LoRaWAN in der Gebäudeautomation

Einfache und effiziente Nachdigitalisierung von Gebäuden

In Retrofit- aber auch Neubauprojekten im Bereich der Gebäudeautomation setzen sich immer mehr Integrationslösungen auf Basis des LoRaWAN Funkstandards durch. Die Funkanbindung von Sensoren, Zählern oder Bediengeräten über LoRaWAN bietet dabei einige Vorteile gegenüber anderen kabellosen Technologien wie z. B.:

  • Geringe Bereitstellungskosten für die notwendige Infrastruktur
  • Hohe Sicherheit durch verschlüsselte Datenübertragung
  • Kaum Verkabelungsaufwand bei der Installation im Gebäude
  • Einfache und kostengünstige Integration von Produkten im Bestandsgebäude
  • Lange Batterielaufzeiten von bis zu 10 Jahren (je nach Sensortyp)
  • Hohe Reichweite und Durchdringung im Gebäude

Die Kombination von modernen DEOS IoT-/Cloud-Lösungen und der LoRaWAN Flexibilität ermöglichen neue und effiziente Nutzungsszenarien: Ziel ist es, das technische Facility Management zu entlasten, Betriebskosten zu reduzieren, Gebäudedaten transparent aufzubereiten und Gebäudebesitzer mit neuen Komfortfunktionen zu begeistern.

Was ist LoRaWAN?

LoRaWAN steht für „Long Range Wide Area Network“ und bezeichnet eine energieeffiziente Funktechnologie mit sehr hoher Reichweite, die speziell für das Internet of Things (IoT) entwickelt wurde. Sie gehört zu den sogenannten LPWAN Technologien (Low Power Wide Area Networks, LoRaWAN Alliance) und überzeugt mit einer Batterielebenszeit von bis zu 10 Jahren je nach Sensortyp und Datenübertragung. Dabei können Distanzen (je nach Umgebung und Außeneinflüssen) von bis zu 15 km überwunden werden. Ein weiterer großer Vorteil von LoRaWAN ist die hohe Gebäudedurchdringung. Die Kombination von geringer Leistungsaufnahme und großer Reichweite begrenzt jedoch die maximale Datenrate auf 50 kbit/s.

LoRaWAN wird im ISM-Band (Frequenzbereich von 867 bis 869 MHz) betrieben und kann in Deutschland bundesweit ohne anfallende Lizenzkosten genutzt werden. LoRaWAN ist dementsprechend im Vergleich zu anderen Funktechnologien wie Mobilfunk oder WLAN sehr wirtschaftlich. Diese Kombination macht LoRaWAN zu einer optimalen Technologie für das Internet der Dinge (IoT).

Wie ist ein LoRaWAN aufgebaut?

In einem LoRa Wide Area Network finden sich typischerweise drei Komponenten wieder: LoRa Nodes (Endgeräte), LoRa Gateways und der LoRa Server. Diese sind in der Regel in einer Sterntopologie angeordnet:

  • Endgeräte: z. B. LoRa Sensoren in einem Gebäude, die Gebäudedaten sammeln und verschlüsselt an das Gateway senden. Es gibt insgesamt 3 Geräteklassen (A, B, C), die den individuellen Anforderungen von unterschiedlichen Anwendungsfällen gerecht werden.
  • LoRa Gateways: Empfangen die Daten der verschiedenen Endgeräte und stellen diese dem Netzwerkserver (Standard-IP-Verbindung) zur Verfügung. Fast beliebig viele Funksensoren können so an ein Gateway angebunden werden und Daten übermitteln.
  • Netzwerkserver: Der zentrale LoRa Netzwerkserver wird mit den gesammelten Daten der Gateways gespeist und verarbeitet die Daten individuell weiter. Zur Visualisierung der Daten steht der Anwendungsserver zur Verfügung.

Was ist der Unterschied zwischen LoRa und LoRaWAN?

LoRaWAN beschreibt das Standardkommunikationsprotokoll und die Systemarchitektur für das gesamte Netzwerk und ermöglicht die einheitliche Kommunikation der einzelnen Netzwerkteilnehmer untereinander. So können LoRaWAN-fähige Produkte ohne Probleme in ein bereits bestehendes LoRaWAN integriert werden.

LoRa hingegen bezeichnet die physikalische Funktechnik, die von der Semtech Corporation entwickelt wurde und die energieeffiziente und weitreichende (long range) Kommunikation möglich macht. LoRa wird nur zwischen Node (z. B. einem Sensor) und dem Gateway verwendet. Das Gateway hingegen kommuniziert in der Regel über LTE/LAN mit dem Netzwerkserver und stellt die Daten dem Internet of Things zur Verfügung.

