Raumautomation - Technische Universität Wien

Raumautomation
VU Heim- und Gebäudeautomation
Lukas Krammer
Matr.Nr.: 0525332
lukas.krammer@gmx.at
Technische Universität Wien
Daniel Lechner
Matr.Nr.: 0325612
daniel.lechner@student.tuwien.ac.at
Technische Universität Wien
Werner Luckner
Matr.Nr.: 0525048
werner.luckner@gmx.at
Technische Universität Wien
16. Juni 2008
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Inhaltsverzeichnis
1 Einführung 3
1.1 Zweckbauten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Heimbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Funktionen der Raumautomation 5
2.1 Beleuchtung und Beschattung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Wetterschutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4 Sicherheitstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4.1 Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4.2 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Planung und Integration 10
3.1 Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2 Sensoren und Aktuatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3 Raumbediengeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.4 Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.4.1 KNX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.4.2 LON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.4.3 BACnet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4.4 Andere Protokolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
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1 Einführung
Raumautomation ist ein Teil der Gebäudeautomation und beschäftigt sich
mit der Steuerung von gewerkeübergreifenden Abläufen und Funktionen innerhalb
eines Raumes. Dabei werden folgende Raumtypen unterschieden: [1]
individuelle Räume Ein individueller Raum kann abhängig von der Art
des Gebäudes ein Wohnraum, Kinderzimmer, oder Hotelzimmer sein
aber auch ein Einzel- oder Gruppenbüro.
Gemeinschaftsräume Die Definition von Gemeinschaftsräumen reicht von
Treppenhäusern über Gänge und Speisesälen bis hin zu Kinos und Konzertsälen.
Zweckräume Zweckräume sind z.B. Technikräume in einem größeren Gebäude,
Lagerräume und Fertigungshallen.
Ziel der Raumautomation ist es einerseits den Komfort für die Nutzer des
Raumes zu erhöhen und andererseits durch effiziente Nutzung der Ressourcen
Energie und dadurch auch Kosten zu sparen. Hierbei ist der Begriff der
Behaglichkeit von großer Bedeutung. Behaglichkeit hat sehr viele Aspekte,
angefangen von der Raumarchitektur an sich, bis hin zur Raumautomation.
Behaglichkeit ist sowohl im privaten Wohnbereich als auch in Büroräumen
von enormer Bedeutung.
Behaglichkeit ist ein subjektives Gefühl der Menschen in einem Raum
und wird durch verschiedenste Aspekte beeinflusst. Zum einen spielt die architektonische
Gestaltung eines Raumes eine erhebliche Rolle für das Wohlbefinden.
So ist es dass der Raum abhängig von der jeweiligen Verwendung
genügend groß bzw. genügend hoch ist. Weiters kann die Fensterfläche und
damit die Zufuhr von natürlichem Licht sowie die Ausrichtung des Raumes
(an den Himmelsrichtungen) zu einem Gefühl der Behaglichkeit beitragen.
[1]
Weiters ist es aber auch wichtig das richtige Raumklima zu schaffen.
Wichtige Parameter dafür sind Temperatur, sowie Luftfeuchtigkeit und nicht
zuletzt Sauerstoff- bzw. CO2-Gehalt der Raumluft. [2]
Wie aus diesem kurzen Abriss der Parameter eines Raumes zu erkennen
ist, bedarf es zur optimalen Nutzung eines Raumes ein gewerkeübergreifendes
System, dass alle Prozesse innnerhalb eines Raumes steuert und damit neben
den baulichen Maßnahmen erheblich zur Steigerung der Behaglichkeit,
sowie zur energieeffizienten Nutzung des Raumes bzw. des Gebäudes beitragen
kann.
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1.1 Zweckbauten
In Bürogebäuden gibt es neben der direkten Kostenersparnis durch Energieeffizienz,
auch ein großes Potential bei der Produktivitätssteigerung. Da dieses
Potential aber nicht direkt ersichtlich ist, beziehungsweise oftmals nicht genau
beziffert werden kann, wurde dieses Thema in der Vergangenheit häufig
vernachlässigt. Mittlerweile existieren zahlreiche Studien, die den Einfluss
von Umweltfaktoren auf die Produktivität von ” Büroarbeitern“ bestätigen.
Einige wissenschaftliche Studien, wie z.B. ” Using Office Design to Increase
Productivity“ von Michael Brill (vgl. BOSTI [3]) wiesen allerdings schon
Ende der 60er Jahre auf diesen Umstand hin.
