Gebäudeautomatisierung

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Als Gebäudeautomation (GA) bezeichnet man die Gesamtheit von Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen in Gebäuden. Sie ist damit ein wichtiger Bestandsteil des technischen Facility Managements. Ziel ist es Funktionsabläufe gewerkeübergreifend selbständig (automatisch), nach vorgegebenen Einstellwerten (Parametern) durchzuführen oder deren Bedienung bzw. Überwachung zu vereinfachen. Alle Sensoren, Aktoren, Bedienelemente, Verbraucher und andere technische Einheiten im Gebäude werden miteinander vernetzt. Abläufe können in Szenarien zusammengefasst werden. Kennzeichnendes Merkmal ist die dezentrale Anordnung der Steuerungseinheiten (DDC) sowie die durchgängige Vernetzung mittels eines Bussystems.

[Bearbeiten] Administratives vs. Technisches Management

Als Computer Aided Facility Management (CAFM), wird die Unterstützung des administrativen Facility Managements durch die Informationstechnik bezeichnet.

Als Gebäudeautomation (GA) bezeichnet man dahingegen die Gesamtheit von Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen in Gebäuden im Rahmen des technischen Facility Managements.

Die im Folgenden beschriebene Managementebene und Gebäudeleittechnik kann mit mit Computer Aided Facility Management Überschneidungen aufweisen oder im Einzelfall identisch sein.

[Bearbeiten] Logische Ebenen in der Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation wird in drei Ebenen unterteilt. Die Feldebene, die Automationsebene und die Managementebene.

Durch die rasante Entwicklung der Mikroprozessoren in den letzten Jahren wird die bisherige klassische Aufteilung von Feld- und Automationsebene immer mehr verwischt. Es wandert mehr Intelligenz in die Sensoren und Aktoren, so dass diese inzwischen auch direkt an die Feldbusse der DDCs angebunden werden. Weiterhin wandert durch den Einsatz von sogenannten Residential Gateways auch mehr lokale Intelligenz in die Automationsebene, wohingegen die Managementebene teilweise in lokales und Remote Management zu untergliedern ist. Hierbei macht sich vor allen Dingen bemerkbar, dass sich die Anforderungen im Heimbereich (Einfamilienhäuser) stark von denen im professionellen Bereich (Bürogebäude) unterscheiden.

Die klassische Aufteilung der Ebenen ist im folgenden Bild zu sehen.

[Bearbeiten] Managementebene

Als Managementebene wird die Ebene bezeichnet, mit deren Hilfe die Anlagen überwacht, gesteuert und für den Betreiber visualisiert werden. In der Managementebene kommt spezielle Software, die Gebäudeleittechnik zum Einsatz. Es gibt diverse herstellerabhängige Systeme, die ihre Vor- und Nachteile haben. Als herstellerunabhängige Schnittstellen für Management Systeme sind hier OPC und BACnet zu nennen, wobei BACnet auch auf Controllerbene (native BACnet) funktioniert.

Es ist auf der Managementebene möglich, über Gateways die Herstellerabhängigkeit bestehender Anlagen mit proprietären Bussystemen aufzuheben. Dazu ist jedoch bei den meisten Systemen die Kooperation des Herstellers notwendig.

Je nach Anwendungsgebiet kann die Managementebene in lokales und Remote Management untergliedert werden, wobei sogenannte Residential Gateways das lokale Management entweder vollständig autark übernehmen, oder aber eine Komponente hiervon bilden können. Das Remote Management wiederum setzt von zentraler Stelle aus auf den lokalen Komponenten auf - und ermöglicht so z.B. eine Fernsteuerung über gesicherte Internet-Verbindungen.

[Bearbeiten] Automationsebene

Für den Austausch von Daten auf der Automationsebene zwischen den DDCs sind trotz Standardisierung auch heute noch vielfach proprietäre Bussysteme im Einsatz. Es ist jedoch durch den Druck des Marktes ein Trend zum herstellerübergreifenden Austausch von Informationen hin zu beobachten (Interoperabilität). DDC's, die mit diesen offenen Systemen auf Automationsebene arbeiten, sind jedoch zur Zeit noch kostenintensiver.

Auf Automationsebene sind insbesondere BACnet und für einfachere Automatisierungsaufgaben LON (Local Operating Network) als herstellerübergreifenden Bussysteme zu nennen. BACnet und LON wird von großen Unternehmen bevorzugt im Zweckbau eingesetzt. Ziel ist es, das Management von größeren Gebäudeanlagen wie z.B. Bürohäusern, Kliniken oder Flughäfen mit einem echt offenen Standard zu realisieren.