Das Kommunikationsprotokoll sowie die Systemarchitektur haben dabei den größten Einfluss auf die Batterielebensdauer eines Endgerätes (Node), der Netzwerkkapazität, der Sicherheit und der Vielfalt der vom Netzwerk bedienten Anwendungen.

LoRaWAN Vorteile im Überblick

Extrem hohe Reichweite

LoRaWAN überzeugt mit einer extrem hohen Reichweite. Theoretisch sind Reichweiten von bis zu 50 km denkbar. In der Praxis kommt es jedoch auf äußere Umweltfaktoren an. Die Reichweite zwischen Endgerät und Gateway beträgt dabei etwa 3 km in städtischen Gebieten, ca. 5 –10 km in weniger bebauten Vororten und bis zu 15 km im ländlichen Gebiet. So können große Gebiete oder Gebäude teilweise mit nur einem Gateway abgedeckt werden.

Durchdringung & geringe Störanfälligkeit

LoRaWAN zeichnet sich durch eine besonders hohe Störsicherheit aus. Außerdem können Sensibilitätswerte von bis zu -137 dBm erreicht werden, was die Durchdringung von einer Vielzahl an Wänden bis hin zu Kellerräumen ermöglicht. So können sogar ganze Firmengebäude mit dazugehörigem Betriebsgelände von nur einem Gateway abgedeckt werden.

Mehrere Jahre Batterielaufzeit

Der geringe Energiebedarf von LoRaWAN Sensoren und Aktoren ermöglicht die lange Lebensdauer im Batteriebetrieb. Diese hängt vom jeweiligen Gerätetyp und dessen Sendeintervall, Empfangsstärke und Datenmenge ab. Gerade bei Zählern, die häufig nur ein Mal am Tag den Verbrauch melden, können Batterielaufzeiten von bis zu 10 Jahren erreicht werden. Das reduziert die Wartungsaufwände im Facility Management und macht das Nachrüsten in Bestandsgebäuden zum Kinderspiel.

Geringe Kosten für Netzwerkaufbau

Die gesamte LoRaWAN Infrastruktur verursacht im Vergleich zu alternativen Technologien deutlich weniger Kosten. Aufgrund der hohen Reichweite und Durchdringung werden deutlich weniger Gateways benötigt, um ein privates Netzwerk aufzubauen. Wer auf öffentliche LoRaWANs setzt, kann im Regelfall sogar komplett auf eigene Gateways verzichten und beispielsweise die shared Gateways von „The Things Network“ nutzen. Auch die Kosten für Endgeräte sind vergleichsweise gering.

Weit verbreitet und schnell wachsend

In Deutschland treiben Städte, Kommunen und Energieversorger den LoRaWAN Ausbau stark voran. Doch auch weltweit findet LoRaWAN starken Zuspruch. Daher ist die LoRa Alliance auch die am stärksten wachsende non-profit Organisation im Bereich der IoT-Technologien. Hinter ihr steckt ein Zusammenschluss von weltweit namenhaften Technologiekonzernen wie IBM, Google, Amazon, Orange, Cisco oder auch Microsoft.

LoRaWAN im Praxisvergleich

LoRaWAN, WiFi, Bluetooth, EnOcean oder Sigfox?

Die zunehmende Bedeutung von IoT sowie die starke Nachfrage nach anwendungsbezogenen Lösungen bringt aktuell viele neue Technologien in den stark umkämpften Markt. Dabei hat jede einzelne dieser Technologien seine Daseinsberechtigung, was einen direkten Vergleich erschwert. Wichtig ist das individuelle Anwendungsszenario bei der Entscheidung für eine Technologie zu berücksichtigen.

Besonders im Consumerbereich (Smart Home) finden häufig Protokolle wie WiFi und Bluetooth Anwendung zur Steuerung oder zum Auslesen von Beleuchtung, Verschattung oder auch für die Bereitstellung von Rauminformationen wie der Temperatur. Das hat vor allem den Grund, dass diese Infrastruktur in der Regel bereits vorhanden ist und für Heimanwendungen meist vollkommen ausreicht.

Für die Verwendung in der Industrie schneiden Local Area Networks (LAN) jedoch in den meisten Anforderungen sehr schlecht ab oder erfüllen diese gar nicht. So sind diese Technologien beispielsweise primär für hohes Datenaufkommen mit einer geringen Reichweite entwickelt worden und zudem extrem kostspielig. Diese große Bandbreite ist jedoch nicht notwendig, da das Datenaufkommen im Smart Building in der Regel sehr niedrig ist. Etwa 99,9 % aller LPWAN Geräte konsumieren laut der 3GPP (weltweite Kooperation von Standardisierungsgremien für die Standardisierung im Mobilfunk) weniger als 150 KByte an Daten pro Monat. Datenmenge, Energiebedarf und Reichweite stehen dabei in direktem Bezug zueinander.

