Ausblick 01.12.2017, 00:00 Uhr

Aktuelle Herausforderungen für die Gebäudeautomation

Genauso, wie die Gebäudetechnik insgesamt in den nächsten Jahren vor enormen Herausforderungen steht, wird sich auch die Gebäudeautomation vor dem Hintergrund der allgemeinen Entwicklungen der Informations- und Automatisierungstechnik und dem Einfluss von Industrie 4.0 massiv verändern – und zwar technologisch wie organisatorisch.

Bild: panther,edia.net/franckito

Bild: panther,edia.net/franckito

Einige Aspekte sollen im Folgenden hierzu exemplarisch herausgegriffen und näher erläutert werden. Diese werden unterteilt in interne, das heißt aus der Branche selbst kommende, und externe, sprich von äußeren Einflussgrößen getriebene Faktoren (siehe Tabelle).

Des Weiteren wird auf die besondere Bedeutung einer zielgerichteten Aus- und Weiterbildung im Bereich der Gebäudeautomation eingegangen.

Einflussgrößen von „außen“:

Digitalisierung, Internet of Thinks, Industrie 4.0, Data Mining etc. auf der einen Seite sowie Smart Grids, Smart Buildings und Smart Cities auf der anderen Seite kennzeichnen schlagwortartig aktuelle Entwicklungen, welche die „klassische“ Gebäudeautomation als Automatisierung der Gewerke innerhalb eines Gebäude in den nächsten Jahren signifikant verändern werden.

Technologisch lässt sich absehen, dass die Gebäudeautomation immer stärker von den aktuellen Entwicklungen der modernen Informations- und Internettechnologien und den vielfältigen Methoden aus dem weiten Feld der allgemeinen Automatisierungstechnik im Kontext von Industrie 4.0 durchdrungen wird. Beispiele hierfür sind:

  • Intelligente, busfähige Sensoren und Aktoren mit integrierten Überwachungs- und Diagnosefunktionen,
  • IP-und webbasierte, frei programmierbare Automatisierungsgeräte,
  • Einsatz von modell- und simulationsgestützten Automatisierungsstrategien wie zum Beispiel modellprädiktive Regelungen (MPC) oder selbstlernende Verfahren wie Neuronale Netze (NN),
  • wissens- und/oder modellgestützte Algorithmen zur automatisierten Betriebsoptimierung sowie Fehlererkennung und Diagnose für verbesserte Service- und Wartungsprozesse.

Ebenfalls wichtigen Einfluss auf die Gebäudeautomation werden die verstärkte Einbindung von erneuerbaren und dezentralen Energiesystemen und die damit verbundenen Anforderungen für ein dezentrales Last- und Energiemanagement haben. Hier werden die bisher eher getrennt betrachteten Automatisierungslösungen für elektrische und thermische Systeme immer mehr zusammenwachsen. Daher gilt es zunehmend, den optimierten Energiefluss von elektrischen und thermischen Systemen unter Berücksichtigung ihrer gegenseitigen Wechselwirkungen und Speichermöglichkeiten als Ganzes zu beachten. Insofern entwickeln sich die Gebäudetechnik auf der einen Seite, und die Energietechnik auf der anderen Seite, zunehmend hin zu einer nicht voneinander trennbaren Gebäudeenergietechnik. Dieser systemische Ansatz, „Gebäude als ein System“ zu betrachten, bietet neue spannende Anwendungs- und Geschäftsfelder für zukünftige Gebäudeautomationslösungen.

Neben den bisher bereits vorhandenen Automatisierungslösungen für die einzelnen Gewerke und Bereiche der Raum- und Anlagenautomation gilt es zunehmend, ein darauf aufbauendes und abgestimmtes Systemdesign mit einer passenden „Systemautomation“ zwischen den gebäudeinternen Energiesystemen zu entwickeln und umzusetzen. Ergänzt wird dies um Lösungen einer gebäudeintegrierten Energiespeicherung (elektrisch, thermisch) zur Nutzung von Lastverschiebepotenzialen sowie eines übergeordneten Netzmanagements im Kontext von Quartier-, Stadt- und Regionalkonzepten, welches die optimierte Betriebsführung von Gebäuden hinsichtlich eines netzdienlichen Betriebs neu beziehungsweise anders definiert. Dies wird sich auch stark auf die Art und den Umfang von Informations- und Automatisierungstechniken innerhalb der Gebäude und deren Anlagen auswirken.

