Digitalisierung im Haus
Energieflüsse im Gebäude nachhaltig steuern
Die Palette der Möglichkeiten smarter Gebäudesteuerung reicht von intelligenten Thermostaten bis hin zu vollautomatisierten Gebäudemanagementsystemen. Der Fokus liegt dabei darauf, Gebäude effizienter, nachhaltiger und benutzerfreundlicher zu gestalten. Digitalisierung im Gebäudebereich bezeichnet die Integration digitaler Technologien in die Planung, den Bau, den Betrieb und die Wartung von Gebäuden. Dies umfasst die Nutzung von Sensoren, vernetzten Geräten (Internet of Things, IoT), Automatisierungssystemen, Big Data und KI. Ziel ist es dabei, Prozesse zu optimieren, den Energieverbrauch zu senken und die Nutzererfahrung zu verbessern.
Ein besonderes Augenmerk liegt dabei in den letzten Jahren auf Energieeffizienz und Nachhaltigkeit. Wenig Wunder, ermöglicht Digitalisierung doch eine präzise Überwachung und Steuerung von Energieflüssen in Gebäuden. Durch intelligente Systeme können Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlagen sowie Beleuchtung und andere technische Anlagen effizienter betrieben werden. Dies trägt nicht nur zur Kostensenkung bei, sondern reduziert auch den ökologischen Fußabdruck.
„Dass das SHK- und das Elektrohandwerk ‚verschmelzen‘, ist keine Neuheit. Das spüren wir als Technische Alternative schon seit mehr als zehn Jahren“, erklärt Jürgen Prazak, verantwortlich für Marketing bei Technische Alternative. Die Nachfrage im privaten Bereich sei enorm gestiegen, wenn es beispielsweise darum geht, die Heizung generell „intelligenter“ machen, vernünftiges Datenlogging zu betreiben und vor allem aus der Ferne auf das System zugreifen zu können.
Wachsende Nachfrage nach Energiemanagement
Mit dem „Siegeszug der Wärmepumpe“ – insbesondere in Kombination mit einer Photovoltaikanlage – seien die Anforderungen an die Regeltechnik allerdings „plötzlich ungleich komplexer“ geworden. „Sektorenkopplung und Hybridheizungen sind keine Fremdwörter mehr. PV-Überschüsse gezielt zu nutzen, findet man ganz oben in den Anforderungen der Kunden – und eben nicht mehr ‚nur‘ im Einfamilienhaus, sondern verstärkt in der Sanierung von Gewerbeobjekten oder Wohnbauten.“
Mittlerweile fänden sich immer mehr Komponenten – „vom einfachen E-Heizstab über die Wärmepumpe bis hin zur Wallbox“ - in einer Anlage. Die Regelung solcher Anlagen funktioniere mit Standardlösungen aber nur mit Abstrichen. „Am ehesten noch, wenn alle Komponenten von einem einzigen Hersteller kommen. Das können einerseits nur ganz wenige bieten und ist andererseits auch dementsprechend teuer.“
Die „x2“-Geräte des Anbieters bieten eine umfassende Automatisierung der Gebäudetechnik, von der Heizung und Kühlung über die Beschattung bis hin zum Energiemanagement. Auch der Zugriff via Internet (Browser, Ios- und Android-App) ist über die Hardware-Schnittstelle „C.M.I.“ möglich.
„Die Vorteile unserer frei programmierbaren Regler liegen auf der Hand. Wir kommen aus dem Wärmesektor, haben für diesen komplexen Bereich eine enorme Erfahrung und vor allem kann man sich darauf verlassen, dass es hier kaum eine Anforderung gibt, die man mit unserer Software nicht abbilden kann.“ Über offene Schnittstellen können Fremdgeräte – vom M-Bus Zähler über Wechselrichter und Ladestationen mittels Modbus oder auch Smart Home Systeme über KNX - anbinden. „So ist mit unseren Universalreglern ein Datenaustausch sichergestellt, sodass idealerweise keine regeltechnisch autarken Inseln entstehen.“ Zudem würden Handwerk und Planner*innen die bestmöglichen Werkzeuge für die übergeordnete Regelung und Steuerung von kleinen und mittleren Anlagen geboten, wie Prazak betont.
