Seit der Entwicklung des mechanischen Bimetall-Thermostats in den späten Jahren des 18. Jahrhunderts durch Warren Johnson (der das Unternehmen gründete, aus dem später Johnson Controls hervorging), haben wir nach Möglichkeiten gesucht, unseren Wohnkomfort zu optimieren. Während die einfache Temperaturregelung bei ihrer Erfindung sicherlich ein Wunder war, kann die Technologie heutiger Smart Buildings nicht nur die Temperatur steuern, sondern auch mit der Beleuchtung, den Geräten für die Raumluftqualität, den Sicherheitssystemen und vielem mehr zusammenwirken.
Für Privathaushalte können Steuerungen wie Google Home oder Home Assistant geeignet sein. In größerem Maßstab wurde an Steuerungslösungen für Smart Buildings jedoch schon gearbeitet, bevor es Google – oder sogar das Internet, wie wir es heute kennen – gab. Diese hochentwickelten Steuerungen können dazu verwendet werden, den Komfort, die Sicherheit und die Gesundheit der Bewohner in Innenräumen zu gewährleisten und gleichzeitig Energie- und Wartungskosten zu sparen.
Drei Ebenen der Steuerung von Smart Buildings
Intelligente Gebäudesteuerungen sind im Allgemeinen in drei verschiedene Ebenen unterteilt:
• Anlagensteuerungen (Unit Controller): Das integrierte oder benachbarte Hardware- und Firmwarepaket, das eine einzelne Maschine direkt steuert. Dieses Gerät (z. B. ein HLK-Controller) kann mit der Überwachungshardware kommunizieren, um Anweisungen auf höherer Ebene zu erhalten und die Koordination mit anderen Maschinen zu gewährleisten.
• Überwachungssteuerungen (Supervisory Controller): Diese steuern ein Hardware- und Firmware-Paket für eine Gesamteinheit – in der Regel ein einzelnes Gebäude. Diese Geräte ähneln einer industriellen SPS und kommunizieren mit verschiedenen Gerätesteuerungen. Sie sind in der Lage, Hardware wie HLK-Systeme und VAV-Einheiten (variable Luftvolumen) und sogar Beleuchtungs-, Sicherheits- und Sicherungssysteme zu koordinieren. Solche intelligenten Gebäudesysteme können Gerätefehler und Probleme bei der vorausschauenden Wartung überwachen und es Technikern ermöglichen, sich aus der Ferne einzuloggen, um bei der Diagnose und Behebung von Fehlern zu helfen.
• Steuerungen auf Unternehmensebene: Über ein einzelnes Gebäude hinaus kann eine Reihe von Überwachungscontrollern – die über einen Industriecampus, eine Hochschule oder sogar ein weites geografisches Gebiet verteilt sein können – über Steuerungen auf Unternehmensebene kommunizieren. Im Gegensatz zu den Geräten und der Überwachungshardware haben die Kontrollen auf Unternehmensebene in der Regel nicht die Form eines dedizierten physischen Controllers, sondern funktionieren stattdessen als cloudbasierte Web-App. Auf diese Weise erhalten die Mitarbeiter auf Unternehmensebene einen Gesamtüberblick über die Funktionsweise von Gebäuden auf hoher Ebene, während sie gleichzeitig die Möglichkeit haben, noch weiter in die Tiefe zu gehen.
Energieeffiziente Vorteile und zukünftige Verbesserungen Steuerungen auf Überwachungs- bzw. Unternehmensebene klingen zwar beeindruckend, aber sie können auch in der Praxis Kosten und Energie sparen. Wenn eine übergeordnete Steuerung nicht nur das HLK-System, sondern auch die Beleuchtung, die Anwesenheitssensoren und die Luftqualitätssensoren in Innenräumen überwacht, kann ein Gesamtbild des Gebäudes erstellt und entsprechend gehandelt werden. Wenn zum Beispiel bestimmte Büros besetzt sind, andere aber nicht, könnte eine übergeordnete Steuerung den HLK-Luftstrom zu nicht besetzten Räumen abschalten und gleichzeitig die Beleuchtung ausschalten, um den Stromverbrauch weiter zu senken. Als Reaktion auf die abgesperrten Räume könnte der HLK-Ventilator dann seine Geschwindigkeit verringern, um dem geringeren Gesamtluftstrombedarf zu entsprechen. Die Menge an Außenluft, die zugeführt wird, könnte auch so eingestellt werden, dass sie je nach Anzahl der Personen im Raum angemessen ist. Auf Unternehmensebene ermöglicht die Fernüberwachung von Geräten eine sofortige Reaktion auf Probleme, ohne dass immer Personal vor Ort sein muss. Die Überwachung auf Unternehmensebene ist auch ideal für die längerfristige Planung, da Gebäudeeigentümer so sehen können, wie sich Investitionen in Effizienz und/oder vorausschauende Wartung im Laufe der Zeit auswirken.
