Gebäudeautomation: Digitale Haussteuerung

Bei der Gebäudeautomation geht es einfach beschrieben um die Automatisierung haustechnischer Anlagen. Der Begriff umfasst dabei alle Systeme, die zur Überwachung, zur Steuerung, zur Regelung und zur Optimierung technischer Prozesse erforderlich sind. Ziel der Hausautomatisierung ist es, vorhandene Ressourcen effizient einzusetzen, Energie zu sparen und die Betriebssicherheit technischer Anlagen zu erhöhen. Wie das funktioniert, erklären wir in den folgenden Abschnitten. 

Digitalisierung und die Ziele der Gebäudeautomation 

Die Digitalisierung hält Einzug in viele Bereiche unseres Lebens. Sie hilft, analoge Prozesse computergestützt abzubilden und Aufgaben automatisch abzuarbeiten. Möglich ist das mit Programmen und Algorithmen, die selbsttätig auf verschiedenste Parameter reagieren. So schaltet sich zum Beispiel die Beleuchtung im Dunkeln ein, wenn Nutzer einen Raum betreten. Rollläden fahren automatisch hoch, wenn der Wind zu stark weht und Fenster schließen sich selbst, wenn es zu regnen beginnt. Bei der Gebäudeautomation (auch Hausautomation) geht es darum, all diese Bereiche unter einen Hut zu bekommen. Gelingt das, bringt die digitale Haussteuerung zahlreiche Vorteile:

  • Ressourcenschonung: Laufen Prozesse durch die Gebäudeautomation automatisch ab, sinkt der Aufwand für die Bedienung. Nutzer oder Betreiber können viel Zeit sparen.
  • Energieeffizienz: Indem technische Geräte automatisch auf verschiedene Parameter reagieren, lassen sie sich deutlich sparsamer betreiben.
  • Umweltschutz: Arbeiten haustechnische Anlagen effizienter, verbrauchen sie weniger fossile Rohstoffe. Sie verursachen geringere Emissionen und schonen Umwelt sowie Klima.
  • Wirtschaftlichkeit: Durch freie Personalkapazitäten und geringere Energieverbräuche sinken die Betriebskosten von Gebäuden und die Wirtschaftlichkeit technischer Anlagen steigt.
  • Sicherheit: Durch eine automatische Überwachung der Haustechnik lassen sich Fehler frühzeitig erkennen, beheben und teilweise auch vorhersagen.
  • Komfort: Durch die Gebäudeautomation müssen Nutzer seltener aktiv mit Gebäuden interagieren. Heizungsanlagen, Beleuchtungssysteme oder Unterhaltungsgeräte lernen die individuellen Bedürfnisse kennen und passen sich diesen automatisch an.

Herausforderung der Gebäudeautomation 

Während sich Smart Home Systeme im Eigenheim vergleichsweise einfach umsetzen lassen, liegt die große Herausforderung der Hausautomatisierung im gewerblichen Bereich. Denn Bürogebäude, Einkaufszentren oder Industrieanlagen bestehen aus zahlreichen Teilsystemen, die oft nicht optimal miteinander kommunizieren. Darüber hinaus gibt es unzählige Parameter, die im Sinne der digitalen Haussteuerung zu überwachen und auszuwerten sind.

Die Grafik zeigt vereinfacht, wie Smart Home funktioniert
Aufbau der Gebäudeautomation am Beispiel von Smart Home / © heizung.de

Aufbau von Systemen zur Hausautomation

Um die beschriebenen Ziele erreichen zu können, hat die Haussteuerung grundsätzlich einen dreistufigen Aufbau. Ein System zur Gebäudeautomation besteht aus:

  • der Feldebene
  • der Automationsebene
  • · der Managementebene

Die folgende Tabelle zeigt, worum es in den einzelnen Bereichen geht. 

