Smart Home: Vom intelligenten zum kognitiven Gebäude

| Autor / Redakteur: Jürgen Baryla * / Michael Eckstein

Am Drücker: Der elektromechanische Energiewandler ECO 200 ist in ein Schaltermodulintegriert. Der Wandler setzt die Energie eines Tastendrucks in elektrische Energie für ein Funkmodul um.
Am Drücker: Der elektromechanische Energiewandler ECO 200 ist in ein Schaltermodulintegriert. Der Wandler setzt die Energie eines Tastendrucks in elektrische Energie für ein Funkmodul um. (Bild: EnOcean)

Haus- und Gebäudetechnik auf Basis des EnOcean-Funkstandards erspart teure Verkabelungen und zeitraubende Batteriewechsel. Gefragt sind offene und flexibel erweiterbare Systeme.

Begonnen hat alles mit dem Einsatz von Wandtastern, Temperatursensoren und einer automatisierten Steuerung für Licht, Beschattung und Lüftung. Mittlerweile ist ein umfassendes Ökosystem von Sensoren und Aktoren daraus geworden. Sensoren als „Sinnesorgane“ des Internets erfassen Raum- und Klimadaten – etwa Zustände von Fenstern und Türen, Feuchte, Helligkeit, Anwesenheit oder Luftgüte. Auf dieser Basis steuern Systeme eine Vielzahl von Aktoren. Die Informationen lassen sich im Internet zum Beispiel über Cloud-Anwendungen mit einer wachsenden Anzahl „intelligenter“ Geräte und Gewerke vernetzen. Daraus ergeben sich neue, spannende Anwendungsmöglichkeiten. Mit den Anfängen der Gebäudeautomation hat dies allerdings nicht mehr viel zu tun.

Bereits in den 1980er Jahren entwickelten Unternehmen erste Lösungen, die Bustechnologien in der elektrischen Installations- und Gebäudetechnik nutzten. Zu Beginn entstanden hauptsächlich proprietäre Systeme verschiedener Hersteller. Einige dieser Systeme sind noch heute auf dem Markt verfügbar. Das für die damalige Zeit erste „offenere System“ war der EIB (European Installation Bus), heute bekannt als KNX.

Der EIB/KNX ist nach wie vor erhältlich, die Anforderungen an Systeme zur Gebäudeautomatisierung haben sich jedoch erheblich geändert. Sie gehen eindeutig in Richtung offener Systeme. Deshalb haben immer mehr Hersteller Gateways entwickelt, die den Zugang in diese proprietären Systeme oder die Kombination unterschiedlicher Systeme ermöglichen. Auch dem allgemeinen Trend der Vernetzung auf der IP-Ebene werden sich diese Systeme langfristig nicht entziehen können, zu vielseitig sind die Optionen der konkurrierenden, im Laufe der Jahre hinzugekommenen Technologie-Anbieter.

Flexible und offene Systeme auf Funkbasis

Geschlossene Systeme werden immer weniger nachgefragt. Anwender bevorzugen heute übergreifende Lösungsansätze, in denen Produkte unterschiedlicher Hersteller miteinander kommunizieren können und die sich flexibel erweitern lassen. Hier hat sich der international standardisierte EnOcean-Funkstandard (ISO/IEC 14543-3-1X) mit dem umfangreichen Ökosystem interoperabler Produkte erfolgreich etabliert.

Wenn sehr viele Sensoren und Schalter verfügbar sein sollen, eignen sich kabelgebundene Systeme kaum. Es wäre zu aufwändig und unflexibel, jeden Sensor mit einer eigenen Leitung zu verbinden. Funksysteme sind kabelgebundenen Lösungen in diesem Punkt überlegen. Rauchmelder, Sensoren für Anwesenheit, Temperatur, Luftqualität und Licht oder Schalter: Ohne Kabelzwang lassen sich diese Systeme genau dort anbringen, wo sie wirklich gebraucht werden. Zeitgleich behält man die Flexibilität, das System nachträglich um neue Produkte und zusätzliche Sensoren zu erweiterten, ohne dass Wände aufgebrochen werden müssen.

