Fachwissen zu diesem Thema

Mehr über Gebäudesystemtechnik

Anwendungsmöglichkeiten der Gebäudesystemtechnik: Die Gebäudesystemtechnik hat zahlreiche unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten, z.B.:

Hinweise zur Planung

Konventionelle Elektroinstallation und Gebäudesystemtechnik: Eine Gebäudeautomation besteht als Basissystem mindestens aus den sogenannten Sensoren und Aktoren, die über ein Bussystem Befehle und Informationen austauschen. So kann jeder Sensor theoretisch jede mögliche Handlung eines im System vorhandenen Aktors auslösen. Zusätzlich zu dieser Basisinstallation gibt es viele verschiedene Optionen das System zu erweitern, wodurch der Nutzen bzw. die Möglichkeiten einer intelligenten Gebäudetechnik enorm gesteigert und damit die eigentlichen Funktionen einer Gebäudeautomation erst voll erschlossen werden. Die folgenden Abbildungen verdeutlichen die Unterschiede zwischen einer konventionellen Elektroinstallation und einer Installation im Rahmen der Gebäudeautomation:

1. Konventionelle Elektroinstallation:

konventionelle Elektroinstallation

Beim Schalten des Schalters 1 (2) wird der Stromkreis für das Licht 1 (2) geschlossen und das Licht leuchtet. Diese Zuordnung ist nicht veränderbar.

2. Gebäudesystemtechnik (Basissystem):

Gebäudesystemtechnik (Basissystem)

Beim Schalten des Sensors A (B) wird eine entsprechende Information über die Busverbindung versandt. Der Aktor 1 (2) schließt daraufhin den Stromkreis für das Licht 1 (2) und das Licht leuchtet. Die Zuordnung, ob auf den Befehl eines Sensors Aktor 1, Aktor 2 oder beide Aktoren schalten, ist jederzeit durch Umprogrammierung veränderbar.

3. Gebäudesystemtechnik (erweitertes System):

Gebäudesystemtechnik (erweitertes System)

Beliebiger Aufbau des Bus-Netzwerks, alle Komponenten (auch der Zentralrechner) können an beliebigen Stellen im Bussystem integriert werden.

Konfiguration: Grundidee von Bussystemen ist, dass alle Informationen an alle Komponenten übertragen werden und die einzelnen Komponenten bzw. Aktoren mit einer entsprechenden Logik ausgestattet sind. Die Daten werden hierbei in allen Komponenten, also dezentral, verarbeitet. Im Gegensatz dazu, gibt es in Systemen der zentralen Signalverarbeitung ein einzelnes, zentrales Steuergerät, das sämtliche Logik enthält und entsprechende Steuerbefehle aussendet. Die Sensoren und Aktoren der Bussysteme können zentral (z.B. in einem oder mehreren Elektroverteilern) oder dezentral (direkt an jedem Verbraucher / Schalter) installiert werden.

Zentrales System:

zentrales Bussystem

Merkmale der zentralen Installation:

  • Alle Sensorleitungen (Schalter) und alle Verbraucherzuleitungen werden einzeln zum Elektroverteiler geführt
  • Durch die geringere Zahl an Busteilnehmern bei der Verwendung von Mehrfachaktoren (z.B. Aktoren, die 12 Ausgänge schalten können) werden Kosten eingespart
  • Die Leichte Zugänglichkeit der Komponenten ist vorteilhaft bei Fehlersuche, Wartung und Austausch
  • Durch das Schalten der 230V-Leitungen ab Sicherungskasten ist eine Netzfreischaltung in den entsprechenden Räumen möglich
  • Es sind mehr und größere Verteilerkästen notwendig wegen der zusätzlichen Sensoren, Aktoren und hohen Zahl an Kabeln, die in den Verteilerkästen münden

Dezentrales System:

dezentrales Bussystem

Merkmale der dezentralen Installation:

  • Die Aktoren liegen nahe am Verbraucher, die Sensoreingänge nahe am Schalter
  • Die dezentrale Installation kommt der Grundidee eines Bussystems am nächsten
  • Der  Ausfall eines Sensors/Aktors betrifft zumeist nur einen Sensor-/Schaltkanal, so dass die  Ausfallsicherheit höher ist
  • bei dezentraler Platzierung muss die 230V-Spannung ständig auf den Zuleitungen anliegen, so dass eine Netzfreischaltung nicht möglich ist
  • Geringere Leitungslängen
  • Reduzierung der Brandlast

Zumeist werden Systeme jedoch als Mischform der zentralen und dezentralen Datenverarbeitung ausgeführt. Einfache Handlungen werden dezentral verarbeitet (Schalten einer Lampe) und funktionieren somit unabhängig von einem zentralen Steuergerät. Komplexere Aufgaben werden durch ein zentrales Steuergerät wahrgenommen (z.B. Anpassung der Heizleistung eines Raumes in Abhängigkeit von der Wetterprognose, der aktuellen Sonneneinstrahlung und des allgemeinen Temperaturniveaus des Gebäudes.)

Planungsleistung: Ein Fachplaner sollte sehr früh einbezogen werden, da sich die Verkabelung der Komponenten stark von der klassischen Elektroinstallation unterscheiden kann. Gegebenenfalls ist es sinnvoll, zusätzliche und/oder deutlich größere Verteilerschränke zu installieren, deren optimale Platzierung in der Planungsphase des Gebäudes berücksichtigt werden müssen.

