Intelligenz?

Text: Rolf Mauer

Die Anfänge der Gebäudeautomation reichen bereits einige Jahrzehnte zurück, aber trotz umfangreicher Bemühungen der Industrie konnte diese Technik erst in den vergangenen Jahren einen nennenswerten Marktanteil erobern (siehe db 4/06, Seite 81 – 83). Ursprünglich ist die Gebäudeautomation aus der Leittechnik für Heiz- und Lüftungsanlagen entstanden, die mit Beginn der siebziger Jahre erstmals eine zentrale, raumbezogene Steuerung von Heizung und Lüftung ermöglichte.

Schon sehr früh erkannten die Gerätehersteller, dass sie mit den Anforderungen, die man an eine umfassende Automatisierungstechnik stellen würde, als Einzelunternehmen überfordert wären und entschieden sich Mitte der achtziger Jahre zu einer Standardisierung der sich entwickelnden Kommunikationstechnik. Ganz einig wurde man sich nicht und ähnlich wie in der Anfangszeit der Videotechnik konkurrieren auch im Bereich der Gebäudeautomation heute verschiedene Systeme miteinander, von denen wir die bekanntesten nachfolgend nennen wollen.

Seit Beginn der Elektrifizierung wurden Geräte durch Unterbrechung beziehungsweise Anlegen der Stromversorgung über Schalter aus- und angeschaltet. Der wesentliche Unterschied zur Steuerungstechnik über Bussysteme ist die Trennung von Stromversorgung und Gerätesteuerung. Neben dem normalen Stromnetz zur Stromversorgung mit 230 V Wechselspannung gibt es ein Steuerungsnetz in getrennter Leitungsführung mit maximal 30 V Gleichspannung. Diese werden unabhängig voneinander, beziehungsweise parallel im Haus verlegt. Alternativ kann das Steuerungsnetz auch kabellos über Funktechnologie ausgeführt werden.

Nachfolger des 1990 von der European Installation Bus Association (EIBA) entwickelten Europäischen Installationsbus‘ (EIB) wurde Anfang dieses Jahrhunderts der Konnex-Bus (KNX), der von vielen namhaften Herstellern propagiert wird. Der KNX beschreibt einen Standard, mit dem Sensoren und Aktoren (elektromechanische Schalter) über ein Bus-/Protokoll-System verbunden werden können. KNX entspricht der Norm EN 50090, welche ursprünglich den EIB-Standard normierte. Außerdem ist er abwärtskompatibel zum EIB, so dass bestehende EIB-Systeme mit KNX erweiterbar sind. Dem KNX-Standard haben sich weltweit an die hundert Unternehmen angeschlossen, darunter fast alle namhaften deutschen Hersteller wie beispielsweise Albrecht Jung, Berker, Busch-Jaeger, Elero, Gira, Hager, Merten, Siedle, Siemens, Somfy, Viessmann und Zumtobel. ›

› Ebenfalls um 1990 wurde das Local Operation Network (LON) von einem amerikanischen Hersteller entwickelt, standardisiert und mit der EN 14908 in das europäische Normenwerk übernommen. Die Interessen der Unternehmen, die die LON-Technologie einsetzen, werden von der Interessengemeinschaft LonMark Deutschland e.V. vertreten, Mitglieder sind unter anderem Honeywell Building Solutions und Warema.

Zur Steuerung lichttechnischer Geräte wurde das Standard Digital Addressable Lighting Interface (DALI) entwickelt, über das wir in einer späteren Ausgabe der db informieren wollen.

Erwähnenswert ist außerdem das von der ETH-Zürich entwickelte System »DigitalStrom«, dass mittlerweile bis zur Marktreife geführt wurde. Hierbei werden die Steuer und Informationssignale über das Stromnetz ohne zusätzliche Kabelverlegung übertragen. Dieses ermöglicht nicht nur eine Nachrüstung im Bestand, sondern auch einen Mischbetrieb mit konventioneller Elektroinstallation. Ab 2009 sollen die ersten Geräte mit »DigitalStrom« ausgerüstet und verfügbar sein.