Aufgrund des sehr intransparenten Marktes sind keinerlei verlässliche Aussagen über die Anzahl der realisierten Systeme möglich.

Außerdem gibt es Funksysteme, die sich gut zur Nachrüstung eignen, wenn keine neue Kabel gezogen werden sollen.

Als Alternative zu Bussystemen werden in der Gebäudeautomatisierung auch Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) eingesetzt. Mit Hilfe von Busankopplern sind auch Mischformen möglich.

[Bearbeiten] Feldebene

Als Feldebene wird die Verkablung der Sensoren und Aktoren mit den DDCs bezeichnet. Die Schnittstellen zu den Sensoren ist sehr einfach, da die Sensoren in der Regel direkt mit den Eingängen der DDC verbunden werden. Dabei wertet die DDC bei Temperatursensoren, PT100 oder NTC10K die Widerstandsänderungen aus. Bei aktiven Sensoren, wie zum Beispiel bei den Drucksensoren wird ein analoges Signal von 4 bis 20mA oder 0 bis 10V übertragen welches den Messwert repräsentiert. Bei den Digitalen Eingängen wird mit potentialfreien Kontakten und S0-Schnittstellen gearbeitet.

[Bearbeiten] Technologische Grundlagen

[Bearbeiten] Technische Elemente

Bestandteile beim Aufbau eines Systems zur Gebäudeautomation sind:

Schaltschrank
Steuerungseinheiten DDC
Feldgeräte, wie Sensoren und Aktoren
Verkabelung und Bussysteme
Server und Gateways
Gebäudeleitsystem (Software auf dem Leitrechner zur Visualisierung der Systeme)

[Bearbeiten] Technische Philosophie der Gebäudeautomation

[Bearbeiten] Herstellerunabhängigkeit / offene Systeme

Diese Schlagwörter sind seit Jahren die zentralen Themen in der Gebäudeautomation. Sie werden überall gefordert, von den Herstellern jedoch nicht so recht umgesetzt und aus naheliegenden Gründen (Umsatz / Marktfestigung) torpediert. Jedoch bieten einige unabhängige Firmen fabrikatsneutrale Gebäudeleittechnik an, durch die die Anbindung verschiedener Unterstationen / DDCs ermöglicht wird.

Offenheit und Herstellerunabhängigkeit darf man hier nicht mit dem OpenSource-Gedanken von Linux vergleichen. In der Gebäudeautomation spricht man von Herstellerunabhängigkeit, wenn man ein System installiert, das dem Betreiber die Möglichkeit gibt, Fabrikate mehrerer Hersteller ohne größere Probleme miteinander kommunizieren zu lassen. Die Abhängigkeit vom Hersteller wird dabei nicht gelöst, sondern nur gelockert. Wobei sich die Kuriosität ergibt, dass es bei diversen DDC-Herstellern für die DDCs Preislisten gibt, jedoch für die Gateways je nach Projekt politische Preise generiert werden.

Die Abhängigkeit vom Errichter bzgl. der Bestandsanlagen, der Wartung nach VDMA oder der Beseitigung von Schäden besteht weiterhin, da es aus Kostenaspekten in der Regel illusorisch ist, einen Controller (DDC) im Schaltschrank gegen einen anderen zu ersetzen. Bei Neubauten oder Erweiterungen wird jedoch Ausschreibungsfreiheit ermöglicht und somit Investitionssicherheit geschaffen. Zudem ergibt sich die Möglichkeit, zusätzliche Liegenschaften aufzuschalten, die bisher wegen unterschiedlicher Fabrikate separat geregelt und überwacht wurden.

[Bearbeiten] Vernetzung

Heutzutage geht der Trend nicht nur bei der klassischen Gebäudeautomatisierung mit dem Stand der Technik in Richtung multimediale Vernetzung - sondern auch über verschiedene Gewerke hinweg.

Bei der Weißen Ware besteht eine anhaltende Tendenz in Richtung "vernetzte Hausgeräte", meist über Powerline-Lösungen. So entwickelt Siemens serve@Home, von Miele gibt es Miele@home-Produkte und in der Schweiz findet man ZUG-Home von der V-ZUG AG. Die Darstellung der Vernetzung bzw. die Steuerung der Geräte erfolgt hierbei meist über einen Web-Browser, und ist manchmal mit anderen Gebäudeautomatisierungslösungen integriert so dass sich der Kreislauf zur Unterhaltungselektronik bzw. den neuen Medien schließt.

