Gebäudeautomation (Smart Building): Definition, Grundlagen und Vorteile

27.01.2023 | J. Morelli – Online-Redaktion, Forum Verlag Herkert GmbH

Smart Building und Gebäudeautomation sind mittlerweile wichtige Bestandteile der Baubranche geworden. Als technische Alleskönner helfen sie dabei, Gebäude energieeffizienter, sicherer und klimafreundlicher zu gestalten. Das lässt diese Art der technischen Gebäudeausrüstung zu einer der erfolgsträchtigsten Sparten des modernen Bauens werden und ebnet den Weg für K.I.-gesteuerte Gebäudetechnik.

 

Inhaltsverzeichnis

1. Gebäudeautomation: Definition
2. Vorteile der Gebäudeautomation
3. Neue VDI 3814 Blatt 1 beschreibt Grundlagen der Gebäudeautomation
4. Gebäudeautomation und Herstellerunabhängigkeit
5. DIN EN ISO 16484: Gebäudeautomatisierung und deren BACS
6. Fazit: Gebäudeautomation und Klimaanpassung

Gebäudeautomation: Definition

Die Gebäudeautomation (GA) hat in den vergangenen Jahren insbesondere bei größeren Gebäuden mit umfangreicher Gebäudetechnik an Bedeutung gewonnen. Denn für den energiesparenden und nachhaltigen Betrieb ist modernes Gebäudemanagement unerlässlich (Stichwort GEG). Als Gebäudeautomation oder auch Gebäudeleittechnik (GLT) werden dabei alle Mess-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinheiten in Gebäuden als gesamte Einheit bezeichnet. Sie ist damit ein wichtiger Bestandteil des technischen Facility Managements. 

Mittels Gebäudeautomation werden die verschiedenen Bereiche der Gebäudetechnik wie Heizungsanlagen, Sanitäranlagen, Lüftung- und Kälteanlagen sowie Elektroanlagen (auch PV) gewerkübergreifend und nach voreingestellten Parametern selbstständig geregelt, gesteuert und überwacht. Die GA verknüpft alle regelungstechnisch relevanten Bestandteile der Gebäudetechnik wie z. B. Regelventile, Fühler für Temperatur, Feuchte oder Druck, Pumpen, Ventilatoren, Brenner, Motoren und Filter.

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Gesetzliche und technische Anforderungen an die einzelnen haustechnischen Anlagen können Planer und Ausführende dem Handbuch „Planung und Ausführung nach GEG“ entnehmen.  Das Buch bietet aktuelle energetische und technische Grundlagen zur Dimensionierung, Installation und Standhaltung. 

Wo wird Smart Building angewendet?    

Während große Krankenhäuser, Universitäten, Hochschulen, große Unternehmen und Forschungseinrichtungen in der Regel über eine sehr gut ausgestattete Gebäudeautomation sowie ein entsprechend gut geschultes technisches Personal verfügen, ist die Anwendung von Gebäudeautomationssystemen bei Kommunen und Wohnungsbaugesellschaften eher selten. Hier fehlt es oft sowohl an der Technik, als auch am technisch geschulten Personal.

Dabei würden eine Überwachung der technischen Anlagen und eine Auswertung der Energieverbräuche an zentraler Stelle Kommunen die Arbeit deutlich erleichtern und viel Zeit sparen.

Vorteile der Gebäudeautomation 

Der Trend zum Smart Building hat unterschiedliche Ursachen und Ziele: Energieeffizienz, Vernetzung der Systeme, zunehmende Gebäudekomplexität, Nutzerkomfort und Wirtschaftlichkeit sind dabei wohl die maßgeblichen. Konkret bietet Gebäudeautomation für den Betreiber folgende Vorteile:

