Einsatz des IoT in smarten Gebäuden von heute
In der Popkultur wurde das Publikum häufig mit virtuellen Assistenten verblüfft, die Gebäude auf Anforderung steuern können. Beispiele sind J.A.R.V.I.S. von Iron Man oder das Heim in Die Jetsons mit vielen Technologien, die unsere ambitioniertesten Träume noch übertreffen.
Aber in den letzten Jahrzehnten haben technische Fortschritte bei Sensoren, KI und Internet der Dinge (IoT) die Umsetzung unserer Fantasien im Hinblick auf intelligente Gebäude der Realität näher gebracht.
Heute nutzen intelligente Gebäude weltweit sogenannte Smart-Building-Technologie, um die Effizienz zu steigern, die menschliche Produktivität zu erhöhen, Sicherheit nach dem aktuellen Stand der Technik bereitzustellen und dabei die Wartungskosten zu senken.
Dieser Artikel stellt drei erstaunliche Möglichkeiten vor, IoT in smarten Gebäuden einzusetzen. Außerdem wird die Technologie in einigen der intelligentesten Gebäude dieses Planeten näher dargestellt.
IoT-Technologie für Gebäudesysteme
Zuverlässigkeit und Wartung sind kritische Aspekte von Gebäudesystemen, ob „smart“ oder nicht. Wenn Sie jemals in einer langen Schlange vor dem einzigen funktionsfähigen Aufzug in einem Wolkenkratzer gewartet haben, wissen Sie, was wirklich zählt. Nahezu alle smarten Gebäude dieser Welt nutzen Technologie für prädiktive Wartung, um die Zuverlässigkeit der kritischen Gebäudesysteme zu optimieren. Anwendungen für prädiktive Wartung – beispielsweise IoT-vernetzte Vibrationssensoren, Beschleunigungsmesser und Temperatursensoren – können betriebliche Anomalien in Systemen, Subsystemen und sogar einzelnen Bauteilen identifizieren.
Diese Anwendungen für prädiktive Wartung sind häufig maßgeschneiderte technische Lösungen, die für das zu überwachende Gebäudesystem entwickelt und dann via IoT in einem großen Gebäudemanagementsystem (BMS, Building Management System) zusammengefasst werden. Sie werden also alle mit einem zentralen Melde- und Analysenetzwerk verbunden, damit Wartungs- und Gebäudetechniker problemlos darauf zugreifen können.
HLK-Anlagen für den gewerblichen Einsatz bestehen beispielsweise aus Dutzenden Motoren, Lüftern, Pumpen und komplexen Subsystemen, die über spezielle Überwachungssysteme unabhängig voneinander überwacht werden können. Anschließend können die Überwachungssysteme der verschiedenen Einheiten in einem größeren Gebäudeüberwachungssystem zusammengefasst werden, das dann auf intelligente Weise Anomalitäten erkennt und prognostiziert, Wartungsmitarbeiter benachrichtigt und die Ausfallzeiten sicherheitskritischer Geräte minimiert.
Außerdem kann die Zuverlässigkeit von Fahrstuhlsystemen durch prädiktive Wartung maximiert und die Sicherheit der Benutzer gesteigert werden. In einem ultrahohen smarten Gebäude wie dem Burj Khalifa mit seinen 163 Etagen besteht das für Sicherheit und Betrieb des Gebäudes unverzichtbare Fahrstuhlsystem aus 57 unabhängigen Aufzügen. Im Februar 2010 musste die Aussichtsplattform auf der 124. Etage des Burj Khalifa zwei Monate geschlossen werden, weil Touristen aufgrund eines Problems mit der Spannungsversorgung 45 Minuten lang zwischen zwei Etagen festhingen.
IoT-Technologien für prädiktive Wartung in smarten Gebäuden sind für Sicherheit und Betrieb unverzichtbar. Deshalb werden diese Systeme als erste unter den Technologien für smarte Gebäude in bereits existierenden Gebäuden nachgerüstet.
