Intelligente Gebäude – vom intelligenten Lichtmanagement bis zum vernetzten Internet der Dinge
Issue 01-2018:
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Die Augen und Ohren der Gebäude – das sind elektronische Sensoren, die bereits der klassischen Gebäudeautomation erlauben, Beleuchtung, Beschattung und Raumklima eines Gebäudes zu steuern. Das Internet der Dinge (IoT) ermöglicht neuerdings effizientere oder gar ganz neue Dienste durch die Vernetzung mit weiteren Gewerken, wie Multimedia, den Haushaltsgeräten, der Alarmanlage, dem Aufzug oder dem zum Gebäude gehörigen Parkraum, um nur einige zu nennen. Jedes dieser Gewerke wird für sich fortlaufend intelligenter und ermöglicht so eine ganz neue Dimension an Dienstleistungen und Geschäftsmodellen. Zur drahtlosen Vernetzung innerhalb der Gebäude hat sich der batterielose EnOcean-Funkstandard erfolgreich etabliert.
Intelligentes Lichtmanagement
Neben HKL und Beschattung ist auch die Beleuchtung ein wichtiger Bestandteil der klassischen Gebäudeautomation. Beleuchtungslösungen werden intelligenter und das Licht passt sich beispielsweise den Gegebenheiten im Haus, im Büro, im Einkaufszentrum oder auf der Straße an – abgestimmt auf das Tageslicht oder die Anwesenheit. Auch die dynamische Steuerung der Beleuchtung und die Anpassung des Lichts an den Biorhythmus des Menschen gewinnen immer mehr an Bedeutung. Mittels aktiver Lichtregelung wird dafür gesorgt, dass Mitarbeiter über den kompletten Arbeitstag aktiv und motiviert sind.
Mit Einführung der LED-Technik hat sich im Bereich Licht ein enormer Wandel
vollzogen. Tiefgreifende Änderungen in der Elektronik mussten entwickelt werden, um die neuen Leuchtmittel effi zient steuern und regeln zu können. Präsenzsensoren ermöglichen beispielsweise das automatische Ausschalten nicht benötigter Lampen. Dies ist insbesondere in größeren Büroumgebungen sinnvoll, in denen nicht immer alle Bereiche die ganze Zeit über besetzt sind. Lichtsensoren können die Helligkeit der Innenraumbeleuchtung an die Menge des verfügbaren Umgebungslichts anpassen („Tageslichtanbindung“). Dies ist vor allem in Gebäuden mit großen Glasfronten von Vorteil, in die mehr oder weniger Sonnenlicht fällt. Durch Festlegen maximaler Helligkeitseinstellungen für dimmbare Leuchten („Task-Tuning“) können eine übermäßig helle Beleuchtung vermieden und die Lichtstärke für einzelne Bereiche optimiert werden.
Durch weitere Sensoren können zudem Echtzeit-Einblicke in den Zustand und die technische Funktionsfähigkeit des Gebäudes geboten werden. Stromsensoren messen Energieverbrauch und Energieeinsparung pro Leuchte und Etage sowie für das gesamte Gebäude. Bewegungssensoren erfassen Daten hinsichtlich der Anwesenheit und geben so Aufschluss über die Nutzung von Büroräumen. Dies hilft dabei, die wirtschaftliche Nutzung zu optimieren. Solch ein System kann auch Einblick in die Betriebsstunden und die Nutzungshistorie beispielweise des Beleuchtungssystems geben, um den Wartungsprozess zu verbessern. Eine Wartungshistorie zeigt ungewöhnliche Ereignisse im System wie Stromspitzen, Spannungsabfälle, Geräte, die offl ine sind, und sporadisch auftretende Probleme auf.
Ob im Bürogebäude oder im Einzelhandel: Batterielose Funksensoren tragen dazu bei, Energieeffizienz und Komfort zu erhöhen, und helfen, die Beleuchtung intelligenter zu machen.
Vernetztes Internet der Dinge
Ein enormes Potential des IoT liegt in der gewerkeübergreifenden Nutzung von Sensoren. So kann beispielsweise ein Bewegungsmelder das Licht steuern, das Raumklima zum Energiesparen bedarfsgerecht steuern und die Sicherheit im Gebäude gewährleisten. Gleiches gilt für den Fensterkontakt. Optimal ist die Kombination aus Bewegungsmelder und Fensterkontakten, die z. B. vor Einbrechern schützt oder bei geöffneten Fenstern einen Einbruchsfehlalarm verhindert, die Heizung herunterregelt (ebenso wie bei Abwesenheit) und in Verbindung mit Wetterdaten aus dem Internet rechtzeitig vor Regen warnt. Das Gesamtsystem lässt sich in Kombination mit Algorithmen, die das Nutzerverhalten erlernen und geeignet abbilden, immer weiter optimieren.
So kann weitere Künstliche Intelligenz hinzugefügt werden – z. B. zur Steuerung der Lichtqualität (wie Beleuchtungsstärke, Farbmischung), Temperatur, Feuchtigkeit oder Luftqualität. All diese Daten können im System zentral gesammelt, in Verbindung mit im Internet sonst noch erhältlichen Umgebungsdaten verarbeitet und an weitere vernetzte Geräte und Gewerke im Haus verteilt werden.
Die Zukunft ist das kabel- und batterielose Internet der Dinge
Durch die Erfassung von zuverlässigen Sensordaten und mit der richtigen Kombination der Daten wird die physische Welt also mit der digitalen Welt verbunden. Das vernetzte System kann effi zienter reagieren oder gar völlig neue Dienstleistungen kreieren. Drahtlose Sensoren werden sich hierbei durchsetzen, da diese fl exibel und für die Funktion optimal im Raum positioniert werden können. Zudem eignen sich die wartungsfreien Sensoren optimal für die Nachrüstung im Bestandsbau, die über 99 % des Gesamtmarktes ausmacht.
Gerade in Anbetracht der vielen Subsysteme und internationalen Standards erlangen interoperable Sensorkonzepte immer mehr Bedeutung. Hier positioniert sich herausragend das EnOcean-Ökosystem der über 400 führenden Unternehmen aus der Gebäudebranche, die sich zur EnOcean Alliance zusammengeschlossen haben. Diese Firmen haben sich dem Grundgedanken verschrieben, dass kabel- und batterieloser Sensorik die Zukunft gehört: dem „Self-powered IoT“, auf dessen Basis innovative Gebäude durch effi ziente und vernetzte Automatisierungslösungen der Zukunft nachhaltig gerecht werden, indem neue Services für die Nutzer und Manager der Räume realisiert werden, in denen wir uns jeden Tag aufhalten.
Mittels Internetprotokoll und geeigneten MiddlewareKonnektoren können die batterielosen Funksensoren schnell und einfach mit Anwendungen im Internet verbunden werden und mit einer cloudbasierten Plattform wie IBM Watson IoT, Amazon Echo, Microsoft Azure, Apple® HomeKitTM, Google Home oder Crestron interagieren.
Dieses Szenario ist die Grundlage für das Internet der Dinge. Mithilfe eines interoperablen Netzwerks lassen sich generierte Daten für die intelligente Geräte und Gebäudesteuerung nutzen und helfen so dabei, Gebäude energieeffi zienter, kostengünstiger und komfortabler zu machen.
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