

Dabei ist der Umbau oder die Renovierung eines Gebäudes genau der richtige Zeitpunkt, um auch über die Gebäudetechnik und die Automatisierung zu entscheiden. Vorhandene Systeme können in dieser Phase ergänzt oder neue Systeme hinzugefügt werden. Schließlich bestimmt die vorhandene technische Ausrüstung des Gebäudes die zukünftigen Nutzungsmöglichkeiten und den Wert des Gebäudes mit. Einziger Mehraufwand ist die zusätzliche Verlegung einer Steuerleitung und die Investition in die Systemtechnik. Um hier die richtigen Entscheidungen treffen zu können, müssen die Anforderungen genau definiert sein. Denn grundsätzlich können alle technischen Bereiche eines Gebäudes auch automatisch gesteuert werden. Dazu gehören zum Beispiel die elektrischen Installationen, wie Licht und Steckdosen, Heizung, Klima, Lüftung, und die Medientechnik.

Zentral, dezentral oder über Funk gesteuert

Prinzipiell besteht ein Gebäudeautomationssystem aus Sensoren, Aktoren (Motorsteuergeräten), Bedienelementen und Systemgeräten wie Datenschnittstellen. Die „Intelligenz“ kann je nach System an unterschiedlichen Stellen sitzen, entweder zentral oder dezentral.
Bei einer Zentralsteuerung gibt es, wie der Name schon verrät, ein zentrales Gerät, das die Regelung übernimmt. Entweder werden alle Sensoren und Aktoren/Motoren direkt dort angeschlossen oder alle Informationen eines Bussystems laufen in der Zentrale zusammen. Meist hat die Zentrale ein Display zur Datenanzeige und Einstellung. Das Angebot bei den zentralen Systemen reicht von kleinen Beschattungssteuerungen bis zu komplexen Gebäudesteuerungen für Einfamilienhäuser oder Bürogebäude. Zentralsteuerungen sind häufig für kleinere Projekte die kostengünstigste Lösung. Dennoch sollte besonders auf die Erweiterbarkeit geachtet werden. Manche Steuerungen verfügen beispielsweise über eine Funkschnittstelle, über die ohne große Installationsarbeiten weitere Technik für das Smart Home integriert werden kann (Bild 2).

Bei den dezentralen Steuerungssystemen steckt die Intelligenz in den einzelnen Geräten. Der Sensor, der die Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit misst, regelt beispielsweise selbstständig die Heizung und Lüftung. Sämtliche Geräte sind über eine Datenleitung miteinander verbunden. Das Zusammenspiel wird in speziellen Programmen am PC eingerichtet und dann auf das System übertragen. Das Einrichten braucht allerdings mehr Zeit und ist teurer als bei einer Zentralsteuerung. Allerdings – sollte es zu einer Gerätestörung kommen, ist das dezentrale System stabiler. Ausfälle sind nur in dem betroffenen Bereich zu erwarten, andere Geräte oder Systeme laufen weiter.

Ein weiterer Vorteil der dezentralen Systeme ist die Flexibilität. Ist die Busleitung im Zuge einer Modernisierung einmal verlegt, kann das System jederzeit ohne erneuten Dreck und Schmutz angepasst werden. Bei einer Umnutzung des Gebäudes werden Geräte und Automatik einfach angepasst. Auch für die getrennte Automation verschiedener Wohneinheiten in einem Gebäude sind dezentrale Systeme bestens geeignet.

Von Vorteil sind auch Systeme, die auf Funkbasis kommunizieren. Egal, ob nur Schmutz und Aufwand der konventionellen Installation gescheut werden, oder ob Denkmalschutzauflagen Eingriffe in die Bausubstanz verbieten: die Installation von Funkkomponenten ist die wohl „schonendste“ Variante der Automation (Bild 4). Zu beachten ist bei Funklösungen allerdings, dass die Kommunikation durch Störquellen wie andere Funkgeräte oder Telefonsendemasten, aber auch durch den Baukörper selbst behindert werden kann. Massive Betondecken, Metallprofile und -paneele in Glasfassaden können den Funk sogar ganz unterbrechen.