Laut [1] zählen mangelnde Luftqualität, sowie Lichtprobleme und unkomfortable
Raumtemperaturen zu den größten Stressfaktoren im Büro. Als
Hauptbelastungen für die Mitarbeiter gelten schlechte Klimatisierung, stickige
und trockene Luft und störende Kabel ganz oben auf der Liste. Erkältungen,
Augenreizungen, Kopfschmerzen, Ermüdungen und Konzentrationsschwächen
sind Folgen dieser Belastungen und werden häufig als ” Sick-
Building-Syndrome“ zusammengefasst.
Abbildung 1: Systemkosten (aus [4])
Verschiedene Untersuchungen (zum Beispiel [3, Economic Benifits] oder
[4, Life-Cycle Costs Analysis (LCCA)]) weisen darauf hin, dass über 80% (bei
manchen Publikationen sogar über 90%) der Kosten für Gebäude, Technologie,
Instandhaltung und Personal für Personalkosten aufgewendet werden
(siehe Abbildung 1). Die Schaffung der Infrastruktur schlägt sich dagegen
nur mit wenigen Prozent nieder. Nicht zuletzt deshalb wird in der jüngeren
Vergangenheit vermehrt in das Gebiet der Heim- und Gebäudeautomation
und speziell der Raumautomation investiert. Die sinkenden Preise der Automatisierungstechnik
tragen natürlich auch dazu bei.
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1.2 Heimbereich
Im Heimbereich ist das Einsparungspotential nicht so groß wie in Zweckbauten.
Dennoch befinden sich bereits heute zahlreiche Steuerungen und Regelungen
in den Installationen. Wird eine neue Anlage installiert, gehören
eine ausgeklügelte Brennersteuerung sowie eine optimierte Raumtemperaturregelung
zum Standard. Üblicherweise sind unterschiedliche Programme
beziehungsweise Szenen (meist mit Zeitsteuerung) bereits ab Werk vorprogrammiert.
Ebenso werden häufig Bewegungsmelder für die Beleuchtung und die
dafür notwendige Präsenzerkennung eingesetzt. Viele dieser Sensoren messen
selbsttätig die vorhandene Helligkeit und schalten das Licht nur bei unzureichenden
Lichtverhältnissen ein.
Diese Beispiele zeigen, dass Raumautomation teilweise schon Einzug in
den Privatbereich gehalten hat. Die erwähnten unterschiedlichen Systeme
sind allerdings oftmals nicht aufeinander abgestimmt. Bereits erfasste Daten
können meistens nicht verwendet werden und müssen gegebenenfalls mehrfach
erfasst werden. Eine Verknüpfung der Gewerke ist oft gar nicht oder nur
mit hohem Aufwand möglich.
Neben energieoptimierenden Maßnahmen steht auch im Heimbereich das
Wohlbefinden im Vordergrund. Mithilfe der Raumautomation soll auch hier
das ” Sick-Building-Syndrome“ verhindern werden.
2 Funktionen der Raumautomation
Wie in der Einführung schon erwähnt gibt es eine große Menge von Sensoren
und Aktuatoren die in einem modernen Raum vorhanden sind. Diese Funktionen
sind in Prozesse und Abläufe integriert, die in heutigen Gebäuden
noch großteils manuell ausgeführt werden müssen. Daher ist es ein Ziel, die
Teilprozesse innerhalb eines Raumes wie z.B. Lichtregelung und Temperaturregelung
unter Berücksichtigung von allen Teilsystem innerhalb eines Raumes
optimal zu steuern.
2.1 Beleuchtung und Beschattung
Es dürfte klar ersichtlich sein, dass gute Beleuchtung einen wesentlichen Produktivitätsfaktor
in Bürogebäuden darstellt. Die wichtigste Kunstlichtquelle
in Bürogebäuden sind Fluoreszenzleuchten. Der Grund dafür ist der, im
Vergleich zu Glühlampen, relativ hohe Wirkungsgrad (d.h. höhere Lichtausbeute
bei gleichem oder geringerem Energieverbrauch). Fluoreszenzleuchten
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enötigen zum Betrieb ein Vorschaltgerät. In den letzten Jahren werden dabei
größtenteils elektronische Vorschaltgeräte mit Dimmfunktion verbaut.