• Mittels Gebäudeautomation werden die Betriebs- und Versorgungssicherheit wesentlich erhöht und die Bedienung, Überwachung sowie der Komfort deutlich vereinfacht. Denn Smart Building ermöglicht Betreibern, die Anlage zentral zu überwachen und bei Störungen einzugreifen, ohne direkt vor Ort sein zu müssen.
• Verschiedene Gewerke werden mit Gebäudeautomation viel besser aufeinander abgestimmt. So wird verhindert, dass verschiedene Funktionen wie z. B. Heizen und Kühlen gegeneinander arbeiten.
• Durch die Gebäudeautomation werden wichtige Parameter der Gebäudetechnik (Temperaturen, Drücke, Verbräuche etc.) automatisch ermittelt und ausgewertet. Dieses Monitoring erleichtert Facility Managern die Überwachung und Optimierung der technischen Anlagen.
• Energieeinsparungen durch Überwachung und Steuerung der unterschiedlichen technischen Anlagen führen im nächsten Schritt auch zu CO2-Einsparungen.

Energieeinsparungen führen auch zu CO2-Einsparungen

Mithilfe der Gebäudeautomation werden Energieverbräuche und Energiekosten erfasst und ausgewertet. Das ist möglich, weil moderne Gebäudeautomationssysteme Gebäude- und Energiemanagement verknüpfen.

Betreiber technischer Anlagen können Fahrtkosten einsparen, weil Störungen vom zentralen PC aus registriert und nicht mehr vor Ort beseitigt werden müssen.

Gebäudeautomation erleichtert das Planen, Bauen und Betreiben von Gebäuden mit BIM (Building Information Modeling). Die Kooperation BIM und Gebäudeautomation ermöglicht es, Daten über den gesamten Lebenszyklus eines Gebäudes kontinuierlich aufzuzeichnen und über verschiedene Gewerke hinweg auszutauschen.

Neue VDI 3814 Blatt 1 beschreibt Grundlagen der Gebäudeautomation 

Die neue Richtlinie VDI 3814 Blatt 1 „Gebäudeautomation – Grundlagen“ ist im Januar 2019 in überarbeiteter Fassung erschienen. Das Grundlagenblatt der VDI-Richtlinienreihe 3814 strukturiert ein Gebäudeautomationssystem in folgende Bereiche: 

• Anlagenautomation (AA)
• Raumautomation (RA) 
• GA-Management (GA-M) 

Die technische Realisierung der Gebäudeautomation erfolgt mit Gebäudeautomationssystemen (building automation and control system), welche wiederum über eine entsprechende Software verfügen, die entweder an einen Prozess angepasst (parametriert) oder individuell für einen Prozess hergestellt (programmiert) wird. 

Der notwendige Informationsaustausch der Komponenten eines Gebäudeautomationssystems erfolgt über das Gebäudeautomationssystem-Netzwerk. Über dasselbe Netzwerk erfolgt auch die Kommunikation zwischen dem Gebäudeautomationssystem und dem Bedienpersonal bzw. Facility-Management. Damit die Gebäudeautomation vollständig funktionieren kann, müssen die Anlagen- und Raumautomation auf die Management- und Bedieneinrichtungen abgestimmt werden und zusammenwirken.  

Gebäudeautomation auf Feldebene, Automationsebene und Managementebene 

Gebäudeautomationssysteme bauen auf drei Ebenen auf:

Feldebene 

Die unterste Ebene der Gebäudeautomation ist die Feldebene. Auf dieser Ebene befinden sich die Feldgeräte, welche die unterschiedlichen technischen Anlagen des Gebäudes steuern und die dazugehörige Verkabelung. Feldgeräte werden in Sensoren und Aktoren unterteilt. Die Sensoren nehmen die Information auf und leiten diese an die Aktoren weiter. Die Aktoren setzen die empfangenen Daten z. B. über Regelventile, Pumpen, Schalter etc. in Schaltsignale um. 

Das heißt, auf der Feldebene werden die Informationen, die mittels der Gebäudeautomation gesammelt wurden, verarbeitet und für die nächsthöhere Ebene bereitgestellt. 

Automationsebene  

Auf der Automationsebene findet die Steuerung und Regelung der gebäudetechnischen Anlagen. Das passiert einerseits auf der Basis der von der Feldebene gelieferten Daten, andererseits aus den Vorgaben und Sollwerten der Managementebene. Die Automationsstationen verarbeiten demnach die Daten der Anlage und leiten die so entstandenen Informationen an die Managementebene weiter. 