Ähnlich sieht es bei der Roten und Braunen Ware (Unterhaltungselektronik) aus.

Das Ziel der Vernetzung bei der Weißen, Braunen und Roten Ware ist jeweils, den Mehrwert bei der Gerätenutzung zu steigern und neue (Fern-)Bedienmöglichkeiten zu schaffen. Die zugrundeliegende Technologie ist meist LON, UPnP oder EHS (Powerline) wobei der Embedded Software-Stack häufig auf OSGi (Java) aufsetzt. EIB wird hier meist als ein weiterer Protokoll-Stack mit integriert, so dass eine gesamtheitliche Lösung mit einheitlicher Bedienung entsteht.

[Bearbeiten] Basis-Technologien für die Gebäudeautomation

[Bearbeiten] Leittechnik und Managementsysteme zur Fernwartung

Zum Einsatz kommen meist proprietäre Lösungen, beispielsweise zum Remote Management der weiter unten beschriebenen lokalen OSGi-Systeme.

[Bearbeiten] Management- und Automationsebene

OSGi: Ein OSGi-Framework ist eine offene, modulare und skalierbare „Service Delivery Plattform“ auf Java-Basis. Sie ermöglicht in ihrer Funktion als Software-Basisplattform für eingebettete Geräte die Vernetzung von intelligenten Endgeräten durch nachträgliche Auslieferung und Installation von Diensten zur Laufzeit. Dies schließt somit die Aufgabe der klassischen Fernsteuerung, Ferndiagnose und -wartung dieser Geräte mit ein. Weiterhin wird die Verteilung von Informationen und multimedialen Unterhaltungsinhalten an diese Geräte über geeignete Protokolle ermöglicht. Der Einsatz von OSGi erfolgt dementsprechend typischerweise in Fahrzeugen (Telematik), mobilen Endgeräten (Handys, PDAs) und im Bereich der Heimvernetzung (Residential Gateways) oder in industriellen Automatisierungslösungen bzw völlig anders gearteten eingebetteten Systemen. Eines der Anwendungsgebiete dieses offenen Systems ist die Gebäudeautomation, also das hier besprochene technische Facility Management. Dabei können auf demselben Residential Gateway gleichzeitig noch unterschiedliche andere Dienste bereitgestellt werden. Eine grosse Anzahl von solchen Gateways (also lokaler Managementsysteme) können dann aus der Ferne über ein entsprechendes Remote Management (also ein zentrales Managementsystem) gesteuert und überwacht werden.

[Bearbeiten] Automations- und Feldbus-Ebene

EIB: Der Europäische Installationsbus (EIB) ist ein Standard nach EN50090, der beschreibt, wie bei einer Installation Sensoren und Aktoren in einem Haus miteinander verbunden werden müssen. Er legt weiterhin fest, wie Sensoren und Aktoren miteinander kommunizieren (=Protokoll). Der EIB steuert zum Beispiel die Beleuchtung und Jalousien beziehungsweise Beschattungseinrichtungen, die Heizung sowie die Schließ- und Alarmanlage. Mittels EIB ist auch die Fernüberwachung und -steuerung eines Gebäudes möglich. EIB wird derzeit vor allem bei neuen Wohn- und Zweckbauten installiert, kann jedoch auch bei der Modernisierung von Altbauten nachträglich eingebaut werden. EIB-Installationen sind mittlerweile nicht nur im gehobenen Wohnungsbau zu finden. Es werden bereits auch bei preiswerten Fertighäusern EIB-Netzwerke in das Gebäude standardmäßig integriert.

KNX: Der Konnex-Bus (KNX) ist ein Standard, der beschreibt, wie in einer Installation u.a. Sensoren und Aktoren miteinander über ein Bus-/Protokoll-System verbunden werden können. Der Bus wurde im Jahre 2002 als Nachfolger aus dem Zusammenschluss der folgenden drei Bussysteme EIB, BatiBUS und EHS konzipiert. KNX ist kompatibel zur vorhergehenden Norm EN50090, welche den EIB-Standard normiert.

LON: Local Operating Network (LON) ist ein Feldbus, welcher vorrangig in der Gebäudeautomatisierung eingesetzt wird. Dieser Feldbus wurde von der US-amerikanischen Firma [Echelon] um das Jahr 1990 entwickelt. Die LON Technologie – mit ANSI/EIA-709.x und EIA-852 standardisiert sowie als EN14908 in das europäische Normenwerk übernommen – ermöglicht den neutralen Informationsaustausch zwischen Anlagen und Geräten von verschiedensten Herstellern und unabhängig von den Anwendungen.