Eine weitere Alternative bietet die Funktechnologie. Die Steuersignale werden hierbei kabellos übertragen. Funksysteme als Steuerungstechnik gibt es für die Frequenzbereiche 433 MHz und 868 MHz. In der Regel sind die Funksysteme verschiedener Hersteller nicht kompatibel.

Die Vorteile der Gebäudeautomation lassen sich in vier wesentlichen Punkten zusammenfassen:

Als Nachteile sind die höheren Investitionskosten bei der Gebäudeerstellung zu nennen, die sich allerdings über die Lebensdauer in der Regel amortisieren dürften, sowie der Bedarf an qualifiziertem Personal, das zur Steuerung der komplexen Technik notwendig ist.

Steigende Energiekosten haben zu einem Boom an Niedrigenergie- und Passivhaustechnik geführt, die anfangs nur im Wohnungsbau Verbreitung fand und mittlerweile zunehmend in gewerblichen Objekten zum Standard wird. Die Grenzen, die sich mit konventioneller Dämmtechnik und durch die Optimierung der Gebäudeausrichtung erzielen lassen, sind bereits erreicht. Weitere energetische Einsparungen können nach derzeitigem Stand der Technik nicht durch zunehmende Dämmstoffdicken hergestellt werden, sondern durch den bedarfsorientierten Einsatz energetischer Ressourcen mit Hilfe der Raumautomation, einer gewerkeübergreifenden Teildisziplin der Gebäudeautomation. An einer Südfassade anstehende thermische Gewinne oder innere Lasten können automatisiert an kühlere Räume weiter gegeben oder gespeichert werden. Die klimatischen Komfortkriterien von Räumen werden ergänzend zu der üblichen zeitlichen Regelung (Arbeitsbeginn, Arbeitsende) zusätzlich über eine Präsenzerkennung je nach Nutzeranzahl und -verhalten gesteuert. Sonnenschutzmaßnahmen können durch Lamellennachführung zyklisch dem Sonnenstand angepasst werden und zusätzlich zwischen der notwendigen Blendfreiheit am Arbeitsplatz und einer Tageslichtversorgung vermitteln. Eine zusätzliche Lichtregelung schaltet nur den Bedarf an Kunstlicht zu, der notwendig wird, um eine bedarfsgerechte Arbeitsplatzbeleuchtung zu erhalten.

Die einzelnen Regelungstechniken, von denen wir hier nur wenige beispielhaft genannt haben, sind seit Jahren bekannt und bewährt. In der Vergangenheit waren sie nicht miteinander kompatibel, lassen sich aber mittlerweile aufgrund der herstellerneutralen Schnittstellen über die bereits erwähnten Bussysteme miteinander verbinden und gemeinsam steuern.

Eine 2007 an der Hochschule Biberach von Martin Becker und Peter Knoll für LonMark Deutschland durchgeführte Studie bilanziert ein durch kombinierte Steuer- und Regelungsstrategien zu erreichendes hohes Energieeinsparpotenzial mit Werten von 51 % bezüglich der Raumkühlung und 52 % bei der Beleuchtung. Wobei laut der Studie die Wahl der Zonierung beziehungsweise des Gebäudetyps einen hohen Einfluss auf die Höhe der Einsparpotenziale hat. Grundlage der Studie war ein exemplarisches Bürogebäude mit einem Nutzungsprofil als Gruppenbüro.

Büro- oder Verwaltungsgebäude müssen sich ständig wechselnden Anforderungen anpassen. Räume und Raumzonen sollen schnell und ohne erneute Investitionen umgebaut werden können. Mit konventioneller Technik ist diese Flexibilität nicht herstellbar. Sind Stromversorgung und Gerätesteuerung jedoch mit einem Bussystem getrennt installiert, lässt sich eine Anpassung an die neuen Raumbedingungen ohne Umbauten der Gebäudetechnik über eine Softwaresteuerung anpassen.