„Das sind nicht nur die Regler selbst, sondern auch unser neues CORA-HKT, ein Heizkörperthermostat bzw. Stellantrieb. Das Gerät wird über Funk oder Kabel angebunden und integriert sich perfekt in die restliche TA-Welt.“ Die Pumpen-Mischer-Gruppe „PMG1“ räume wiederum mit dem Kabelsalat im Heizraum auf. Die Gruppe werde über Funk oder ein zweipoliges Kabel eingebunden, werde fertig verkabelt geliefert und belege keinerlei Ein- oder Ausgänge an der UVR. „So lassen sich auch mehrere Heizkreise mit nur einer einzigen Universalregelung regeln.“
Gebäude digital steuern
Auf breites Interesse der Anwender*innen stoßen auch die Lösungen von Gira für ein intelligentes Energiemanagement im Smart Home, etwa das Modul „Gira Eco“. „Angesichts der dringenden Notwendigkeit, Energie möglichst effizient zu nutzen, kommt der digitalen Steuerung der Gebäudetechnik eine zentrale Rolle zu“, erklärt Torben Bayer, Leiter Marke, Marketing und Digitale Geschäftsmodelle beim Smart Home-Spezialisten. „Die Einbindung der Elektromobilität in eine Smart-Home-Anwendung, wie sie ‚Gira Eco‘ ermöglicht, ist dafür ein ganz wichtiger Baustein.“
Gerade die Planung von Elektroinstallationen kann allerdings komplex und langwierig sein, schon weil sich Kund*innenwünsche oft kurzfristig ändern oder neue Anforderungen hinzukommen. Mit dem „Gira Planungs Assistenten“ könnten Elektrofachhandwerk*innen Projekte allerdings einfach und zeitsparend anlegen und planen – inklusive Plausibilitätscheck und automatisch generierter Dokumente, wie das Unternehmen verspricht.
Ein integrierter Plausibilitätscheck weise bereits während der Planung auf fehlerhafte Konstellationen hin und spare damit eine „zeitintensive Fehlersuche sowie nachträgliche Anpassungen“. Dadurch könnten selbst komplexe KNX-Anlagen mühelos und ohne große Erfahrungen in diesem Bereich projektiert werden. Zudem sucht der Gira Planungs Assistent eigenständig die passenden Produkte für die jeweiligen Anforderungen aus.
Mit dem Planungs Assistenten sei auch die Übergabe der Planungen an nachfolgende Gewerke oder Handwerkertools verlustfrei möglich, so der Marketing-Leiter. So lassen sich beispielsweise Pflichtenhefte und Raumbücher per Tastendruck exportieren. Bereits angelegte und bearbeitete Projekte können zudem nahtlos an Kolleg*innen übergeben werden, so dass eine effiziente und fehlerfreie Teamarbeit möglich sei. Daneben können auch Vorlagen, die für ähnliche Planungsvorhaben nutzbar sind, angelegt werden.
Sollen hingegen in mittleren und größeren Objekten autarke KNX Anlagen verbunden werden, dient „Gira F1“ als KNX-Bridge. Über das Modul können beispielsweise wichtige Nachrichten als KNX Telegramme in die privaten KNX Systeme der Wohnungen weitergeleitet und dort auf einem Display angezeigt werden. Dazu zählen etwa Meldungen einer gemeinsam genutzten Wetterstation des Gebäudes, aber auch Informationen über eine anstehende Aufzugwartung, den Besuch des Fensterputzers oder Paketanlieferungen. Sogar der Aufzug könne bereits aus der Wohnung gerufen werden, verspricht der Hersteller.