Energy Harvesting statt lästiger Batteriewechsel

Im Unterschied zu anderen Funktechnologien arbeiten EnOcean-Funksensoren ohne Kabel und ohne Batterien. Sie gewinnen stattdessen mithilfe miniaturisierter Energiewandler ihre Energie aus der Umgebung (Bewegung, Licht, Temperaturunterschiede). Die Geräte lassen sich dadurch flexibel platzieren und erfordern zudem keinen Batteriewechsel. Im Zweckbau sind Anforderungen wie Flexibilität und Wartungsfreiheit sicherlich früher zu spüren gewesen als im allgemeinen Wohnungsbau oder im Eigenheim.

Inzwischen steht diese übergreifende Funktionalität im Bereich Smart Home jedoch im Fokus – vor allem angesichts frei wählbarer Produkte, Bedienoberflächen (Apps) und Anwendungen wie Apple HomeKit oder Alexa. Hier sind Aspekte wie Komfort und Sicherheit – ohne die Bindung an einen bestimmten Hersteller – entscheidend. Im Zweckbau gehen die Anforderungen oft stärker in Richtung Datengewinnung, um sowohl zielgerichtete Dienstleistungen anbieten zu können als auch die Flexibilität der Gebäude so hoch wie möglich zu halten. Nichtsdestotrotz spielen hier auch Argumente wie das Minimieren der Schnittstellen zwischen den einzelnen Gewerken, schnellere Bauzeiten oder klare Abgrenzung der Gewährleistungsbereiche eine große Rolle.

Auf Basis der batterielosen Funktechnologie haben Hersteller bereits verschiedenste Produkte für Smart Homes entwickelt – von Raumthermostaten über Funkfensterkontakte bis hin zu solarbetriebenen Präsenzmeldern. So steigern sie beispielsweise die Energieeffizienz eines Hauses und bieten dabei besondere Flexibilität, da zur Installation keine Verkabelung notwendig ist. Das reduziert die Installationskosten und erhöht den Wohnkomfort, denn die Funkschalter können überall dort angebracht werden, wo sie gerade benötigt werden. Sämtliche EnOcean-basierte Produkte sind zudem interoperabel. So können in einem System problemlos Lösungen verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren.

Wartungsfreie und smarte Technik auf Funkbasis

Wie simpel der Einstieg ins Smart Home ist, zeigt der Hersteller Jäger Direkt mit seiner intelligenten Gebäudetechnik OPUS greenNet, die zahlreiche Möglichkeiten für zusätzlichen Wohnkomfort, Sicherheit und Energieeffizienz schafft. Vom Ein- und Ausschalten bis hin zur Zeitsteuerung für Beleuchtung, Heizung und Verschattung ermöglicht OPUS greenNET flexible Lösungen, die sich dank des Baukastenprinzips individuell erweitern lassen.

Die Produktserie OPUS Bridge ermöglicht in der täglichen Installationsarbeit eine unkomplizierte Platzierung smarter Technik. Der OPUS Bridge-Schalter für Beleuchtung lässt sich beispielsweise problemlos nachrüsten und ermöglicht dank des implementierten Funkmoduls das Ergänzen weiterer EnOcean-Schalter und-Sensoren. Die aufwändige Verkabelung einer Kreuzschaltung oder eines Bewegungsmelders entfällt. Auch die Platzierung der Möbel durch den Nutzer ist flexibel und bei der Nachrüstung sind keine zusätzlichen Leitungen erforderlich.

Automatisierung senkt Betriebsaufwand für Gebäude

Auch der Zweckbau profitiert von den Entwicklungen in der Gebäudetechnik der letzten Jahre. 2016 bezogen 1.900 Mitarbeiter von Microsoft die neue, von der ARGENTA Unternehmensgruppe entwickelte und realisierte Deutschlandzentrale des IT-Unternehmens in München. Neben der energieeffizienten Betreibung des Gebäudes galt es, auch ein optimales und komfortables Raumklima für die Mitarbeiter des Unternehmens zu schaffen. Bei der Auswahl der Überwachungs- und Steuerungslösung war unter anderem eine einfache und direkte Handhabung des Gebäudemanagementsystems entscheidend.