Managementebene 

Auf der Managementebene werden die gebäudetechnischen Prozesse übergeordnet bedient, beobachtet und optimiert. Auch die Alarmierung und ggf. die Beseitigung von Störungen finden auf dieser Ebene der Gebäudeautomationssysteme statt. In der Regel gehört zur Managementebene ein PC für eine redundante Datenhaltung inklusive Datensicherung und teilweise auch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. 

Es gibt die Möglichkeiten, Managementsysteme entweder als zentrale Leitwarte oder als verteiltes System mit mehreren Bedienstationen aufzubauen. 

Gebäudeautomation und Herstellerunabhängigkeit 

Die Herstellerunabhängigkeit ist im Rahmen von Smart Building ein zentrales Thema. Denn das Ziel ist es, für die gesamte Gebäudeleittechnik ein System zu installieren, das es dem Betreiber ermöglicht, Fabrikate mehrerer Hersteller ohne größere Probleme miteinander kommunizieren zu lassen. 

Um dies zu erreichen, gibt es auf dem Markt verschiedene gängige Systeme: 

• EIB (Europäischer Installationsbus): Hierbei handelt es sich um einen Standard, der beschreibt, wie die Installation von Sensoren und Aktoren in einem Haus miteinander verbunden werden müssen. Der EIB legt außerdem das Kommunikationsprotokoll fest. 
• LON (Local Operating Network): Das LON ist ein Feldbus-System, das den neutralen Informationsaustausch zwischen Anlagen und Geräten von verschiedenen Herstellern und unabhängig von den Anwendungen ermöglicht. 
• LCN (Local Control Network): LCN ist ein modulares Bus-System für Gebäude aller Art. Es ist einfach in der Installation und zeichnet sich durch eine hohe Übertragungsleistung, Zuverlässigkeit und einem umfangreichen Funktionsspektrum aus.  

An dieser Stelle sollen nur diese drei Systeme genannt werden. Es gibt aber durchaus weitere Systeme wie z. B. KNX oder DALI, die eine Herstellerunabhängigkeit ermöglichen. 

Hinweis für Planer: Bei der Planung und Ausschreibung müssen alle Komponenten (herstellerunabhängig) zum vorgesehenen System passen. 

→ Mittlerweile bieten über 1.500 Hersteller weltweilt BACnet-fähige GA-Produkte an.

DIN EN ISO 16484: Gebäudeautomatisierung und deren Regelungs- und Steuerungssysteme (BACS) 

Building automation and control systems (BACS) sind das Herzstück moderner Gebäudeautomation. Deren Kompatibilität mit möglichst vielen Formen der technischen Gebäudeausrüstung (TGA) ist dabei ein Hauptanliegen unterschiedlicher Hersteller.

Bevor unterschiedliche BACS auf den europäischen Markt gelangen, kann deren Konformität gemäß DIN EN ISO 16484-5 belegt werden. Durch gezielte Prüfverfahren innerhalb eines BTL (BAC-Test-Labor) werden die unterschiedlichen Regelungs- und Steuerungssysteme, egal ob sie nun für die Feld-, Automations- oder Managementebene eingesetzt werden, auf Leistung, Einsatzfähigkeit, Kompatibilität und Lebensdauer geprüft.

→ Das ist zwar für Hersteller keine Pflicht, kann aber zu einem entscheidenden Wettbewerbsvorteil führen.

Fazit: Gebäudeautomation und Klimaanpassung

Gebäudeautomation kann direkt dazu beitragen, Bauwerke energieeffizienter und umweltfreundlicher zu machen. Laut Experten wurde bereits in vielen Feldstudien eine Einsparung von 40 Prozent der Betriebskosten nachgewiesen. Gleichzeitig kann durch die Kombination von Gebäudeautomation und BIM laut ersten Praxisberichten bis zu 15 Prozent der Kosten, die aufgrund von Planungs- oder Umsetzungsfehlern entstehen, eingespart werden.

Quellen: "GEG Baupraxis", "Planung und Ausführung nach GEG"