Kombinationsmöglichkeiten bei der Installation: Es ist auch möglich, nur einen Teil der Haustechnik (z.B. nur die Jalousie- und Lichtsteuerung) als Bussystem zu realisieren, während andere Teile der Gebäudeverkabelung als konventionelle Elektroinstallation realisiert werden können. Darüber hinaus ist es auch möglich, verschiedene Bus-Systeme (PowerLine, Twisted Pair, Funk) gleichzeitig innerhalb eines Objektes zu verwenden.

Erweiterbarkeit: Viele Gebäudeautomationssysteme können zunächst als sehr einfaches, dezentrales und damit relativ kostengünstiges System ausgelegt werden. Sind die Grundlagen mit der Installation eines Bussystems geschaffen, kann das System im Nachhinein jederzeit erweitert werden.

Wirtschaftlichkeit: Je nach Kommunikationsweise (Powerline, Busleitung, Funk), Konfiguration (Aktoren zentral oder dezentral) und Komplexität des Systems, ist der (Material-)Aufwand der Verkabelung vergleichbar bis viel geringer als bei der klassischen Elektroinstallation. Will man z.B. in einem großen Raum 5 verschiedene Lichtkanäle von 5 verschiedenen Stellen aus schalten und zusätzlich von 2 verschiedenen Stellen im Gebäude zentral schalten können, wäre eine entsprechende Verkabelung bei der klassischen Elektroinstallation zwar theoretisch möglich, jedoch wäre die praktische Umsetzung extrem aufwändig. Bei Nutzung der Gebäudeautomation ist solch ein Fall einfach und wirtschaftlich zu realisieren und die Zuordnung der Schalter zu den Lichtkanälen kann im Nachhinein einfach und ohne Installationsaufwand jederzeit geändert werden. Im Falle einer einfachen Zuordnung, z.B. von Schalter und Lichtauslass,  ist die klassische Verkabelung günstiger. Das heißt, dass die Gebäudeautomation nicht in jedem Fall günstig oder teuer ist, sondern immer im Einzelfall betrachtet bzw. kalkuliert werden muss.

Hinweise zur Bauausführung

Installationsablauf: Die Installation eines Gebäudeautomationssystems gliedert sich grob in zwei Phasen:

  • Im Ersten Schritt müssen die technischen Voraussetzungen geschaffen werden, d.h. die Sensoren und Aktoren müssen entsprechend installiert und miteinander verbunden werden.
  • Im zweiten Schritt müssen alle Teilnehmer (Sensoren, Aktoren, …) des Datenbusses konfiguriert bzw. programmiert werden, um die Aktionen der verschiedenen Aktoren zuzuweisen. Idealerweise werden alle benötigten Komponenten bereits vorab programmiert und mit deren zukünftigen Installationsort gekennzeichnet um nach der Installation baldmöglichst  ein funktionsfähiges System zu erreichen.

Dokumentation: Bei Gebäudeautomationssystemen ist eine detaillierte Dokumentation der Installation und Konfiguration der Systembauteile sehr wichtig. Ebenso ist eine ausführliche Übergabe und Schulung des Bauherrn notwendig. Darüber hinaus sollte der Bauherr eine Kopie der Projektdaten erhalten, um zukünftige Änderungen oder Anpassungen der Systemkonfiguration selbst oder durch einen anderen Installateur zu ermöglichen.

Normen und Literatur

DIN 18015-4, Elektrische Anlagen in Wohngebäuden - Teil 4: Gebäudesystemtechnik

DIN EN 14908-2, Firmenneutrale Datenkommunikation für die Gebäudeautomation und Gebäudemanagement - Gebäude-Netzwerk-Protokoll - Teil 2: Kommunikation über paarig verdrillte Leitungen

DIN EN 14908-3, Firmenneutrale Datenkommunikation für die Gebäudeautomation und Gebäudemanagement - Gebäude-Netzwerk-Protokoll - Teil 3: Kommunikation über die Stromversorgungsleitungen

DIN EN 14908-4, Firmenneutrale Datenkommunikation für die Gebäudeautomation und Gebäudemanagement - Gebäude-Netzwerk-Protokoll - Teil 4: Kommunikation mittels Internet Protokoll (IP)

DIN EN 50090-1; VDE 0829-1, Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude (ESHG) - Teil 1: Aufbau der Norm

DIN EN 50090-2-2; VDE 0829-2-2, Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude (ESHG) - Teil 2-2: Systemübersicht - Allgemeine technische Anforderungen

DIN EN 50090-9-1; VDE 0829-9-1, Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude (ESHG) - Teil 9-1: Installationsanforderungen - Verkabelung von Zweidrahtleitungen ESHG Klasse 1

DIN EN 13321-2, Offene Datenkommunikation für die Gebäudeautomation und Gebäudemanagement - Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude - Teil 2: KNXnet/IP-Kommunikation

DIN V 18599-11, Energetische Bewertung von Gebäuden - Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung - Teil 11: Gebäudeautomation

ISO/IEC 14543-3-10, Informationstechnik - Heim-Elektronik-Systeme (HES) - Teil 3-10: Drahtlosprotokoll für kurze Datenpakete (WSP), optimiert für Energy Harvesting - Architektur und untere Protokollebenen