Gebäudeautomatisierung

Als Gebäudeautomation (GA) bezeichnet man die Gesamtheit von Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen in Gebäuden. 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 (in der Regel EIB/KNX bzw. bei Beleuchtung DALI).

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 das diese inzwischen auch direkt an die Feldbusse der DDCs angebunden werden. Die klassische Aufteilung der Ebenen ist im folgenden Bild zu sehen.

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.

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 BACnet 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.

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 Busssystemen aufzuheben. Dazu ist jedoch bei den meisten Systemen die Kooperation des Herstellers notwendig.

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.

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

Vorteile

Energieverbrauchsreduktion durch intelligente Regelung
Komfortgewinn durch intelligente Steuerung: z.B. kann auf einen Tastendruck eine vordefinierte Beleuchtungssituation hergestellt werden, anstatt das mehrere Lampen einzeln geschaltet oder gedimmt werden müssen; oder durch logische Verknüpfungen von Schaltzuständen können alternativ definierte Aktionen ausgelöst werden
Anwesenheitssimulation zum Schutz gegen Einbrüche
Sicherheit für die Bewohner durch Alarmierung beim Auftreten von kritischen Situationen
Zentrale Überwachungsmöglichkeit durch eine Zentrale mit Automatischer Alarmweiterleitung an das technische Personal

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.