Vorausschauende Wartung und Fernwartung für Smart Buildings
Wenn eine Maschine nicht optimal gewartet wird, kann sich dies letztendlich sehr nachteilig auf die Effizienz auswirken. Eine Überwachungseinrichtung oder sogar eine Steuerung auf Unternehmensebene ermöglicht es Technikern, die Umgebungsbedingungen im Verhältnis zu den Eingaben in das System zu überwachen, um festzustellen, ob die Leistung im Laufe der Zeit nachlässt. Dies könnte ein Hinweis auf die Notwendigkeit einer Überholung sein. Daten von speziellen Sensoren für die vorausschauende Wartung – wie z. B. ein Beschleunigungsmesser, der die Vibrationen einer Maschine erfasst – könnten mit Hilfe eines KI-basierten Modells verwendet werden, um festzustellen, ob eine Wartung erforderlich ist, bevor es zu Ausfällen kommt.
Sobald die Notwendigkeit eines Eingriffs festgestellt wird, sei es durch prädiktive Methoden oder weil sich die Wartung aufgrund von Ausfällen „von selbst einstellt“, können sich die Techniker von außerhalb per Fernzugriff einloggen, um das spezifische Problem zu finden. Wenn zum Beispiel der Druck in einem Luftkanal zu niedrig ist, obwohl die Lüfterdrehzahl auf die höchste Stufe eingestellt ist, kann ein Techniker – der häufig über einen langfristigen Wartungsvertrag mit einem Gerätehersteller unter Vertrag steht – empfehlen, einen Riemen auszutauschen, weil dieser möglicherweise durchrutscht. Ein allgemeiner Haustechniker kann dann „den Schraubenschlüssel drehen“ und sich den Besuch eines teuren Spezialisten sparen.
Offene Standards ebnen den Weg für Interoperabilität
Hersteller wie Trane, Johnson Controls, Automated Logic und Siemens haben ihre eigenen proprietären Programmiersysteme auf der Ebene der Gerätesteuerung sowie Optionen für die Überwachungs- und Unternehmensebene. Wenn ein Hardware-Hersteller Ihre Anforderungen erfüllt und Sie mit dem Preis zufrieden sind (und darauf vertrauen, dass dies auch in Zukunft der Fall sein wird), könnte ein solches System sehr gut funktionieren und Ihnen möglicherweise Kopfschmerzen bei der Installation und Wartung ersparen.
Gleichzeitig bleibt die Technologie selten gleich, und ein Unternehmen, das Ihre Anforderungen derzeit erfüllt, ist möglicherweise nicht die optimale Lösung für die Zukunft. Die gute Nachricht ist, dass die meisten modernen Systeme unter einem Protokoll namens BACnet (Building Automation Control Network) zusammenarbeiten können. Das BACnet-Protokoll bietet eine Standardmethode zur Darstellung von Gerätefunktionen, wenn diese auf einem bestimmten Gerät definiert sind.
Das BACnet-Protokoll wurde erstmals im Jahr 1987 vorgeschlagen und im Jahr 1995 veröffentlicht, so dass es mehr als 25 Jahre Zeit hatte, sich in der Branche zu verbreiten. Es ist eine ANSI/ASHRAE-Norm und wird auch unter ISO veröffentlicht. Die Hersteller von Geräten empfehlen oft gerne die Verwendung dieses interoperablen Standards, und da BACnet ein offener Standard ist, können Kontrollsysteme speziell um ihn herum aufgebaut werden. Tridium beispielsweise stellt Controller und Software her, die eine Vielzahl von Gerätesteuerungen über BACnet verbinden können.
Smart Building-Systeme: Eine offene und effiziente Zukunft
Ob Sie nun ein einzelner Gebäudeeigentümer sind, eine Reihe von Gebäuden betreuen oder Räume von einem Vermieter mieten, die Zukunft scheint effizienter, komfortabler und (ungeplant) wartungsfreier zu sein als je zuvor. Offene Standards werden möglicherweise zu noch mehr Fortschritten und Wettbewerb unter den Anbietern führen und letztendlich zu besserem Komfort und niedrigeren Kosten für die Endverbraucher (diejenigen von uns, die die meiste Zeit in Innenräumen verbringen).
Vielen Dank an Brian Stortz, AEE Certified Energy Manager, für seinen Beitrag zu diesem Artikel.
