Intelligente Gebäude: Funktionen und Vorteile der Gebäudeautomation

Gebäudeautomation verbessert Komfort, Sicherheit und Effizienz von Gebäuden durch intelligente Steuerungssysteme. In Wohngebäuden erhöht sie die Lebensqualität und reduziert den Energieverbrauch, während sie in Büro- und Industriegebäuden auch Kosten optimiert und Sicherheitsfunktionen integriert. Dieser Beitrag erläutert die Ebenen, Systeme und Protokolle der Gebäudeautomation und zeigt praktische Vorteile für verschiedene Gebäudetypen.

Grundsätzliches zur Gebäudeautomation

Gebäudeautomation umfasst alle Anwendungen in diesem Bereich und alle Gebäudearten. Allerdings hat sich in den vergangenen Jahren sprachlich eine Abgrenzung zwischen dem Gebrauch in Wohngebäuden und in Industrie- und Bürogebäuden ergeben. „Smart Home“ oder auch „Home Automation“ wird eher für die im Wohnbereich eingesetzte Technik verwendet, da auch Haushaltsgeräte hier miteinander kommunizieren.

Gebäudeautomation beschreibt vor allem den größeren Maßstab und beinhaltet alle Einrichtungen, die komplexe gebäudetechnische Anlagen eigenständig steuern, regeln und überwachen können. Im Wohnumfeld stehen vor allem Komfort, Annehmlichkeiten sowie die Reduzierung von Energie und Kosten im Fokus. Für Unternehmen geht es vor allem um Effizienz, Einsparung von Kosten und Ressourcen, aber auch um eine sinnvolle Vernetzung in der Produktion sowie um Gebäude, die dank der Automation sicherer sind.

Was gehört alles zur Gebäudeautomation?

Eine Gebäudeautomation beinhaltet in der Regel die Regelung und Steuerung zahlreicher Komponenten, unter anderem der Heizung, Elektroanlagen, Lüftungs- und Kälteanlagen, Beleuchtung und Beschattung. Eingeschlossen sind darin ebenso Prozesse, Software und Dienstleistungen für die automatische Steuerung und Regelung, Überwachung, Optimierung und Bedienung.

In der Baubranche gehört Smart Building, wie die Gebäudeautomation auch gern genannt wird, inzwischen ganz selbstverständlich dazu. Studien zur Folge lassen sich gerade in Bestandsgebäuden durch den Einsatz digitaler Technologien bis 2030 bis zu 14,7 Millionen Tonnen CO2 einsparen.

Welche Arten von Gebäudeautomation gibt es?

 Unterschieden werden in der Gebäudeautomation drei Ebenen:

• Feldebene
• Automationsebene
• Managementebene

Auf der Feldebene werden Daten erfasst und Funktionen ausgeführt. Das funktioniert mittels Sensoren, zum Beispiel Temperatur- und Helligkeitsfühler, Bewegungsmelder oder Fensterkontakte. Neben den Sensoren werden auf der Feldebene auch Aktoren verwendet. Das sind in der Regel Stellmotoren für Ventile und Klappen sowie Schalt- und Dimmeinrichtungen für die Beleuchtung. Sensoren nehmen Informationen auf, leiten sie an Aktoren weiter, die dann diese Daten in Schaltsignale umsetzen.

Auf der nächsten Stufe, der Automationsebene, werden die von der Feldebene gesammelten Daten weiterverarbeitet und in Schalt- und Stellbefehle umgewandelt. Die oberste Ebene, die sogenannte Leit- oder Managementebene, ist für die Visualisierung, Überwachung und Bedienung eines Gebäudes zuständig. Auf dieser Ebene werden Daten gespeichert. In Summe bilden die drei Ebenen zusammen das Gebäudeautomationssystem ab.

Damit die einzelnen Ebenen miteinander kommunizieren und die Informationen weitergeben können, werden entsprechende Schnittstellen eingesetzt. Darüber hinaus ist eine Übertragungstechnik notwendig, was in der Regel per Netzwerk erfolgt, in dem Reihenfolge und Regeln für die Kommunikation festgelegt werden. Ziel ist es, verschiedene Komponenten innerhalb der Gebäudeleittechnik miteinander zu verbinden.

Verschiedene dezentrale Systeme

Damit unabhängig vom Hersteller, die einzelnen Komponenten miteinander kommunizieren können, gibt es verschiedene dezentrale Systeme:

• KNX gilt als der Klassiker unter den dezentralen Systemen und ist inzwischen als Standard zertifiziert, weshalb es häufig auch als europäischer Installationsbus, kurz EIB, bezeichnet wird: Zu dem System gehören Sensoren und Aktoren, Bedienelemente und Systemkomponenten. Das System kann über eine USB-Schnittstelle an ein Ethernet angeschlossen werden oder über Gateways in weitere Systeme integriert werden.
• Local Control Network, kurz LCN: Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes modulares Bus-System, das man in Gebäuden unterschiedlicher Arten einsetzen kann. Es lässt sich einfach installieren, ist zuverlässig und bietet eine hohe Übertragungsleistung sowie ein umfangreiches Funktionsspektrum. Hauptsächlich wird es in Wohnungs- und Bürogebäuden genutzt.
• Local Operating Network, kurz LON: Dieses Feldbus-System ist für den neutralen Informationsaustausch zwischen Anlagen und Geräten unterschiedlicher Hersteller geeignet. Es wird sowohl in der Prozess- und Anlagenautomation eingesetzt, als auch in der Straßenbeleuchtung und zur Raumautomation. Kern der Technologie ist ein Neuron-Chip.

