Gebäudeautomation als Schlüssel zum Green Building

Der Begriff Gebäudeautomation (GA) ist international nach ISO 16484 und in Deutschland national nach VDI 3814 definiert und bezeichnet die automatische Steuerung, Regelung, Überwachung, Optimierung und Bedienung der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) – dazu zählen allen voran Heizung, Lüftung, Klimatisierung, Beleuchtung und Beschattung.

Von der Gebäudeautomation abzugrenzen ist die Heimautomation für Wohngebäude, für die sich der Begriff Smart Home etabliert hat.

Wichtig ist zu verstehen, dass der Begriff „Smart Building“ nicht definiert ist und entsprechenden Interpretationsspielraum zulässt. Es muss aber davon ausgegangen werden, dass „Smart Building“ auf jeden Fall eine zeitgemäße Gebäudeautomation beinhaltet. Nach WAGO-Definition beschreibt „Smart Building“ ein Nicht-Wohngebäude, das über den Lebenszyklus hinweg nachhaltig und energieeffizient betrieben wird. Mit den Funktionen eines systemübergreifenden Gebäudeautomations- und -steuerungssystems und weiteren Dienstleistungen unterstützt das „Smart Building“ den Nutzer und bietet maximalen Komfort bei optimalen Klima- und Lichtverhältnissen.

Mit einer gut durchdachten Gebäudeautomation lassen sich gebäudetechnische Prozesse automatisch, intelligent und effizient gestalten. Damit spielt die GA eine Schlüsselrolle beim Bau nachhaltiger Nichtwohngebäude, wie Büro- oder Verwaltungsgebäuden, Kindergärten oder Krankenhäusern. GA erhöht zudem die Sicherheit und den Komfort der Nutzer, da diesen Aufgaben wie das Ein- und Ausschalten der Beleuchtung oder die optimale Temperaturregelung abgenommen werden.

Ein ausgeklügeltes Raumautomationssystem sorgt ohne nötige Eingriffe durch den Nutzer für optimale Raumbedingungen und einen effizienten Energieeinsatz. Dafür werden Synergien, z. B. zwischen Heizung, Lüftung und Klimatisierung wie auch Beleuchtung und Beschattung, optimal genutzt:

Die ISO 52120 (vorher bekannt als EN 15232) führt Einsparpotenziale je nach Automationsklasse auf.

• Bedarfsgerechte Beschattung
  Bsp.: Bevor Räume im Sommer gekühlt werden, verhindert die geschlossene Beschattung eine Sonneneinstrahlung und damit ein Aufheizen. Im Winter kann durch Öffnen der Beschattung der Raum gewollt erwärmt werden.

• Optimale und effiziente Flächennutzung

• Optimale Raumtemperierung

• Intelligente Beleuchtungssteuerung

• Anwesenheitsabhängige Klimatisierung

Ein offenes System zeichnet sich dadurch aus, dass die eingesetzten Kommunikationstechnologien standarisiert sind und von vielen Herstellern unterstützt werden. Damit sind die Komponenten interoperabel und können herstellerunabhängig miteinander vernetzt werden und Informationen austauschen. Dies ermöglicht das einfache Nutzen von Synergieeffekten zwischen unterschiedlichen Systemen.

Ein proprietäres System hingegen ist herstellerspezifisch. In der Regel können hierbei nur Geräte von einem Hersteller miteinander kommunizieren. Entsprechend ist die Kommunikation zwischen unterschiedlichen proprietären Systemen nur mit erheblichem technischem und finanziellem Aufwand machbar. Der Einsatz von proprietären Systemen bedeutet damit eine gewisse Abhängigkeit des Anwenders vom Hersteller – besonders im Rahmen der Wartung und Erweiterung des Systems.

Es gibt vielfältige Protokolle bzw. Kommunikationstechnologien, zwischen denen in einem GA-System ein Datenaustausch erfolgen muss:

IP-basierte Kommunikation, die sich durch Flexibilität auszeichnet, setzt sich hierbei verstärkt durch – z. B. via BACnet IP (BACnet SC), Modbus TCP und MQTT für Cloudanbindungen.

Darüber hinaus gibt es nach wie vor Protokolle, wie Modbus RTU, KNX TP1, DALI und SMI, die über Zweidrahttechnologien (Twisted Pair) übertragen werden. Die Verwendung dieser Technologien ist mit zunehmender IP-Kommunikation rückläufig. Heutzutage werden mit diesen Technologien immer kürzere Strecken aufgebaut, die mit geeigneten Routern in IP-Netzwerke integriert werden.

Zusätzlich verbreiten sich Funktechnologien am Markt immer weiter. Vor allem bei der Revitalisierung von Bestandsgebäuden bieten Funktechnologien die nötige Flexibilität. EnOcean ist bspw. eine etablierte Funktechnologie. Weiterhin entwickeln sich weitere Technologien wie zum Beispiel LoRaWAN, Thread mit KNX RF und Matter sowie Zigbee, bei denen eine endgültige Marktrelevanz zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abgeschätzt werden kann.

Nicht zu vernachlässigen: Im Zusammenhang mit der Kommunikation innerhalb eines GA-Systems muss zur Gefahrenabwehr immer auch die IT-Security fokussiert werden, um die Systeme vor unautorisierten Zugriffen zu schützen.

BACnet steht als Datenübertragungsprotokoll für “Building Automation and Control Networks“ in der Gebäudeautomation und ist mit der ISO 16484-5 weltweit standarisiert. Das BACnet-Protokoll kann über verschiedene Übertragungsmedien wie IP- und Zweidraht-Netzwerke übertragen werden. BACnet ermöglicht einen standardisierten Datenaustausch für die Gebäudeautomation und damit eine gewerkeübergreifende Integration von Geräten unterschiedlicher Hersteller und Gewerke in einem einheitlichen Gesamtsystem. Erweiterungen oder Veränderungen in Gebäuden lassen sich mit BACnet herstellerunabhängig und systemübergreifend umsetzen.

Ein Datenpunkt ist in der GA eine Informationseinheit, die physisch oder virtuell sein kann. Physische Datenpunkte beziehen sich dabei auf direkt angeschlossene oder vernetze Feldgeräte in einem System. Virtuelle (auch kommunikative oder fiktive genannte) Datenpunkte hingegen sind softwarebasiert bzw. kommen aus einem Übertragungsprotokoll. Datenpunkte werden in einem Gebäudeautomationssystem über eine Datenpunktadresse bzw. eine Benutzeradresse (Anlagenkennzeichnungsschlüssel) eindeutig identifiziert.