Fokus auf Energieeffizienz
Auch für kleinere und mittlere Gebäude, die bisher ohne Gebäudeautomation betrieben wurden, werden Energieeffizienz und Klimaneutralität immer wichtiger – zum einen aus Kostengründen, zum anderen, weil immer mehr behördliche Auflagen erfüllt werden müssen, die einen nachhaltigen Betrieb erfordern. In Europa unterstützt beispielsweise die EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) das Ziel der EU, bis 2050 einen klimaneutralen Gebäudebetrieb zu erreichen, und zwingt Gebäudebesitzer und -betreiber zum Handeln. Siemens Smart Infrastructure ermöglicht daher mit der vor knapp einem Jahr herausgebrachten „Connect Box“ das Management kleiner bis mittelgroßer Gebäude. Die Ergänzung des Siemens-eigenen „Xcelerator“-Portfolios biete einen benutzerfreundlichen Ansatz zur Überwachung der Gebäudeperformance, verspricht der Hersteller. Die Connect Box habe das Potenzial, die Energieeffizienz um bis zu 30 Prozent zu optimieren und die Raumluftqualität in kleinen bis mittelgroßen Gebäuden wie Schulen, Einzelhandelsgeschäften, Wohnhäusern oder kleinen Büros erheblich zu verbessern. Xcelerator ist eine offene digitale Business-Plattform, die Kund*innen dabei unterstützt, die digitale Transformation einfacher, schneller und skalierbar umzusetzen.
Mit Connect Box können alltägliche Gebäudemanagement-Aufgaben über eine cloud-basierte Oberfläche von einem einzigen Ort aus ohne ein zusätzliches Gateway oder Software erledigt werden. Alarmmeldungen zu potenziellen Problemen sowie Grafiken, die historische Trends visualisieren, liefern dabei jederzeit aussagekräftige Informationen über die Gebäudeperformance und unterstützen die Optimierung des Betriebs. Die Box bietet dafür Online-Zugriff über Desktop oder Smartphone. Die Installation erfolgt per Plug-and-Play, Systemintegrator*innen, Techniker*innen und Facility Manager brauchen für Einrichtung, Konfiguration und Betrieb des Systems zudem keine besonderen Fachkenntnisse. Die im Lieferumfang enthaltene Bibliothek umfasst mehr als 500 anschlussfertige Feldgeräte von Siemens und Drittanbietern und werde laufend erweitert, wie das Unternehmen verspricht. Ein intelligenter Konverter unterstütze elf standardmäßige und proprietäre Kommunikationsprotokolle für drahtgebundene und drahtlose Verbindungen, darunter „LoRaWAN“, „BACnet“, „Modbus“ und KNX.
Der ebenfalls erhältliche „IAQ-Multisensor“ könne beispielsweise per Plug-and-Play mit Connect Box verbunden werden. Der Multisensor misst die Luftqualität in Echtzeit und prüft wichtige Parameter wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, CO2-Sättigung, VOC- und PM2,5-Emissionen sowie Lichtintensität und Lärmpegel (dBA). Gebäudebetreiber*innen würden damit volle Transparenz über die Luftqualität im Gebäude erhalten und könnten so ein gesundes Umfeld für Benutzer*innen bieten.
Für Connect Box werden zwei Lizenzierungsmodelle angeboten. Die Cloud-Lizenz ermöglicht es Kunden, ihre Gebäudedaten in der Online-Datenbank von Connect Box zu speichern. Mit der On-Premise-Lizenz können die von drahtgebundenen und IoT-Geräten gesammelten Daten mühelos in ein bestehendes Automations- oder Gebäudemanagementsystem integriert beziehungsweise in eine externe Cloud hochgeladen werden. Beide Varianten werden per Fernzugriff gemanagt und über Over-The-Air-Updates aktualisiert.