Auf Argwohn trifft bei der Planung von Funkinstallationen auch die Strahlenbelastung. Kaum jemand weiß, dass die Sendeleistung in der Gebäudeautomation zum Beispiel deutlich geringer ist als bei einem herkömmlichen Funktelefon. Zudem senden die Geräte nur kurzzeitig, wenn Daten übertragen werden müssen, also wenn etwas geschaltet werden soll oder wenn sich ein Zustand beziehungsweise Messwert ändert.

Funktionen und Einsatzgebiete der Gebäudeautomation

Häufigster Anlass für die Installation einer Gebäudesystemtechnik ist die Klimasteuerung. Durch die Verknüpfung von Lüftung, Beschattung und Heizung ergeben sich sehr viel mehr Möglichkeiten, Komfort, Funktionssicherheit und die Energiebilanz zu verbessern, als wenn jedes System für sich arbeitet.

„Optimales“ Raumklima kann in verschiedenen Objekten unterschiedlich aussehen: In Schulen und Büros wird immer häufiger eine Überwachung des Kohlendioxidgehalts der Luft gefordert. In Ausstellungen und Museen ist die Toleranz für Temperatur und Luftfeuchtigkeit sehr gering.

Die Lüftungsautomation darf hier nicht gleichgesetzt werden mit „motorisches Lüftungssystem“. Bereits die sogenannte „natürliche Lüftung“ sorgt für eine gesicherte Luftqualität. Über ganz normale motorisch betriebene Fenster wird dabei Frischluft zugeführt, sobald die Grenzwerte für Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit oder Kohlendioxid überschritten werden. Ein Niederschlagssensor schließt die Fenster und schützt somit Einrichtung und Immobilie vor Schäden durch eindringenden Regen.

Da wegen Einbruchgefahr nicht alle Fenster Tag und Nacht automatisch zum Lüften geöffnet werden können, braucht es in von außen zugänglichen Bereichen Lüftungsklappen, deren Öffnungen ungebetenen Gästen keine Einstiegsmöglichkeiten bieten. Alternativ können Fenster an einen Bewegungsmelder gekoppelt werden oder generell nachts geschlossen bleiben. Verschlusskontakte geben hierbei eine Rückmeldung, ob ein Fenster auch wirklich zu ist oder eventuell nur verkeilt wurde.

Der automatisch gesteuerte Sonnenschutz trägt nicht nur zur Kühlung bei, sondern spart auch Heizenergie. Denn auch wenn der Sonnensensor eine hohe Helligkeit feststellt, wird die Beschattung erst heruntergefahren, wenn der Innensensor meldet, dass gerade die eingestellte Raumtemperatur überschritten wird. Die Automatik setzt die Beschattung sonnenstandsabhängig ein. Nur auf der aktuellen „Sonnenseite“ wird beschattet und bei geschlossenen Jalousien wird durch Kippen der Lamellen möglichst viel Licht hereingelassen. Schließlich sollte in Innenräumen kein künstliches Licht nötig sein, wenn draußen die Sonne scheint.

Auch die „Schattenkante“ kann bei der Sonnenschutzsteuerung festgelegt werden, also der Bereich, bis zu dem Sonne in den Raum scheinen darf. Das kann ein wichtiges Argument bei Präsentationsflächen und Schaufenstern sein, bei denen bestimmte hitze- oder UV-empfindliche Produkte nicht in der Sonne liegen dürfen (Bild 3).

