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Blog Gebäudeautomation: Überwachung und Steuerung
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Gebäudeautomation: Überwachung und Steuerung

23. November 2023
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Querschnitt Gebäudeautomation eines Bürogebäudes

Die Grundlagen der Gebäudeautomation einfach erklärt

Gebäudeautomation (kurz GA) meint die intelligente Vernetzung und Steuerung von technischen Anlagen in verschiedenen Gebäuden, aber auch innerhalb eines Gebäudes. Verschiedene Funktionen helfen dabei, für aktuelle und zukünftige Herausforderungen flexibel gerüstet zu sein – beispielsweise in Sachen Energieeffizienz, Transparenz und Betriebskosten. Deswegen wollen wir an dieser Stelle einen Überblick zu diesem relevanten Thema geben und wichtige Fragen zur Automation von Gebäuden beantworten.

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Was ist Gebäudeautomation?

Als Gebäudeautomation (GA) wird die Verbindung und Steuerung unterschiedlicher Systeme bezeichnet, beispielsweise Heizung, Klima und Beleuchtung zu einem Smart-Building-System. Von der Steuerung über die Reglung bis hin zur Überwachung und Optimierung der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) spielen die vielen Teilsysteme zusammen. Dadurch werden Gebäude sicherer und effizienter. Gebäudeautomation ist vor allem für sogenannte Nichtwohngebäude relevant – beispielsweise Büros, Schulen, Verwaltungsgebäude und Krankenhäuser.

Im weitesten Sinn gehört auch ein Smart-Home-System für privat genutzte Gebäude in diesen Bereich. Hier gibt es unterschiedliche Definitionen und Lösungen, die sich von Hersteller zu Hersteller unterscheiden. Diese Insellösungen im Privathaus unterscheiden sich von den herstellerneutralen Vernetzungen und Kommunikationsprotokollen (wie BACnet, M-Bus, Modbus) in Gewerbeimmobilien.

Dabei wird auch die Primär-Energieversorgung der Gebäude in die Überwachung per GLT (Gebäudeleittechnik) und Regelung eingebunden, wie z.B. Photovoltaikanlagen, Gaskessel und Wärmepumpen.

Was sind die Vorteile der Gebäudeautomation?

Die Vorteile der Automatisierung von Gebäuden liegen in unterschiedlichen Bereichen. Unter anderem in einer Komfortsteigerung für die Gebäudenutzer. Die Automatisierung vereinfacht viele Aufgaben im Gebäude – beispielsweise durch die Raumautomation. Hierbei werden unter anderem Licht- und Temperaturbedingungen automatisch und somit einfach geregelt und an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst. Darüber hinaus spielt die Einsparung beispielsweise von Energie eine entscheidende Rolle bei den Vorteilen, etwa durch mehr Tageslicht in den Räumen. Nicht zuletzt wird durch die Vernetzung und Kommunikation verschiedener Systeme ein effizienter Betrieb der Heizung erlaubt.
Darüber hinaus sind auch Aspekte der IT-Sicherheit wichtige Vorteile der Gebäudeautomation. Der Status von Fenstern und Türen wird beispielsweise mit dem Alarmsystem abgeglichen und Verriegelungen werden automatisch gesteuert.

Was bedeutet MSR in der Gebäudeautomation?

MSR ist die Basis der Gebäudeautomation und steht für Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik. Controller (DDC), IO-Module, Sensoren und Aktoren bilden die Hardware der Gebäudeautomation – das Rückgrat der technischen Gebäudeausrüstung. Im Gegensatz dazu findet sich auf der Managementebene eine Software, die auch unter Begriffen wie Computer Aided Facility Management (CAFM) oder Gebäudeleittechnik (GLT) bekannt ist. Dies stellt einen weiteren Bestandteil des MSR dar und ergänzt das Gesamtsystem. Typischerweise werden drei Ebenen unterschieden: die Managementebene (GLT), die Automationsebene (Controller, Io-Module) und die Feldebene (Sensoren, Aktoren). Gemeinsam bilden sie ein integriertes System, das in der Lage ist, Daten in der MSR zu repräsentieren.

Was ist die Gebäudeleittechnik (GLT)?