Einflussgrößen von „innen“

Ergänzt werden die zuvor geschilderten Entwicklungen durch neue Software-Werkzeuge für das durchgängige System Engineering zur Verbesserung des Workflows über den gesamten Lebenszyklus eines Produktes, einer Anlage und letztlich des gesamten Gebäudes. Hier gilt es die für die Gebäudeautomation relevanten Prozess- und Engineering-Schritte im Sinne einer Digitalisierung der Planungs-, Ausführungs- und Betriebsabläufe sinnvoll zu automatisieren und in den Gesamtprozess eines BIM-Konzepts zu integrieren.

Gewerke übergreifendes Planen, Bauen und Betreiben von Gebäuden ist und wird zunehmend unverzichtbare Voraussetzung zum Standard eines wirtschaftlichen und lebenszyklusorientierten Bauprozesses werden. Dies erfordert allerdings eine verstärkte Optimierung standardisierter Planungsprozesse sowie des Workflows, insbesondere aus Sicht automatisierter Prozesse.

Eine wichtige Herausforderung hierbei ist, die Gebäudeautomation ganz früh im Planungsprozess, das heißt schon bei der Bedarfsplanung, durchgängig als Ganzes, als ein in sich abgestimmtes Gebäudeautomationssystem zu konzipieren. Dies ist dann in den folgenden Planungsphasen genauso konsequent weiter zu entwickeln und passend umzusetzen: Ein „Paket“ Gebäudeautomationssystem bestehend aus Raumautomation, Anlagenautomation und das übergeordnete Management (zum Beispiel Energiemanagement) mit festgelegten Schnittstellen zu anderen Systemen wie etwa Gebäudemanagementsysteme (GMS), Computer Aided Facility Management Systeme (CAFMS), Enterprise-Resource-Planning Systeme (ERPS). Dies ist eine entscheidende Grundlage für einen durchgängigen Datenaustausch über alle Ebenen in einem Unternehmen und dies wiederum Voraussetzung für erfolgreich darauf aufsetzende Dienstleistungs- und Managementprozesse.

Die Querschnittsthemen „Building Information Modeling (BIM“) und „Digitales Bauen“ werden in den nächsten Jahren hierzu die technologischen Treiber sein und alle Prozesse rund um Planung, Bau und Betrieb von Gebäuden stark durchdringen. Anforderungen des digitalen Bauens und des BIM werden insbesondere die Prozesse des Planens, Ausführens und des Betriebs von Gebäudeautomationssystemen massiv beeinflussen.

Den Menschen und Nutzer in den Mittelpunkt stellen

Die primäre Aufgabe einer Automation ist es, Menschen und Nutzer den Alltag zu erleichtern und zu helfen, die Komplexität der sie umgebenden Technologien zu beherrschen oder zu vereinfachen. Das gilt insbesondere für die Gebäudeautomation, die so nah am Menschen und Nutzer agiert wie vielleicht sonst kein anderes Anwendungsfeld der Automatisierungstechnik. Nach wie vor wird die Gebäudeautomation allerdings mehr technologieorientiert denn lösungs- und serviceorientiert angeboten. So bietet der Markt bereits viel mehr an Technologie an als das, was in der breiten Anwendung genutzt und von der Mehrheit der Anwender auch akzeptiert wird. Hierzu wird sich ein Paradigmenwechsel insbesondere bei den Herstellern und Planern etablieren müssen, damit die Gebäudeautomation den wichtigen Aspekten wie einfache Bedienung, Nutzerfreundlichkeit, einfache Inbetriebnahme und kontinuierliches Optimieren/Anpassen im laufenden Betrieb ohne Einsatz von Fachpersonal gerecht wird. „Gebäudeautomation – vom Produkt- und Komponentenlieferanten zum Dienstleister und Problemlöser“ könnte das Motto hier heißen. Ein interessanter Markt für neue Geschäftsmodelle, zum Beispiel für verbesserte Assistenzsysteme und Mensch-Maschine-Schnittstellen für verschiedenste Zielgruppen von Gebäudenutzern.

Das Internet der Dinge (IoT) und Internet der Dienste (IoS): Vernetzung von Menschen, Geräten, Gebäuden und Systemen über Cyber-physische Systeme (CPS). Bild: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, acatech, April 2013

Das Internet der Dinge (IoT) und Internet der Dienste (IoS): Vernetzung von Menschen, Geräten, Gebäuden und Systemen über Cyber-physische Systeme (CPS). Bild: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, acatech, April 2013

 

Neue Geschäftsmodelle – Bereitstellung von offenen CPS-Plattformen und neuen Dienstleistungen. Bild: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, acatech, April 2013

Neue Geschäftsmodelle – Bereitstellung von offenen CPS-Plattformen und neuen Dienstleistungen. Bild: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0, acatech, April 2013

Hier gilt es auch bisher eher fachfremde Disziplinen wie Informatik, Psychologie, Arbeitswissenschaft, Pädagogik, Medizin und Ergonomie im Sinne einer transdisziplinären Denk- und Sichtweise auf das Anwendungsfeld Gebäudeautomation einzubinden, zum Beispiel bei der Entwicklung von intuitiven Bedien- und Visualisierungskonzepten.