DALI: Digital Adressable Lighting Interface (DALI) ist ein Steuerprotokoll zur Steuerung digitaler, lichttechnischer Betriebsgeräte in Gebäuden (z.B. elektronischer Transformatoren, EVGs, elektronischer Leistungsdimmer, etc.). Jedes Betriebsgerät, das über eine DALI-Schnittstelle verfügt, kann über DALI-Kurzadressen einzeln angesteuert werden. Durch einen bidirektionalen Datenaustausch kann ein DALI-Steuergerät bzw. ein DALI-Gateway den Status von Leuchtmitteln bzw. von Betriebsgeräten einer Leuchte abfragen bzw. den Zustand setzen. DALI kann als "Inselsystem" mit maximal 64 Betriebsgeräten betrieben werden oder als Subsystem über DALI-Gateways in modernen Gebäudeautomationssystemen.

[Bearbeiten] Chancen und Risiken

[Bearbeiten] Möglichkeiten der Gebäudeautomation (GA)

Beleuchtung bedarfs-, tageszeit- bzw. jahreszeit- und bewegungsabhängig schalten bzw. dimmen
Heizung, Lüftungsanlage oder Klimaanlage bedarfs- und zeitgerecht steuern
Verschattungseinrichtungen in Abhängigkeit von Sonnenlicht und Wind zeit- und bedarfsgerecht steuern
Sicherheit erhöhen durch die Überwachung von Fenster- und Türkontakten, sowie von Bewegungsmeldern
Zutrittskontrollsysteme realisieren
alle Steuerungsvorgänge im Gebäude zentral erfassen und anzeigen
schalten bzw. dimmen mit Funk- oder Infrarotfernbedienung
Fernüberwachung und Fernsteuerung über das Telefonnetz oder über das Internet (Fernwirken)
Vebrauchsdatenerfassung von Wärmezählern, Wasserzählern, Gaszählern und Stromzählern.
Laststeuerung auf Basis der Vebrauchsdatenerfassung durch sequenzielles Einschalten von Beleuchtungen

[Bearbeiten] Vor- und Nachteile

[Bearbeiten] Vorteile

Energieverbrauchsreduktion durch intelligente Regelung
Komfortgewinn durch intelligente Steuerung: z.B. kann auf einen Tastendruck eine vordefinierte Beleuchtungssituation hergestellt werden, ohne dass mehrere Lampen einzeln geschaltet oder gedimmt werden müssen; oder durch logische Verknüpfungen von Schaltzuständen können alternativ definierte Aktionen ausgelöst werden
Schutz gegen Einbrüche durch Anwesenheitssimulation
Sicherheit für die Bewohner durch Alarmierung beim Auftreten von kritischen Situationen
Überwachung von einem externen Sicherheitsdienst durch automatische Alarmweiterleitung

[Bearbeiten] Nachteile

auf den ersten Blick höhere Anschaffungskosten im Vergleich zur normalen Gebäudeinstallation. Zum einen amortisieren sich aber die Kosten vielfach durch die Energieeinsparungen im Betrieb, zum anderen sind viele Funktionen mit "normaler" Gebäudeinstallation gar nicht möglich oder gar viel teurer.
Bei hoher Komplexität ist für den Betrieb der Anlagen qualifiziertes Personal notwendig.
Erhöhte Abhängigkeit vom Installateur bzw. Hersteller (DDC Hersteller) der Anlagen, da einige Errichter gleichzeitig die Hersteller der DDCs sind. Es ist daher darauf zu achten, dass sämtliche Unterlagen incl. der aktuellen Programme in den DDCs übergeben werden, da sonst die nachträgliche Erweiterung der Anlagen immer durch Errichter erfolgen muss. Alternativ sind genormte Bussysteme mit zertifizierten Produkten (KNX, LONmark) einzusetzen, die eine große Herstellervielfalt und in der Regel auch Austauschbarkeit der Komponenten gewährleisten.

[Bearbeiten] Siehe auch

Automatisierung, Hausautomation

Bussysteme:

[Bearbeiten] Weblinks

Von „http://de.wikipedia.org../../../g/e/b/Geb%C3%A4udeautomatisierung.html“

Kategorie: Automatisierungstechnik