Gebäudeautomation & Smart Building

• Auswerten von Daten z.B. für die Betriebsoptimierung
• Protokollieren von Prozessinformationen, Datenwerte wie Wetterinformationen
• Projektieren von Änderungen (z.B. andere Raumaufteilung, Kostenabrechnung)
• Instandhaltung von Teilsystemen (z.B. Wechsel von Anlagenteilen planen)

• Verknüpfungen von logischen Zuständen für Steuerungen
• Regelung von Licht, Heizung etc.
• Betriebsstundenzählung
• Zeitmanagement
• Überwachen von Anlagenteile
• Störungserfassung & Weitermeldung an die Managementstation
• Handbedienung für Notbetrieb oder manuellen Eingriff

• Sensorzustände messen
• Betriebszustände erfassen und melden (übertragen)
• Verbraucher schalten bzw. ansteuern (z.B. Motoren)

• Leitebene = Managementebene (Computer)
• Automationsebene = Feldbus, DDC
• Feldebene/Anlagetechnik = Aktoren, Sensoren

Aktor: werden meist antriebstechnische Baueinheiten bezeichnet, die ein elektrisches Signal (vom Steuerungscomputer ausgegebe-ne Befehle) in mechanische Bewegungen bzw. Veränderungen physikalischer Größen wie Druck oder Temperatur umsetzen

Sensor: Ein Sensor wandelt die zu messende physikalische Größe in eine elektrische Größe um und verarbeitet diese so, dass die elektrischen Signale leicht übertragen und weiterverarbeitet werden können.

BACnet ist ein Netzwerkprotokoll für die Gebäudeautomation

ZigBee-Endgeräte (zb. Leuchten) können sich in Stern, Baum, oder vermaschten Netzwerkschema verbinden und kommunizieren.

• Hohe Effizienz und Produktivität

Arbeitsproduktivität nimmt zu wenn Behaglichkeit stimmt -> GA hat direkten Einfluss auf Produktivität

• Optimierung Bewirtschaftungsprozess

Durch verschiedene Messsysteme kann die Performance verglichen und optimiert werden

• Attraktivität über den gesamten Lebenszyklus

z.B. Roche teilweise umgebaut, trotz kompletter Umnutzung musste GA nicht umgebaut werden

-> GA so aufbauen, dass komplette Umnutzung Gebäude möglich ist, GA soll helfen komplett unterschiedliche Nutzungskonzepte zu realisieren à Flexibilität

• Die Menschen in den Industrienationen halten sich zu 95 % ihres Lebens in Gebäuden auf.
• Die Qualität der Innenwelt ist deshalb für Gesundheit und Wohlbefinden und damit für die Arbeitsproduktivität von entscheidender Bedeutung.
• Je nach Zweckbestimmung eines Gebäudes können unterschiedliche Anforderungen an die Gebäudetechnik gestellt werden.

• Nr.1 Arealmessung: man hat gemessen was in Gebäude reinkommt (7 Messstellen)
• Nr. 2: Jede Etage separat messen (Wäre man auf 750 Messstellen gekommen)
• Nr. 3 (gewähltes Konzept): Misst Grossverbraucher Lifte, Gastro separat ansonsten bei 2 Referenzgeschossen detailliert gemessen und beide Etagen optimiert -> anhand optimierter Parameter appliziert man Parameter auf andere Geschosse

• Hier stehen die individuellen Bedürfnisse nach Komfort, Ergonomie, Physiologie und Psychologie der wechselnden Benutzer im Mittelpunkt, Bsp.: Einzel- oder Gruppenbüros, Parzelle eines Grossraumes, Hotelzimmer, Wohnraum, etc.

Hier stehen die Bedürfnisse der „Durchschnittsbenutzer“ für Behaglichkeit, Kommunikation, organisatorische Effizienz, etc. als Massstab, Bsp.: Korridor, Treppenhaus, Restaurant, Bibliothek

• Hier entstehen spezifische Aufgaben, Handlungen, Prozesse als Massstab

Bsp.: technische Räume, Lager, Parkhausebene

• Liegenschaftsportfolio
• Liegenschaft
• Gebäude
• Bereich
• Raum
• Segment

1. Wohnbau --> EFH und MFH, Eigentumswohnungen
2. Wohnbau mit Zweckcharakter --> Heimoffice (SOHO) kleine Büros in Wohnhäuser
3. Zweckbau mit Wohncharakter --> Spitäler, Hotel, Alters- und Pflegeheim
4. Zweckbau --> Verwaltungsgebäude, Industrie und Schulen

• Niederenergiehäuser Tieferer Energieverbrauch als konv. Gebäude. Schweiz: Minergie-Standard 4
• Passivhäuser kommen ohne klassische Heizung aus. Schweiz: Minergie-P 3
• Nullenergiehäuser keine Netto-Energiebezug im Jahresmittel. 2
• Plusenergiehäuser geben im Jahresmittel Netto-Energie ab. 1
• Green-Building U.S. Green Building Council (USGBC) treibt d Standard „Leadership in Energy and Environmental Design (LEED)“

Siehe Bild

Teildisziplin der Gebäudeautomation à Jener Bereich mit dem die Nutzer in Kontakt treten

• Ausführung der gewerke-übergreifenden Automations-funktionen und -aufgaben innerhalb der Räume.
• Die Raumautomation ist ein integriertes System, dass die einst getrennten Anlagen zur Beleuchtungs- oder Sonnenschutzsteuerung sowie der Raumklimaregelung zusammenfasst.