Den individuellen Umgebungsbedingungen an Arbeitsplätzen wird nur wenig Aufmerksamkeit gewidmet. Permanente Beleuchtungsprobleme, eine genormte Klimatisierung und mangelnde Luftqualität sind Stressfaktoren, die die Leistungsfähigkeit von Arbeitnehmern erheblich mindern. Raumautomationssysteme können nach individuellen Parametern in jedem Raum beziehungsweise in unterschiedlichen Zonen die erforderlichen Konditionen, wie Raumbelegung, Temperatur, Helligkeit, Fensterstellung abstimmen und Heizung oder Kühlung, Lüftung, Beleuchtung und den Sonnenschutz optimiert regeln. Die dadurch erreichten Komfortsteigerungen erhöhen nachweislich die Produktivität und damit die Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens.

Leider fehlt es noch an den Schnittstellen, mit denen Büroarbeitsplätze individuell beeinflusst werden können. In der Regel werden sämtliche Klima- und Beleuchtungsprofile nach den Regeln der Arbeitsstättenverordnung von Fachpersonal festgelegt. Im privaten Wohnungsbau haben sich Bedieneinheiten mit Bildschirmdarstellungen bewährt, die im Prinzip auch als komfortable Einzelregelung in gewerblichen Objekten verwendet werden können. Alternativ könnten auch Gestikschalter oder eine Sprachsteuerung als Schaltelemente herangezogen werden. Bereits seit Jahren arbeitet die Autoindustrie an diesen Techniken und kann zumindest bei der Sprachsteuerung Erfolge vermelden. Moderne Navigationssysteme können bereits zuverlässig über Sprache bedient werden. Einer Verwendung dieser Technik für die Bedürfnisse der Bauindustrie dürften keine nennenswerten Schwierigkeiten entgegen stehen.

Auch die an fast jedem Arbeitsplatz vorhandenen Computer könnten über eine Schnittstelle mit Gebäudeautomationssystemen verbunden werden und die individuelle Regelung von klima- oder beleuchtungstechnischen Parametern ermöglichen.

Im Bereich der Zutrittskontrolle hat man sich von der Ausgabe von Türschlüsseln vielerorts nahezu vollständig verabschiedet. Schlüssel gehen leicht verloren, können missbraucht oder kopiert werden. Zur Legitimierung werden sowohl aktive, passive als auch auf biometrischen Methoden basierende Ausweismedien herangezogen. Das unbefugte und unbemerkte Betreten von Gebäuden und sicherheitsrelevanten Bereichen wird somit wesentlich erschwert. Die erteilte Zutrittsberechtigung kann jederzeit zentral per Software gesteuert und beeinflusst werden. Gefahrenmeldeanlagen können im Brandfall automatisiert Fluchtwege gezielt frei schalten und Aufzugsanlagen stilllegen sowie Brandschutz- und Entrauchungsklappen schließen beziehungsweise öffnen. Für betroffene Gebäudeteile lässt sich, zentral gesteuert, die Lüftungsanlage abschalten die sonst gegebenenfalls einen Brandherd zusätzlich mit Sauerstoff versorgen würde. Für die Überwachung sicherheitsrelevanter Anlagen ist die Präsenz von Mitarbeitern nicht mehr notwendig. Vielmehr kann die Beaufsichtigung der Gebäudetechnik mit dem Internet verbunden werden und an jedem beliebigen Ort auf der Welt stattfinden. •

Weitere Informationen:

www.knx.de, www.knx.de, www.knx.de;

Becker, Martin, und Peter Knoll, Untersuchungen zu Energieeinsparpotenzialen durch Nutzung integrierter offener Gebäudeautomationssysteme auf Basis der Analyse DIN V 18 599 und prEN 15232, Hochschule Biberach, 2007, Studie im Auftrag der LonMark Deutschland e.V., Aachen