Gebäudeautomation: digitale Haussteuerung

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. Manche Produkte setzen auf  Energy Harvesting  und holen die notwendige Energie aus der Umgebung.
• 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.

Vor allem der Punkt Energieeffizienz war Anlass dafür, die  Smart Home Förderung  auch in die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) aufzunehmen. Wer smarte Technik im Bestand nachrüstet, kann dabei mit attraktiven Zuschüssen rechnen.  

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.

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:

• Feldebene
• Automationsebene
• Managementebene

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

Verschiedene Kommunikationsstandards im Überblick

Damit die Gebäudeautomation sicher und zuverlässig funktioniert, müssen die einzelnen Elemente miteinander kommunizieren. 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

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 (Interessenvertreter 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.