Bedeutung Aus- und Weiterbildung

Damit die zuvor geschilderten Einflussgrößen der Gebäudeautomation und Gebäudetechnik zeitnah in der Praxis und Breite der Anwendungsmöglichkeiten umgesetzt werden können, bedarf es in den nächsten Jahren einer erhöhten Aus- und Weiterbildungsoffensive. Die enormen Entwicklungen gerade im Bereich der Informations- und Automatisierungstechnik gekoppelt mit den vielfältigen neuen Entwicklungen bei den Gebäude- und Energietechnologien und ergänzt um die zuvor genannte transdisziplinäre Zusammenarbeit, fordern gerade in diesem Bereich die Bereitschaft des lebenslangen Lernens. Dies führt zu einem erhöhten Bedarf an zugeschnittenen Aus- und Weiterbildungsangeboten für alle beteiligten Gruppen (Planer, Ausführende Firmen, Betreiber, Architekten, Facility Manager, …).

Die zunehmende Digitalisierung der Lehre sowie neue didaktische Methoden wie E-Learning und Blended-Learning lassen auch neue zugeschnittene Aus- und Weiterbildungsformate für die Praxis erwarten. Als Beispiel sei hier der neue berufsbegleitende und hochschulübergreifende Masterstudiengang Gebäudeautomation der Hochschulen Biberach und Münster genannt, der als Weiterbildungsstudiengang über die Akademie der Hochschule Biberach angeboten wird und die zuvor geschilderten enormen Herausforderungen in dem Studienkonzept intensiv aufgreift. Zum Abschluss dazu ein Auszug aus der VDI/VDE Publikation Thesen und Handlungsfelder – Automation 2025, (Ausgabe Juni 2015), der dies vortrefflich wiedergibt: „(…) Automation ist der Schlüssel zur Beherrschung komplexer Systeme. (…) Automation ist das notwendige Bindeglied, das aus den Möglichkeiten der Software realen Nutzen generiert. (…) Basis dafür sind Menschen: Automationsexperten, die durch ihre Ausbildung, Erfahrung und kontinuierliche Weiterentwicklung neben den fachlichen Qualifikationen über soziale und interkulturelle Fähigkeiten verfügen sowie die Kompetenz besitzen, Mensch-Maschine-Interaktion in allen Konsequenzen sinnhaft und zum Nutzen der Menschen zu gestalten sowie über hohe Problemlösefähigkeit verfügen.

Literaturhinweis

Dieser Fachartikel basiert im Wesentlichen auf einem Beitrag aus der VDI-Publikation „Gebäude 2025 –Thesen und Handlungsfelder“. In dieser Publikation wird von verschiedenen Autoren ein Ausblick auf die Entwicklungen der Gebäudetechnik unter anderem vor dem Hintergrund der digitalen Transformation sowie der Transformation der Energiesysteme gegeben. Im Abschnitt 6.2 findet sich vom Autor ein Beitrag zur Perspektive der Gebäudeautomation in diesem Kontext, der im Folgenden in einer aktualisierten und erweiterten Fassung wiedergegeben wird.

 

Die VDI-Publikation „Gebäude 2025 –Thesen und Handlungsfelder“ kann unter m.vdi.de/fileadmin/user_upload/VDI-Thesen-und-Handlungsfelder_Gebaeude-2025.PDF kostenfrei heruntergeladen werden.

Übersicht zu aktuellen Entwicklungen in Gebäudetechnik und -automation

  • Von der Gebäude- und Energietechnik zur „Gebäudeenergietechnik“
  • Vom Gebäude zum „Gebäude als System“ (Gewerke übergreifende Betrachtung)
  • Vom Gebäude zum „Gebäude im System“ (Smart Building im Smart Grid)
  • Vom Lastmanagement zur „dezentralen Lastverschiebung“
  • Von der „Einzelautomation“ zur „Systemautomation“
  • Vom Gebäudemanagement zum Netzmanagement
Aktuelle Einflussgrößen auf die Gebäudeautomation
Von Außen Von Innen
– Digitalisierung – BIM, Digitales Bauen
– Data Mining – Smart Buildings
– Industrie 4.0 – Smart Cities
– Internet of Things – Smart Grids
– IT-Security – Smart Metering
– … – …

Von Prof. Dr.-Ing. Martin Becker

Prof. Dr.-Ing. Martin Becker, Hochschule Biberach, Institut für Gebäude- und Energiesysteme.

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