Teildisziplin der Gebäudeautomation

• Steuerung der Anlagen (Lüftung, Wärme, Kälte, ...)
• Die Steuerung der Anlagen ist die klassische MSR (messen, steuern, regeln) und wächst heute immer stärker mit der Raumautomation zusammen (Durchgängigkeit der Systeme)

Intelligentes Wohnen

• Teil der GA, der auf den privaten Wohnungsbau und die speziellen Bedürfnisse seiner Bewohner ausgerichtet ist.

Bei der Automatisierung von Wohnbauten liegt der Hauptfokus primär im erhöhten Wohnkomfort, der Sicherheit

Beleuchtung

Gebäudehülle

Klimatechnik

Kälteschutz

Öffnungen

Energieversorgung

Intrusionsschutz

Zutrittskontrolle

Brandmeldeanlage

Überwachungsanlagen

Netzinfrastruktur, Netzwerke, Kommunikation

Sonnenschutz

Licht und Notlicht

Quelleluft-Auslass und Abluft

TABS

Schallschutz und Zusatzkühlung

Sprinkler und EVAK LS

Systemintegratoren

- Erstellung der Systeme in der GA

Installateure

- Elektro, Heizung, Lüftung, Wasser, Storen, Sicherheit

Fachplaner

- Elektro, HLK, Fassade und Gebäudeautomation (GA, früher MSRL)

Benutzer

- Die Nutzer eines Gebäudes

Betreiber

- Oft in Verantwortung des Facility Management

Investor

- Bauherr, GU, TU

Weitere

- Architekt, Gerätehersteller, Fachhandel

Ein Bus ist ein Kommunikationssystem, dass eine Vielzahl von Geräten wie Messfühler Sensoren), Stellglieder und Antriebe (Aktoren) mit einem Steuerungsgerät untereinander verbindet. Die Bussysteme wurden entwickelt, um eine Parallelverdrahtung sowie analoge Signalübertragung durch digitale Übertragungstechnik zu ersetzen.

• Sternstruktur
• Ringstruktur
• Busstruktur
• Baumstruktur
• Netzstruktur

Wird häufig bei Brandmedern verwendet. Zudem auch allgemein bei Sicherheitsstrukturen

Vorteile:

• Hohe Verfügbarkeit durch Redundanz
• Leicht erweiterbare Struktur
• Geringe Leitungsanzahl

Nachteil:

Aufwendige Fehlersuche

Wir häufig in der Praxis verwendet. Wird für Kommunikationsinfrastrukturen verwendet (IT, Wi-Fi)

Vorteil:

• Ausfall eines Teilnehmers beeinflusst nicht die restliche Kommunikation

Nachteile:

• Keine direkte Verbindung aller Teilnehmer
• Ausfall der Zentrale führt zu Totalausfall des Systems

Hoher Verkabelungsaufwand

Simple BUS Struktur findet man sehr häufig in der Gebäudeautomation. Wenn ein Gerät ausfällt, ist dies nicht tragisch

Vorteile:

• Direkte Verbindung aller Teilnehmer
• Einfache Verkabelung
• Der Ausfall eines Teilnehmers beeinflusst Rest nicht

Nahchteil:

Unterbrechung des Buskabels führt zu Teilausfall

SIG-B & SI-WAVE Protokolle

Vorteile:

• Bei Ausfall von Leitung oder Teilnehmer, System i.O.
• Sehr leistungsfähig

Nachteile:

• Hoher Verkabelungsaufwnd
• Aufwändige Handhabung

i.d.R. nur logisch erstellt (nicht physisch aufgebaut

In der Praxis nicht so oft anzutreffen

Vorteile:

• Flexible Installation
• Geringe Leitungsanzahl

Nachteile:

• Keine direkte Verbindung aller Teilnehmer

Unterbrechung des Buskabels führt zu Teilausfall

• Gleiches Medium (Luft)
• Gleicher Frequenzbereich
• Gleiche Sprache (Deutsch)
• Gleiche Interpretation (Feuer)

• Twisted-Pair (TP)
• Funk (RF)
• Powerline (PLC)
• Lichtwellenleiter (FO)
• Infrarot

Vorteil:

• Keine Leitungen

Nachteile:

• Beschränkte Reichweite
• Hohe Störanfälligkeit
• Offener Zugang
• Segmentierung schwierig
• Energie bei Aktoren

Heute wird immer mehr auf Funk gesetzt -> WI-FIFirst

Personenidentifikation RFID etc.

Jedoch Management- & Automationsebene wird immer noch verkabelt -> Sicherheitsaspekt und bessere Leistung

Geeignete Systeme sind z.B. nOcean, KNX RF, ZigBee, Z-Wave, LonWorks Wireless, WirelessHART

Vorteile:

• Preiswert
• Schnelle Übertragung
• Grosse Reichweiten

Nachteile:

• Störungen (el./ magn. Felder)
• Beschränkt Abhörsicher

STP = Shielded-twisted pair -> in der Praxis warden geschirmte Kabel oft nur 1-Seitig am Schrank angeschlossen. Teilweise fährt man mit einem ungeschirmten Kabel genau so gut

UTP = untwistet-shielded Pair

Fast alle Systeme in der Gebäudetechnik können über Twisted-Pair kommunizieren (EIB/KNX, LON, BACnet, SPS-Vernetzung, Backbone über Ethernet etc.)

Powerline (PLC)

Vorteile:

• Keine Busleitung
• Enerige immer vorhanden

Nachteile

• Hohe Störanfälligkeit
• Tiefe Überstragungsraten
• Einbau von Sperr- und koppelfilter

230 V Netze werden zusätzlich zur Datenübertragung genutzt.

Systeme mit Powerline in der Gebäudetechnik sind: Homeplug, Digitalstrom, KNX Powerline, LonWorks PLC, Zumtobel Onlite, X10.