Welche Kommunikationsprotokolle und Schnittstellen werden in der Gebäudeautomation verwendet?

Zu den bekannten Standards unter den Kommunikationsprotokollen zählt BACNet – ein offener Gebäudeautomations- und Kommunikationsstandard. Dazu gibt es noch weitere Systeme, die vor allem als sogenannte Subsysteme oder -protokolle zu verstehen sind:

• Bluetooth-Low-Energy ist ein offenes Protokoll, das sich für persönliche, gewerbliche und IoT-Netzwerke eignet und die Daten per Funk überträgt.
• DALI, das vor allem für die Steuerung von Lichtanlagen verwendet wird.
• Modbus gilt als eines der meistbenutzen Protokolle in der industriellen Fertigung.
• LonMark – ist für das Management der Kommunikation zwischen Geräten geeignet.
• SMI ist praktisch als digitales Pendant zu DALI zu betrachten und eignet sich vor allem für Außen- und Innenjalousien sowie Rollladen.
• Sub-Gigahertz, das besonders große Distanzen bei der Übertragung erreicht und deshalb häufig in Gebäuden eingesetzt wird.
• Wi-Fi bietet eine schnelle Internetverbindung und somit auch eine einfache und sichere Verknüpfung verschiedener Sensoren und Geräte mit einer Cloud
• Gateways oder Dual-Band-Geräte, die sowohl Wi-Fi mit Bluetooth Low Energy oder Sub-Gigahertz mit
• Bluetooth Low Energy nutzen und aufgrund der Kombination zweier Protokolle auch die Vorteile beider bieten.

Wie kann die Gebäudeautomation zur Verbesserung der Energieeffizienz beitragen?

Ein Beispiel: Sie wohnen in einem Einfamilienhaus mit einer Standardheizung mit einer Photovoltaikanlage auf dem Dach. Nun setzen Sie ein Smart-Home-System ein, in das Sie Heizung, Beleuchtung, Rollladen und PV-Anlage integrieren. Nun legen Sie fest, wann jemand zu Hause ist und welche Räume beheizt werden sollen. Für den Strombedarf geben Sie der PV-Anlage Vorfahrt, wenn diese Strom produziert. So nutzen Sie zuerst den Sonnenstrom, statt teuren Strom aus dem Netz zu beziehen.

Damit es im Sommer angenehm kühl bleibt, sind Ihre Rollladen dank smarter Steuerung in der Lage, bei einer vorgegebenen Raumtemperatur selbständig herunterzufahren und für Schatten zu sorgen. Präsenzmelder in Räumen wie Flur, Badezimmer, Gäste-WC und Arbeitszimmer helfen beim Stromsparen, weil niemand mehr vergessen kann, das Licht auszuschalten. Um diese Funktionalitäten im Haus zu erreichen, sollten Sie bei einer kompletten Gebäudeautomation diese bereits beim Bau mit einplanen oder Sie nutzen Systeme, die sich sogar einfach nachrüsten lassen.  Was Ihnen mit beiden Varianten gelingt: Energie, Emissionen und Kosten zu sparen.

Nun lässt sich das Beispiel des Einfamilienhauses auch auf ein Büro- oder Industriegebäude übertragen. Während das Bürogebäude dem Einfamilienhaus noch am nächsten ist, sind die Anforderungen in der Industrie in der Regel andere. Bei Nicht-Wohngebäuden geht es neben der Energieeffizienz auch um Sicherheit. Deshalb werden häufig auch Zutrittskontrollen über eine Gebäudeautomation gesteuert. Auch die Beleuchtung von Lagerhallen, Produktionsflächen, Fahrwegen kann bedarfsgerecht eingeschaltet oder gedimmt werden.

 Wie kann die Gebäudeautomation genutzt werden, um die Sicherheit zu erhöhen?

Eine Gebäudeautomation kann durchaus die Sicherheit steigern. Bei einem Wohnhaus zum Beispiel kann die Lichtsteuerung dafür sorgen, dass von außen nicht erkennbar ist, ob es bewohnt ist oder aufgrund von Urlaub gerade leer steht.

Ein weiterer Sicherheitsaspekt sind Kameras, die sich ebenfalls in die Gebäudeautomation integrieren lassen, sowie Bewegungsmelder, Fenster- und Türkontakte sowie eine spezielle Zugangskontrolle an der Haustür. Statt eines Schlüssels gibt es heute Systeme, die per Fingerabdruck, App oder PIN-Code bedienbar sind.

Wie können Bewohner und Nutzer eines Gebäudes von der Gebäudeautomation profitieren?

Für die Bewohnerinnen und Bewohner sowie Nutzerinnen und Nutzer eines Gebäudes, in dem eine Gebäudeautomation integriert ist, ergeben sich zahlreiche Vorteile. So entfallen zum Beispiel lästige Handgriffe wie die Lichtschalter zu betätigen oder daran zu denken, die Rollladen vor Verlassen des Hauses herunterzulassen.

Viele Funktionen lassen sich per Regel definieren und einstellen. So auch die Heizungsanlage, die automatisch herunterfährt, wenn sich niemand für längere Zeit im Raum oder im Haus aufhält. Eine Gebäudeautomation bietet neben viel Komfort und Sicherheit eine große Unterstützung in puncto Energieeffizienz und Ressourceneinsparung.