Energiemanagementtechnologie in smarten Gebäuden
Die IEA (Internationale Energieagentur) schätzt, dass der Gebäudesektor im Jahr 2019 130 EJ (36 Billionen kWh) verbraucht hat. Deshalb zielen Lösungen für smarte Gebäude durch den Einsatz aktiver Energiemanagementsysteme auf Reduzierung des Energieverbrauchs und Erhöhung der Produktion. Energiemanagementsysteme für smarte Gebäude setzen IoT-Anwendungen ein, um Energiemanagementsensoren, Aktuatoren und Geräte so zu verbinden, dass alles mit zentraler Software verwaltet werden kann.
Dieses IoT-Framework wird häufig mit KI-Technologien hinterlegt, die lernen, wie das Gebäude funktioniert, um dann die Gebäudesysteme so zu optimieren, dass sie mit möglichst wenig menschlichen Eingriffen auskommen. In den Gebäuden auf aller Welt kommen viele unterschiedliche Energiemanagementsysteme zum Einsatz. Für jedes gelten andere Anforderungen im Hinblick auf das Energiemanagement.
Das Gebäude The Edge in den Niederlanden gilt beispielsweise als eines der „grünsten“ Gebäude der Welt, in dem über 28 000 Sensoren in das IoT-Netzwerk des Gebäudes integriert sind. Diese Sensoren werden übergreifend für verschiedene Anwendungen zur prädiktive Wartung und für Gebäudesubsysteme genutzt, um für das Gebäude insgesamt maximale Energieeffizienz zu erreichen.
The Edge erreicht ein BREEAM-Rating (Building Research Establishment Environmental Assessment Method) von 98,36 % und gilt damit als das fortschrittlichste Gebäude der Welt in Bezug auf die innovative Nutzung von Energie. Das Gebäude soll die Energie der Sonnenstrahlung optimal ausschöpfen. Die nach Norden weisende Fassade besteht aus einem gläsernen Atrium, das sich über mehrere Etagen erstreckt und viel Tageslicht in das Gebäude fallen lässt, um eine natürliche Ausleuchtung zu schaffen. Die Südseite ist mit stromerzeugenden Sonnenkollektoren und Betonwänden ausgestattet, die Wärme absorbieren und speichern und zugleich die Innenräume beschatten.
Wenn das Gebäude zu viel Energie absorbiert, wird diese in einen Wasserwärmespeicher (Aquifer Thermal Energy Storage, ATES) mit einer Tiefe von über 120 m geleitet, der dann in den kälteren Monaten zur Beheizung des Gebäudes genutzt wird. Die für die Steuerung der Sonnenkollektoren und des ATES-Systems verwendeten Sensoren sind in das IoT-Netzwerk des Gebäudes integriert, um den Energieverbrauch des Gebäudes zu optimieren.
Zudem besteht das Beleuchtungssystem in The Edge aus 6000 energiesparenden LED-Leuchten, die über Ethernet-Kabel gespeist und überwacht werden. Diese Leuchten sind mit Bewegungs-, Temperatur- und Helligkeitssensoren ausgestattet. Sie sind in das Gebäudenetzwerk und die Datenanalyseplattform integriert, um eine kontinuierliche Optimierung zu ermöglichen.
Intelligente IoT-Anwendungen für das Energiemanagement wie die in The Edge eingesetzten sollen weltweit den Energieverbrauch von Gebäuden für die Zukunft revolutionieren.
Smart People Management in Gebäuden
Die wohl fortschrittlichste Form der IoT-Technologie in smarten Gebäuden ist das Smart People Management, das in der jüngeren Vergangenheit in die fortschrittlichsten Gebäude des Planeten integriert wurde. Durch Überwachung und Optimierung des Aufenthaltsorts der Personen im Gebäude soll das People Management auf IoT-Basis den Energieverbrauch dieser Personen minimieren und zugleich die Produktivität der Zusammenarbeit mit relevanten Kollegen optimieren.