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LoRaWAN im Gebäude

Optimale Ergänzung für die Gebäudeautomation

In der Gebäudeautomation und speziell bei Smart Buildings steht die Datentransparenz im Mittelpunkt, um Gebäude möglichst energieeffizient betreiben zu können. LoRaWAN wurde für die Anforderungen des Internet of Things (IoT) entwickelt und besticht mit hoher Funkreichweite und exzellenter Gebäudedurchdringung. So können sogar ganze Firmengebäude mit dazugehörigem Betriebsgelände von nur einem Gateway abgedeckt werden. Auch der oftmals schwer in Wireless Netzwerke zu integrierende Keller stellt für LoRa Funknetze kein Problem dar. Aufgrund der geringen Datenmengen, die IoT-Sensoren und -Aktoren konsumieren, können nahezu beliebig viele Sensoren über ein einziges Gateway mit dem Netzwerkserver kommunizieren. Das macht die Integration von LoRa Funksensoren sehr günstig, da weder eine Vielzahl an Gateways noch an Repeatern benötigt werden.

Zusätzlich ermöglicht die Low Power Datenübertragung den energieeffizienten Betrieb von LoRa Sensoren und LoRa Aktoren mit Batterien. Dabei können diese eine Batterielaufzeit von bis zu 15 Jahren haben. Das reduziert die Wartungsaufwände im Facility Management auf ein Minimum und macht gerade das Nachrüsten in Bestandsgebäuden zum Kinderspiel, da keine Kabel nachträglich gezogen werden müssen.

Zur Integration in ein bestehendes Gebäudeautomationssystem verfügen einige LoRa Gateways bereits über standardisierte GA-Schnittstellen wie z. B. Modbus. So können gesammelte Daten von LoRa Endgeräten einfach zurück in die gebäudetechnische Regelung fließen. Diese Kommunikation funktioniert bidirektional und ermöglicht eine einfache und kostengünstige Integration.

DEOS Gebäudeautomation mit LoRaWAN

Die DEOS AG bietet als einer der ersten Hersteller im Bereich der Gebäudeautomation eine praxisnahe LoRaWAN Lösung zur einfachen Nachdigitalisierung von Gebäuden.

Unser LoRa Portfolio ist dabei auf die Bedürfnisse der Gebäudeautomation angepasst. So haben unsere LoRa Gateways beispielsweise einen integrierten LoRa Netzwerkserver (LNS), um die IoT-Daten in einem lokalen Netzwerk zu behalten. Auch die standardmäßige Modbus TCP-Schnittstelle ermöglicht das einfache Auskoppeln von IoT-Daten an einen beliebigen Modbus-fähigen DDC-Controller im Gebäude. So tauschen LoRa Endgeräte Daten mit dem bestehenden GA-System bidirektional aus oder stellen die gesammelten Daten der DEOS IoT-Plattform zur Verfügung.

Die Plattform visualisiert die Daten in verschiedenen Anwendungen wie dem Smart Metering, Cleaning on Demand oder dem Predictive Maintenance. Auch eine Weiterleitung der Daten via MQTT an die DEOS IoT-Plattform oder einen beliebigen MQTT Broker ist möglich. Zur einfachen Inbetriebnahme von LoRa Sensoren mit der DEOS Lösung bieten wir unseren Kunden ein Tool zur Massenintegration. So können eine Vielzahl an Sensoren mit nur wenigen Klicks ins Netzwerk integriert und aktiviert werden. Das reduziert die Bereitstellungsaufwände auf ein Minimum.

Die DEOS Lösung bietet somit alle Vorteile, die das Funkprotokoll LoRaWAN mit sich bringt und stellt ergänzende Funktionen und Services speziell für die Anwendung im Bereich der Gebäudeautomation zur Verfügung.

LoRaWAN in der Gebäudeautomation

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Erfahren Sie in unserem Guide „LoRaWAN in der Gebäudeautomation“ alle relevanten Informationen zum Thema LoRaWAN und dessen Einsatz für Smart Buildings. Mit dem großen Praxisvergleich veranschaulichen wir die Vorteile von LoRaWAN im Gegensatz zu altbekannten Technologien wie WiFi oder Bluetooth aber auch zu modernen IoT-Funktechnologien wie EnOcean oder Sigfox.

LoRaWAN Anwendungsbeispiele im Gebäude

LoRaWAN hat klare Vorteile und nimmt stetig an Beliebtheit und Bedeutung zu. Doch wofür genau sollten LoRaWAN Lösungen im Bereich der Gebäudeautomation eingesetzt werden? Mit Anwendungsbeispielen aus dem Bereich Smart Building stellen wir einige der interessantesten Anwendungsfälle vor, die Sie gemeinsam mit uns umsetzen können:

Nachdigitalisierung von Bestandsgebäuden

Etwa 80 % der gesamten Gebäudekosten entstehen in der Nutzungsphase bzw. dem Betrieb des Gebäudes. Daher besteht hier enormes Einsparpotential, welches es zu nutzen gilt. Besonders alte Bestandsgebäude sind extrem kostspielig im Betrieb und können somit optimal von einer Nachdigitalisierung profitieren. Aufgrund der einfachen Integration von LoRa Funksensoren ist es ein Kinderspiel beispielsweise die Heizungsregelung zu digitalisieren und zu automatisieren. Das reduziert die Energiekosten drastisch bei geringen Investitionskosten.