Die Gebäudeleittechnik (GLT) ist die Software zur Überwachung und Bedienung der Anlagen durch den Haustechniker mittels Software zur Gebäudeautomation. In Kombination mit der Regelung auf den Controllern werden die folgenden Einzelsysteme gesamtheitlich geregelt, überwacht und bedient:

  • Heizungs- und Kühlsysteme
  • Beleuchtungs- und Beschattungsanlagen
  • Überwachungsanlagen und Sicherheitssysteme
  • Lüftungssysteme

Wie funktioniert Gebäudeautomatisierung? Die drei Ebenen:

Bei der Gebäudeautomation gibt es drei unterschiedliche Ebenen. Oben steht die sogenannte Managementebene. Hierin findet sich das Gebäudeleitsystem, das für die Steuerung des gesamten Systems verantwortlich ist. Das Leitsystem dient gleichzeitig als Nutzerinterface – beispielsweise auf einem Computer oder durch Apps auf einem Smartphone. Dies wird auch als Management- und Bedieneinrichtung für die Gebäudeautomation (MBE) bezeichnet. Hierbei ist wichtig, dass diese möglichst herstellerneutral arbeitet, um mit den Systemen unterschiedlicher Hersteller kommunizieren zu können.

Darunter liegt die Feldebene, auf der der Feldbus die sogenannten Feldgeräte miteinander verbindet. Dazu gehören unter anderem Sensoren und Aktoren, die für – Messung und Steuerung verantwortlich sind.

Zwischen diesen beiden Ebenen liegt die sogenannte Automationsebene. Diese sorgt für den Datenaustausch zwischen den DDC-Komponenten oder auch als Automationsstation bekannt (Direct-Digital-Control-Komponenten) in der Gebäudeautomation. Hierbei kommen verschiedene Bussysteme zum Einsatz – BACnet (Building Automation and Control Networks) und LON (Local Operating Network) arbeiten hierbei herstellerübergreifend. Andere Systeme sind proprietär und funktionieren dementsprechend nicht übergreifend zusammen.

Welche Bussysteme gibt es im Gebäudebereich?

Bussysteme ermöglichen den Datenaustausch über unterschiedliche Schnittstellen an die Geräte zur Messung und Steuerung. Moderne Bussysteme auf Basis von IP-Technologien haben in der Gebäudeautomation die herkömmlichen analogen Übertragungstechniken abgelöst. Dies ist vor allem auf mehrere entscheidende Vorteile zurückzuführen:

Zum einen ermöglichen sie einen geringeren Verkabelungsaufwand, da digitale Signale kostengünstig und platzsparend über bestehende Netzwerkinfrastrukturen übertragen werden können.

Zweitens gewährleisten sie eine schnellere Kommunikation zwischen den angeschlossenen Geräten, was insbesondere bei Echtzeitanwendungen und automatisierten Prozessen von Bedeutung ist. Drittens bieten digitale Bussysteme eine höhere Informationsdichte, da mehr Daten gleichzeitig übertragen werden können.

Bekannte Bussysteme sind unter anderem:

  • KNX

    KNX stammt aus der Elektrotechnik und kommt in der Gebäudeautomation häufig im Bereich der Beleuchtung und Beschattung zum Einsatz. Hierbei sind sowohl kabelgebundene Verbindungen als auch Funkverbindungen möglich.

  • BACnet

    Bei BACnet handelt es sich um ein herstellerübergreifendes Protokoll für die Verbindung unterschiedlicher Komponenten in der Gebäudeautomation. Es handelt sich bei BACnet um das inzwischen am weitesten verbreitete Protokoll bei der Gebäudeautomation.

  • BACnet/SC

    Die Erweiterung des BACnet-Standards durch die neue Kommunikation über BACnet/SC gewährleistet herstellerübergreifende Interoperabilität. Wir haben einen Blogbeitrag mit weiteren Details zu BACnet/SC zusammengestellt.

  • DALI

    DALI oder DALI 2 steht für Digital Addressable Lighting Interface. Hierbei handelt es sich um eine Schnittstelle, die nur in der Beleuchtungstechnik eingesetzt wird und dort als Standard gilt.

  • ModBus

    Dieses Bussystem wird bei Kälteanlagen und vergleichbaren Einrichtungen verwendet. Es handelt sich um einen Konkurrenten von BACnet – beide haben gemeinsam, dass sie sich über ein Netzwerkprotokoll anbinden lassen.

  • EnOcean

    Dieser Standard wurde für eine kabellose Verbindung entwickelt. Er wird u.a. bei Bediengeräten und immer dann eingesetzt, wenn eine Stelle mit den üblichen Kabelverbindungen nicht erreicht werden kann. Viele Hersteller bieten inzwischen eine Unterstützung für diesen Standard an, wodurch eine breite Palette entsprechender Hardware verfügbar ist.

  • M-Bus

    Hierbei handelt es sich um ein Protokoll, welches bei Zählern zum Einsatz kommt – beispielsweise, um den Stromverbrauch im System zu erfassen.

  • LON

    LON oder Local Operating Network ist ein älterer, auf Knoten basierender Standard, der zunehmend durch moderne Standards ersetzt wird.

  • Was sind Datenpunkte in der Gebäudeautomation?