In Toronto kommt in der Zentrale von Cisco Canada ein State-of-the-Art-System für das People Management zum Einsatz, in dem Menschen, Prozesse, Daten und Dinge in einem konvergierenden Netzwerk verbunden werden, um das Arbeitsumfeld zu optimieren. Dieses Cisco-Gebäude enthält keine personengebundenen Schreibtische oder Büros. Vielmehr werden Sie vom Gebäude angewiesen, wo Sie basierend auf Zeitplan, bekannten Kollegen sowie der sonstigen Gebäudebelegung sitzen sollen.
Dieses Konzept ermöglicht eine Ad-hoc-Nutzung der riesigen Zentrale, sodass ungenutzte Räume und Etagen „abgeschaltet“ und Betriebskosten gespart werden können. Dank der revolutionären Integration des IoT-Gebäudenetzwerks können die Belegschaftsmitglieder ihren Arbeitskalender integrieren, Präferenzen im Hinblick auf das Arbeitsumfeld festlegen und sogar die Temperatur und die Beleuchtung automatisch an die eigenen Vorlieben anpassen lassen – mit einer App auf ihrem privaten Smartphone.
Das Gebäude ist zudem dynamisch. Es kann automatisch Wände verschieben, um unterschiedlichen Teilnehmerzahlen bei Meetings gerecht zu werden. Das Gebäude ist mit intelligenten Näherungsschaltern ausgestattet, die Benutzern die Teilnahme an virtuellen Meetings auf jedem Gerät im Gebäude ermöglichen, sobald ihr Smartphone in der Nähe erkannt wird. Jeder Raum ist mit Sensoren zur Personenverfolgung ausgestattet, um zu ermitteln, wie viele Personen sich im betreffenden Raum befinden. Das ermöglicht die automatische Anpassung von Temperatur, Feuchte und Beleuchtung unter Berücksichtigung der jeweiligen Belegung.
In einigen smarten Gebäuden werden Parkplätze automatisch basierend auf den typischen Ankunfts- und Abfahrtszeiten zugewiesen, um Staus zu minimieren. Die Fahrstuhlsysteme werden unter Berücksichtigung der jeweiligen Zieletagen gesteuert, um unnötige Fahrstuhlfahrten zu reduzieren und den Transport der Fahrstuhlbenutzer zu optimieren.
Das ultimative Ziel der IoT-Anwendungen für das People Management in smarten Gebäuden besteht in weitreichender Flexibilität für die Gebäudebenutzer bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Gebäudeeffizienz und der Nutzungsanforderungen.
IoT-Einsatz in modernen smarten Gebäuden
Das Internet der Dinge (IoT) ist in moderne smarte Gebäude integriert. Derzeit wird das IoT zur Überwachung der Effizienz komplexer Gebäude-Infrastruktursysteme, zur Optimierung des Energieverbrauchs der Beleuchtungssysteme basierend auf der Gebäudebelegung, zur Optimierung der Fahrstuhlfahrten auf Bedarfsbasis, zur Steuerung der Systeme zur Erzeugung regenerativer Energien und für vieles mehr eingesetzt.
In den Vereinigten Arabischen Emiraten gilt die im Mai 2022 eröffnete Bee'ah-Zentrale als Test für den ersten smarten Concierge auf KI-Basis überhaupt. Dieses System hilft Mitarbeitern und Besuchern, Termine zu buchen, im Gebäude zu navigieren, Ridehailings zu reservieren usw. Das reicht schon fast an die Fähigkeiten eines J.A.R.V.I.S.-Systems heran.
Dies unterstreicht, das IoT-Lösungen für smarte Gebäude die Zukunft im Hinblick auf Energieeinsparung und menschliche Effizienz sind. Und ganz unzweifelhaft wird es nicht mehr lange dauern, bis das IoT weitere innovative Technologien ermöglicht, die schon der Umsetzung harren.