Ebene der Gebäudeautomation

Erklärung

Aufgaben
(Beispiele)
Feldebene Die Feldebene beschreibt den untersten Bereich der Haustechnik. Hier arbeiten Beleuchtungs-, Heizungs-, Klima- und Lüftungsanlagen. Nötig sind dazu verschiedene Sensoren und Aktoren, die Informationen erfassen und Befehle ausführen. Erfassen, Schalten und Bedienen von Geräten oder Prozessen
Automationsebene Auf der Automatisierungsebene findet die Haussteuerung und -regelung statt. Dazu treffen die Informationen der Feldebene auf Vorgaben und Regeln der Managementebene. Kommunizieren von Informationen sowie Steuern und Regeln der Haustechnik
Managementebene Auf der Managementebene der Gebäudeautomation laufen alle Informationen der einzelnen Systeme und Prozesse zusammen. Außerdem lassen sich hier übergreifende Regeln und Algorithmen festlegen, die einen optimalen Betrieb der gesamten Haustechnik ermöglichen. Nutzerschnittstelle; Überwachung von Parametern und Prozessen; Festlegen von Regeln und Algorithmen; Melden von Störungen

Verschiedene Kommunikationsstandards im Überblick

Damit die Gebäudeautomation sicher und zuverlässig funktioniert, müssen die einzelnen Elemente miteinander kommunizieren können. Möglich ist das grundsätzlich über kabelgebundene und kabelfreie Netzwerke. Die Art und Weise, in der die Informationen zum Beispiel zwischen Sensoren und Aktoren fließen, bestimmt ein Kommunikationsprotokoll. Dieses muss den Anforderungen der Hausautomation standhalten. Die bekanntesten Kommunikationsprotokolle, die heute in der Haussteuerung zum Einsatz kommen, sind:

  • BACnet
  • KNX/ EIB - Konnex
  • LON
Smart Home und Gebäudeautomation
© NicoElNino – stock.adobe.com 

BACnet für die Gebäudeautomation

BACnet steht für Building Automation and Control network. Es beschreibt ein herstellerunabhängiges und lizenzfreies System zur Haussteuerung. Die Technik ist international standardisiert und in allen Ebenen der Gebäudeautomation einsetzbar. Da die Stärken vor allem in der Managementebene liegen, kommt BACnet häufig als übergeordnetes System zum Einsatz. Regelmäßige Anpassungen durch die BACnet Interest Group Europe (Interessensvertreter aus Industrie und Wirtschaft) sorgen dafür, dass der Kommunikationsstandard den ständig wachsenden Anforderungen der Hausautomatisierung standhalten kann.

KNX/EIB-Konnex zur Hausautomation

Unter dem Namen Konnex wurden die drei bekannten Kommunikationssysteme EIB, EHA und BataiBUS zusammengeführt. Die Lösungen stammen ursprünglich aus der Installationstechnik. Sie kommunizieren über Kabel, Powerline (Stromnetz) oder Funk und sind vor allem in der Heizungs-, Klima- und Lüftungstechnik einsetzbar. Im Vergleich zu BACnet und LON ist die Datenübertragungsrate der Gebäudeautomation langsamer.

LON für die Hausautomatisierung

LON ist frei programmierbar und weit verbreitet, wenn es um die Gebäudeautomation geht. Das System ermöglicht eine firmenneutrale Datenkommunikation für die Feld- und Automationsebene. Die Datenübertragungsrate ist mit 1,25 MBit/s deutlich geringer als bei BACnet (100 MBit/s), jedoch höher als bei dem Konnex-Standard (9.000 Bit/s). Während LON viele Gewerke und Geräte miteinander verbindet, können nicht alle Herstellersysteme miteinander kommunizieren. Außerdem setzen die Entwicklungswerkzeuge der Haussteuerung auf unterschiedliche Datenbanken. Ohne korrekte Absprachen kann das vor allem bei gewerkübergreifenden Arbeiten zu Problemen in der Datenkommunikation führen.

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Die Gebäudeautomation sorgt für einen sicheren, zuverlässigen, sparsamen, umweltfreundlichen und wirtschaftlichen Betrieb moderner Gebäude. Sie bringt verschiedene Systeme der Haussteuerung unter einen Hut und wirkt sich zunehmend auch auf die Betriebskosten von Gebäuden aus. Geht es um Verkauf und Vermietung, bekommt die Hausautomation daher einen immer größeren Stellenwert.
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