Ist die Heizung mit dem Gebäudeautomationssystem vernetzt, ergeben sich sehr viel feinere Abstimmungsmöglichkeiten, als wenn das System separat läuft. Die Innentemperatur lässt sich für jeden Raum einzeln festlegen und wird von Sensoren überwacht. Eine Absenkung der Temperatur erfolgt in Wohn- und Geschäftsgebäuden meist nachts (zeitgesteuert), denkbar ist aber auch eine „Ferien“-Schaltung in einer Schule, während der nur eine Minimaltemperatur gehalten wird.

Natürlich kann im Gebäudesystem auch der Vorrat im Heizöl- oder Pelletbehälter oder im Wasserspeicher mit einem Sensor erfasst und bei niedrigem Füllstand eine Meldung ausgegeben werden (Bild 5). Weitere Anlagen wie Fotovoltaik oder ein Rauchwarn- oder Alarmsystem können ebenfalls in die Gesamtsteuerung einbezogen werden.

Die Lichtsteuerung bringt nicht nur Komfort (Beleuchtungsszenen), sondern birgt auch ein häufig vernachlässigtes Einsparpotenzial. Unnötige Beleuchtung lässt sich mithilfe einer „Abwesenheitsschaltung“ vermeiden, die dafür sorgt, dass Leuchten, aber auch Medientechnik und sonstige Geräte (beispielsweise Drucker) in einem leeren Gebäude ausgeschaltet werden. Zudem kann das Licht über Präsenzmelder und Helligkeitssensoren gesteuert und nur bei Anwesenheit einer Person angeschaltet werden – genauso wie bei der eingangs erwähnten Zeitschaltuhr im Treppenhaus, nur eben intelligenter.

Manuelle Bedienung oder Fernwartung

Für alle Automatikfunktionen gilt: Steuerungssysteme erlauben selbstverständlich auch das manuelle Eingreifen (Bild 6). Falls eine individuelle Bedienung vor Ort gewünscht wird, werden normale Wandtaster, kleine Bildschirme oder Fernbedienungen verwendet. Zur Überwachung, Einstellung und zentralen Bedienung wird beispielweise ein Touchscreen oder PC eingerichtet. Auch die Fernwartung per Internet über eine IP-Adresse ist möglich.

Durch Fernwartung und zentrale Überwachung mehrerer Gebäude können gerade im kommunalen Bereich oder bei großen Gebäudekomplexen erheblich Kosten eingespart werden. Überwachungskontakte an Fenstern und Türen sowie Bewegungsmelder ersparen so manche Rundgänge von Sicherheitspersonal, die zentrale Anzeige der aktuellen Sensordaten (Raummesswerte) informiert den Hausmeister über Störungen an Ecken im Gebäude, die ansonsten lange unbeachtet blieben. Auch andere Störungen, zum Beispiel im Heizsystem, werden angezeigt und können zusätzlich auf ein Mobiltelefon ausgegeben werden. Die Speicherung und Auswertung wichtiger Meldungen, Zustände und Verbrauchsdaten hilft wiederum bei der Optimierung des Systems.

Wie viel Energie und Kosten mit effizienter Gebäudetechnik gespart werden können, ist von Fall zu Fall sehr unterschiedlich. Bei einem Bürogebäude können dies schon einmal 25 bis 30 Prozent sein, teilweise sogar mehr (Bild 7). Vielfach amortisieren sich Investitionen in diesem Bereich bereits nach einer Zeitspanne von wenigen Jahren – inwieweit dies auch auf den Wohnungsbau zutrifft, ist im Einzelfall vorab genau zu prüfen.

 

Autorin: Rita Buse


Literatur und Quellen:

[1] Strese, Hartmut et al., Smart Home in Deutschland, Untersuchungsbericht im Auftrag des BMWi, Institut für Innovation und Technik, Berlin 2010
[2] Merz, Hermann; Hansemann, Thomas; Hübner, Christof, Gebäudeautomation: Kommunikationssysteme mit EIB/KNX, LON und BACnet (Broschiert), Carl Hanser Verlag, München 2007


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