Elektrofahrzeuge kontrolliert aufladen
Beckhoff widmet sich wiederum der effizienten Nutzung der vorhandenen Energie und hat dafür das hauseigene „TwinCAT-IoT“-Produktportfolio auf Grundlage des für den IoT-Treiber eingeführten „WebSocket“-Protokolls um das „Open Charge Point Protocol“ (OCPP) erweitert. Dieses standardisiert die Kommunikation zwischen Ladestationen für Elektrofahrzeuge und den zugehörigen zentralen Managementsystemen. Dadurch ergibt sich - in Verbindung mit der „EtherCAT-Klemme EL6761“ als Kommunikations-Interface entsprechend IEC 61851 und ISO 15118 - eine durchgängige Lösung für die Ladeinfrastrukturkommunikation, wie der Anbieter verspricht.
Mit der Function TwinCAT 3 IoT OCPP (TF6771) wurde OCPP als C++-Treiber mit zugehöriger SPS-Bibliothek als Wrapper umgesetzt. Implementiert sind aufgrund der hohen Marktrelevanz zunächst die OCPP-Versionen 1.6 und 2.0.1. Im Fokus stehen dabei zwei Anwendungsfälle. Einerseits wenn TwinCAT als Steuerung für eine Ladestation in Verbindung mit EL6761 eingesetzt und anschließend als OCPP-Client mit dem zentralen Managementsystem verbunden wird.
Und andererseits bei der Anbindung anderer Ladestationen über das OCPP-Protokoll. Hier stellt TwinCAT einen Teil des zentralen Managementsystems dar, um beispielsweise das lokale Lastmanagement eines Ladesäulenparks zu ermöglichen. Parallel kann TwinCAT an ein weiteres Managementsystem angebunden sein, unter anderem um Authentifizierung oder Abrechnungsmechanismen umzusetzen
Zweifache Möglichkeiten biete dem Unternehmen zufolge auch das Kommunikationsinterface selbst. Mit der EtherCAT-Klemme lässt sich die Kommunikation für die Lade-Infrastruktur direkt zum Elektrofahrzeug sowie auch von diesem zum übergeordneten Lade-Managementsystem realisieren. Unterstützt werden hierbei zwei unabhängige Kommunikationsstandards – die PWM-Kommunikation nach IEC 61851 und die Powerline Communication gemäß ISO 15118. Letztere stellt einen flexiblen Kommunikationskanal dar, um alle notwendigen Daten zwischen Fahrzeug und Ladesäule zu übertragen.
Einsatzszenarien digitaler Technologien im Gebäudebereich
Intelligente HLK-Systeme: Nutzen vernetzte Sensoren und Aktoren, um Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftqualität in Echtzeit zu überwachen und zu steuern. Diese Systeme passen sich automatisch an die Anwesenheit von Personen und die äußeren Wetterbedingungen an, was zu einer erheblichen Reduktion des Energieverbrauchs führt.
Beleuchtungssysteme: Intelligente Beleuchtungssysteme nutzen Präsenzsensoren und Tageslichtsteuerungen, um die Beleuchtung bedarfsgerecht zu regeln. Diese Systeme können nicht nur Energie sparen, sondern auch die Arbeitsumgebung verbessern, indem sie die Lichtverhältnisse an die jeweilige Tätigkeit anpassen.
Gebäudeautomationssysteme (BAS): Ein Gebäudeautomationssystem integriert verschiedene Systeme wie HLK, Beleuchtung, Sicherheit und Energiemanagement in eine zentrale Steuerungseinheit. Durch die Vernetzung dieser Systeme können Daten gesammelt und analysiert werden, um den Betrieb zu optimieren und den Energieverbrauch zu minimieren.
Energiemanagementsysteme: Überwachen und steuern den Energieverbrauch eines Gebäudes in Echtzeit. Sie identifizieren ineffiziente Prozesse und schlagen Maßnahmen zur Optimierung vor.