Heizungsregelung über smarte Thermostate

Bestandsgebäude mit alten Heizkörpern können mit smarten LoRaWAN Thermostaten effizient gemacht werden. Die Heizungsregelung muss nicht länger manuell erfolgen, sondern wird intelligent und vollautomatisch nach Bedarf geregelt. Mit einem hinterlegten Energiesparplan wird die Heizleistung zu festgelegten Zeiten wie beispielsweise an Wochenenden auf ein Minimum reduziert.

Raumluftüberwachung mit CO2-Ampeln

Überwachen und optimieren Sie mit LoRaWAN-fähigen CO2-Ampeln oder alternativen Sensoren die Raumluftqualität für Menschen im Gebäude. Gerade in Zeiten von Corona stellen Sie so ein Sicherheitsgefühl für Gebäudenutzer her. Doch auch die Produktivität kann nachweislich durch optimales Raumluftklima gefördert und der Krankenstand reduziert werden.

Smart Metering

Um die zeitaufwendige und fehleranfällige Zählerablesung zu automatisieren, eignen sich LoRaWAN Funklösungen. Die Datenaufzeichnung und Historisierung erhöhen die Transparenz und die Nachweisbarkeit von Daten aus vergangenen Perioden. Auch Schnittstellen zum Abrechnungssystemen sind denkbar. Das manuelle Ablesen entfällt somit und entlastet das technische Facility Management.

Automatische Türenschließung

Gerade in großen Gebäuden kann das manuelle Schließen von Türen zum Arbeitsende aufwändig werden. Zudem müssen einige Türen aus Sicherheitsgründen zu bestimmten Zeiten geöffnet oder geschlossen sein. Mit LoRaWAN Sensoren und Aktoren kann der Türstatus jederzeit eingesehen und per Knopfdruck geändert werden. Somit entfallen lästige Kontrollgänge und mögliche Fehlfunktionen werden direkt erkannt. Eine solche Lösung erhöht zusätzlich die Sicherheit im Brandfall, da Brandherde so gezielt aus der Ferne eingegrenzt werden können.

Energieverbräuche transparent machen

Die Transparenz im Gebäude ist das A und O. Mit LoRaWAN Energiezählern machen Sie die Energieverbräuche Ihres Gebäudes sichtbar. Ebenso können Nachweise über die Energieeffizienz gesammelt werden und die Daten zur weiteren Optimierung der Energieflüsse im Gebäude genutzt werden.

Individuelle Lösung für Ihren Anwendungsfall

Wir verstehen uns als Problemlöser: Unsere Kunden schätzen besonders unsere praxisnahen Lösungen sowie die individuellen neuen Anwendungsfelder, welche mit unserer eigenentwickelten Building IoT-Plattform ganz einfach und flexibel realisiert werden können. Gerne beraten wir auch Sie und zeigen Ihnen potenzielle Anwendungsmöglichkeiten für Ihren individuellen Fall.

DEOS LoRaWAN Produkte im Überblick

LoRaWAN Sensoren zur Raumklimaüberwachung

Die CO2-Raumluftampel DEOS SAM misst als Raumsensor den CO2-Gehalt, die Temperatur sowie die Luftfeuchtigkeit. Die Daten gelangen über das Gateway in die DEOS IoT-Plattform. Hier finden die Auswertung und die grafische Visualisierung per Browser statt. Durch die integrierten Berichte ist die Raumluftqualität jederzeit belegbar.

Türstatus und automatische Schließung

LoRaWAN Tür-/Fenstersensoren übertragen den Öffnungszustand, wodurch personalintensive Kontrollgänge entfallen. Per IO-Modul wird die Magnetschließung ausgelöst und alle Türen fallen per Knopfdruck ins Schloss.

Modbus Anbindung zur Gebäudeautomation

Das LoRaWAN Gateway mit integrierter Modbus Schnittstelle tauscht Gebäudedaten mit der DEOS IoT-Plattform aus. Per Modbus können die Daten auch der lokalen MSR-Technik zur weiteren Nutzung und Regelungsoptimierung bereitgestellt werden.

Downloads

Flyer LoRaWAN Lösungen

Flyer LoRaWAN Lösungen

Smarte Retrofit-Projekte mit LoRaWAN download
Flyer DEOS SAM

Flyer Raumluftampel DEOS SAM

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