Die zweite wichtige Lichtquelle in Bürobauten ist das Tageslicht, welches
von den Mitarbeitern als das angenehmste Licht wahrgenommen wird. Aus
diesem Grund, und aufgrund des möglichen Einsparungspotentials durch
Ausnützung des Sonnenlichts, werden Arbeitsplätze heute so entworfen, dass
der Tageslichtanteil so hoch wie möglich ist.Damit die Mitarbeiter nicht vom
direkt einstrahlenden Sonnenlicht geblendet werden, müssen Blendschutzeinrichtungen
wie Jalousien angebracht werden. Durch die Möglichkeiten der
Raumautomation ist es nun möglich je nach Jahreszeit, Sonnenstand und
damit auch der Tageszeit optimale Lichtbedingen für den Nutzer des Raumes
einzustellen. So wird über Helligekeitssensoren an der Fassade und im
Raum die Lichtstärke und die Richtungs des einstrahlenden Tageslichts gemessen
und aufgrund dieser Daten entschieden, ob und wie stark Kunstlicht
unterstützend eingesetzt werden muss, bzw. die ideale Stellung der Jalousien
zu bestimmen um eine Blendung zu verhindern. Dadurch ist es möglich
dem Nutzer über den ganzen Tag gleiche Lichtverhältnisse anzubieten (Konstantlichtregelung).
Abbildung 2 veranschaulicht das Einsparungspotential
im Jahresverlauf im Bereich der Beleuchtung durch den Einsatz von Raumautomation
(vgl. zu diesem Abschnitt [1]).
Abbildung 2: Energieeinsparungspotential durch Raumautomation im Bereich
der Beleuchtung (Bildquelle: [1, S. 44])
Ein weiterer Vorteil im Bereich der Komfortsteigerung, der durch Raumautomation
realisiert werden kann, ist die sogenannte Szenensteuerung. Mittels
Szenensteuerung ist es möglich, über das Raumbediengerät verschiede-
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ne Lichtszenen, wie zum Beispiel für Präsentationen (Jalousien geschlossen,
Kunstlicht niedrig oder aus), Bildschirmarbeit, usw. abzuspeichern und auf
einen Knopfdruck wieder aufzurufen.
Ein weiterer Aspekt im Bereich der Beleuchtung ist das automatische
Ausschalten der Beleuchtung in jenen Räumen, welche nicht genutzt werden.
Eine automatische Abschaltung wird in klassischen Installationen üblicherweise
mit Zeitschaltuhren realisiert. Da diese Vorgehensweise aber in vielen
Fällen sehr ineffizient ist (man denke zum Beispiel daran, dass sich jemand
länger als die Standardarbeitszeit an seinem Arbeitsplatz aufhält), wird bei
der Raumautomation bevorzugt der Weg der Präsenzerkennung gegangen.
Das heißt, dass das Licht zwar prinzipiell zeitgesteuert ausgeschaltet wird,
aber diese Abschaltung nicht passiert, wenn für das System ersichtlich ist,
dass sich noch jemand im Raum befindet. Die Präsenzerkennung kann auf
unterschiedliche Weise vorgenommen werden. So kann diese über Bewegungsbzw.
Infrarotsensoren im Raum realisiert werden. Eine weitere sehr häufig
genutze Möglichkeit ist eine sogenannte Präsenztaste am Raumbediengerät.
2.2 Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik
Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor auf die Behaglichkeit der Mitarbeiter
in Büroräumen sind die Gewerke der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik
(HLK-Technik). Seit einigen Jahrzehnten ist man bestrebt Gebäude voll zu
klimatisieren. Diese Anlagen lieferten jedoch nicht immer die Ergebnisse die
von ihnen erwartet wurden. Bei vielen Anlagen war eine Öffnung der Außenfenster
gar nicht mehr möglich und die Frischluftzufuhr war ausschließlich
über die Klimaanlage möglich.
In den letzten Jahren hat ein Umdenken begonnen und man versucht ein
geeignetes Optimum für das Zusammenspiel zwischen Lüftung über die Außenfenster
und der Lüftung über die Klimaanlage zu finden, was sich auch
wiederum positiv auf die Energieeffizienz auswirkt. Außerdem ist es durch
die Verwendung von Raumautomationsfunktionen möglich die Zufuhr der
Außenluft über die Fenster in die Regulierung der Raumtemperatur miteinzubeziehen.
So ist es beispielsweise gängige Praxis, im Sommer in den
Nächten die Fenster zu öffnen, damit die kühle Außenluft in das Gebäude
einströmen kann, um die Klimaanlage zu entlasten. Dazu ist noch zu sagen,
dass die Fenster dabei durch einen motorbetriebenen Mechanismus geöffnet
und geschlossen werden können. Natürlich hat der Benutzer jederzeit die
Möglichkeit über das Raumbediengerät die Fenster manuell zu öffnen. Dabei
wird beim Öffnen des Fensters automatisch die Lüftung über die Klimaanlage
ausgeschaltet um Energieverschwendung zu vermeiden. Außerdem
wird bei zu großen Abweichungen der Raumtemperatur von der eingestell-
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ten Solltemperatur automatisch die Schließung der Fenster eingeleitet. Aus
Sicherheitsgründen muss das Schließen des Fensters sehr langsam erfolgen.