    Datenpunkte sind Messwerte, die in die Regelungen einfließen. Diese Datenpunkte können entweder physisch sein – sie kommen also auf digitalem oder analogem Weg in das Automationssystem – oder sie sind virtuell. Letztere sind beispielsweise softwareseitig hinterlegte Sollwerte oder andere berechnete Daten.

    Was macht ein Gebäudeautomatiker?

    Gebäudeautomatiker sind für die Gebäudeautomation von der Planung über die Umsetzung bis zum Betrieb verantwortlich. Sie sind für die reibungslose Funktion und das Zusammenspiel der unterschiedlichen Systeme entscheidend und übernehmen dementsprechend verschiedene Gebäudetechnikaufgaben. Unterschieden wird hierbei zwischen TGA-Planern und MSR/TAG-Integratoren.

    Die Aufgaben eines TGA-Planers

    Wie der Name bereits vermuten lässt, übernimmt der TGA-Planer Aufgaben bei der Planung der technischen Gebäudeausrüstung. Hierzu arbeiten Sie mit Architekten und nehmen Optimierungen an bestehenden Gebäuden vor. Das Aufgabengebiet des TGA-Planers ist vielfältig und erstreckt sich über unterschiedliche Gebiete von der Elektrotechnik über die Aufzugstechnik bis zu Sanitär- und Wärmetechnik.

    Aufgabengebiete des MSR/TGA-Integrators

    Der MSR-Integrator spielt eine zentrale Rolle bei der Integration von Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik (MSR) in vielfältigen Umgebungen. Seine Verantwortlichkeiten erstrecken sich über verschiedene Bereiche, beginnend mit der Systemintegration. Hierbei ist der Integrator dafür zuständig, MSR-Systeme in Test- und Zielumgebungen zu integrieren, um sicherzustellen, dass ihre Funktionalität optimal gewährleistet ist. Besonders im Kontext sicherheitsrelevanter MSR-Einrichtungen kommt dem MSR-Integrator eine entscheidende Rolle zu. Darüber hinaus kann der MSR-Integrator in der Gebäudeautomation tätig sein, wo er Aufgaben wie das Bedienen, Beobachten, Optimieren und Parametrieren von MSR-Einrichtungen übernimmt. Diese Vielseitigkeit zeigt sich auch in seiner häufigen technischen Rolle, sei es als MSR-Techniker oder HLK-Servicetechniker. Dabei kann er verschiedene Elektronik- und Technikbereiche abdecken und trägt so zur effizienten und sicheren Funktionalität von MSR-Systemen bei.

    Wie viel kostet Gebäudeautomation im Monat?

    Generell gilt, dass die Kosten der Gebäudeautomation von den eigenen Wünschen und Ansprüchen abhängt. Pauschale Aussagen zu Preisen sind nicht möglich, da sich alle Automatisierungsprojekte stark voneinander unterscheiden. Für die Kostenermittlung im Bauwesen wird in Deutschland die Kostengruppe nach DIN 276 hinzugezogen – hierin findet sich die Gebäudeautomation bei Kostengruppe 480. Darin enthalten sind folgende Bestandteile:

    • Automationssysteme finden sich in Kostengruppe 481
    • Schaltschränke sind in Kostengruppe 482 gelistet
    • In Kostengruppe 483 sind die Gebäudemanagementsysteme aufgeführt
    • Raumautomationssysteme finden sich in Kostengruppe 484

    Wieso ist die Automation von Gebäuden in der Regel so teuer?

    Teuer ist die Gebäudeautomation vor allem durch das komplexe Zusammenspiel unterschiedlicher technischer Lösungen. So stellt die umfassende Vernetzung der einzelnen Komponenten einen wichtigen Kostenfaktor dar. Schließlich müssen Sensoren, Aktoren und Bedienelemente miteinander verbunden werden. Daneben sind folgende Faktoren für die Kosten verantwortlich:

     

    • Technische Komplexität: Durch viele unterschiedliche Komponenten sind spezialisierte Fähigkeiten für die Gebäudeautomation erforderlich. Auch die technischen Daten der Komponenten unterscheiden sich von Produkt zu Produkt.
    • Dezentralität: Schließlich sind die unterschiedlichen Elemente im Gebäude verteilt und müssen entsprechend miteinander und mit der Zentrale verbunden werden.
    • Individualität: Jedes Gebäude ist anders und benötigt dementsprechend eine andere Vernetzung. Demzufolge sind die kundenspezifischen Anpassungen einer der größten Kostenfaktoren.

    Haben Sie weitere Fragen zum Thema Gebäudeautomation? Dann nehmen Sie Kontakt mit uns auf. Wir beantworten gerne Ihre Fragen!