In den Räumlichkeiten kommt die modulare, skalierbare Automationslösung von Sauter zum Einsatz. Bürobenutzer können mithilfe der Visualisierungs- und Steuerungslösung SAUTER Vision Center Raumbedingungen wie die Temperatur, Beleuchtung und Beschattung unkompliziert und individuell steuern. Auf der Ebene des Gesamtsystems nutzt das Facility Management die Lösung für eine orts- und zeitunabhängige Kontrolle aller HLK-Anlagen. Um den individuellen Anforderungen der Mitarbeitenden Rechnung zu tragen, werden unter anderem kabellose Raumbediengeräte des Typs SAUTER ecoUnit110 mit EnOcean-Funktechnologie eingesetzt. Für gutes Klima in den rund 800 Räumen auf zwei unter- und sieben oberirdischen Stockwerken sorgen 350 Raumautomationsstationen SAUTER ecos504 und ecos500 über BACnet/IP.

Die Gebäudeverwaltung kann sich dank dieser Lösung unter anderem auf eine bedarfs- und präsenzgesteuerte Beleuchtung verlassen: Rund 1600 in das System integrierte DALI-Lichtsensoren regeln das Ein- und Ausschalten der energiesparenden Leuchten. So ist – bei niedrigem Energieverbrauch – stets für ausreichend Licht gesorgt. Die integrierte Raumautomationslösung regelt auch den Betrieb der Heiz- und Kühldecken und sorgt für eine sonnenstandgeführte Verschattung. Die durchgängig automatisierte Steuerung aller Gewerke unterstützt den Gebäudebetreiber somit bei der Reduktion der Betriebskosten.

Intelligente Vernetzung mit dem Internet der Dinge

Innovationen wie der Mäher, der den Rasen auf Ideallänge hält und der Staubsauger, der selbstständig die Wohnung saugt, wurden noch vor einigen Jahren belächelt und erfreuen sich heute dennoch zunehmender Beliebtheit. Einige dieser Geräte lassen sich sogar mittels Sprache steuern. Ob man dies wirklich braucht, erinnert an die Diskussion des automatischen Autofensterhebers vor vielen Jahren: Eine geeignete Fenster-Handkurbel erledigte denselben Dienst in kürzerer Zeit.

Warum also ersetzen mit einem elektrische Fensterheber, der zudem noch teurer ist? Ganz einfach: dieser bietet erheblich mehr Komfort, daher gibt es in neuen Autos überhaupt keine Handkurbeln mehr. Ähnlich wird es sich mit der Gebäudeautomatisierung verhalten. Noch sind diejenigen in der Minderheit, die beim Hauskauf an die Vorteile der Vernetzung denken, dennoch wird in einigen Jahren das Smart Home zur Grundausstattung im Wohnungsbau gehören und auch Bestandsbesitzer werden diese Funktion nachrüsten wollen.

Unstrukturierte Datenmassen optimieren Gebäudesteuerung

Die Vernetzung der Geräte und Sensoren wird zunehmend über das Internet in Form webbasierter Dienste, sogenannter Cloud-Services, erfolgen. Zusätzlich gibt es enorme Mengen unstrukturierter Daten zum Durchforsten, Analysieren, Abwägen sowie zum Interpretieren und Lernen. Es gilt, aktuelle Daten direkt zur Steuerung zu nutzen, diese mittels Tools wie der IBM Watson IoT-Plattform aber auch in Beziehung zu historischen Informationen und anderen im Internet vorhandenen Daten zu setzen und damit möglicherweise noch unbekannte Korrelationen zu entdecken.

Nach und nach werden sich intelligente Gebäude zu kognitiven, selbstdenkenden Gebäuden weiterentwickeln, mit deren Hilfe neue Einsichten und ein besseres Verständnis für Zusammenhänge entstehen wir. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind offene und flexibel erweiterbare Systeme unerlässlich. Batterielose Funksensorlösungen auf Basis des EnOcean-Funkstandards erfüllen eben diese Anforderungen und ermöglichen die umfassende Vernetzung im Internet der Dinge.

* Jürgen Baryla ist Vice President Sales, EnOcean GmbH

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