Eine weitere wichtige Komponente zur Regulierung der Raumtemperatur
sind die Jalousien, welche idealerweise außen angebraucht werden sollten,
wenn dieses das Design des Gebäudes erlaubt. Dadurch kann beispielsweise
im Sommer durch automatische Beschattung durch die Jalousien die
Gebäudekühlung unterstützt werden. Wie schon bei der Beleuchtung (siehe
Kapitel 2.1) ist auch im Bereich der HLK-Technik die Präsenzerkennung sehr
wichtig. Mit Hilfe der Präsenzerkennung muss nicht ständig die Raumtemperatur
auf dem Sollwert gehalten werden, sondern nur dann wenn der Raum
gerade genutzt wird. Allerdings sollte auch darauf geachtet werden, dass die
Raumtemperatur ungenutzter Räume nicht zu sehr von der Solltemperatur
abweicht, da sonst die Zeit bis zum Erreichen der idealen Temperatur mitunter
längere Zeit in Anspruch nehmen kann.Außerdem ist es aus der Sicht der
Energieeffizienz oft besser die Temperatur eines Raumes in einem gewissen
Bereich zu halten, als die Tempteratur erst beim Betreten auf den Sollwert
zu regeln. Die Realisierung dieser Funktion kann wie bei der Beleuchtung aus
einer Kombination von einer Zeitschaltung und der Präsenzerkennung realisiert
werden. Aufgrund der Trägheit von HLK-Systemen hat sich außerdem
herausgestellt, dass es als angenehmer empfunden wird, wenn die Regelung
der Raumtemperatur schon eine halbe Stunde vor dem Betreten des Raumes
(also z.B. eine halbe Stunde vor dem Beginn der Arbeitszeit) einsetzt.Eine
weitere Möglichkeit, die beispielsweise für eher selten oder unregelmäßig genutzte
Räume (z.B. Besprechungszimmer und Konferenzräume) ist die Verbindung
der Klimaregelung mit einem Kalender, in dem der Raum für einen
gewissen Zeitraum reserviert werden kann. Mit Hilfe dieses Kalenders kann
der Raum dann automatisch, schon eine gewissen Zeit vor dem Eintreffen der
Personen auf die ideale Raumtemperatur gebracht werden. Natürlich ist auch
bei der Regelung des Raumklimas, wie auch bei der Beleuchtung, jederzeit ein
Eingreifen des Benutzers eines Raumes möglich. So sieht man in den meisten
Fällen einen gewissen Bereich, um die voreingestellte Idealtemperatur, vor,
indem der Benutzer die Temperatur selbst wählen kann (z.B. ±3 ◦ C). Auf diese
Weise wird auch der Tatsache, dass Frauen ein anderes Kälteempfinden als
als Männer haben, Rechnung getragen. Abbildung 3 zeigt den Temperaturbereich,
in welchem sich die meisten Mengschen wohlfühlen. Die Einstellung der
individuellen Raumtemperatur erfolgt wiederum über das Raumbediengerät.
2.3 Wetterschutz
Auch beim Schutz des Gebäudes vor Wetterschäden kann die Raumautomation
helfen. So können im Zusammenspiel mit außen montierten Windsensoren
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Abbildung 3: Zusammenhang zwischen Oberflächentemperatur und Lufttemperatur
(Bildquelle: [5])
die Jalousien beim Überschreiten einer bestimmten Windgeschwindigkeit eingefahren
werden. Weiters können durch, an der Fassade angebrachte Regensensoren,
bei einsetzendem Regen die Fenster teilweise oder ganz geschlossen
werden. Diese Sensoren können von mehreren bzw. allen Räumen gemeinsam
genutzt werden.
2.4 Sicherheitstechnik
2.4.1 Security
Ein weiterer wichtiger Teil der Raumautomation ist Security. Wichtig im
Bereich der Security ist die Überwachung von Räumen mithilfe von Kameras
und Bewegungsmeldern. Diese Daten können dazu verwendet werden,
um Einbrüche und Diebstähle in den Räumen zu verhindern bzw. um eine
Überwachung des Raumes durch das Facility Management zu gewährleisten.
Oft sind Überwachungseinrichtungen mit elektronischen Zutrittskontrollen
gekoppelt.
Weiters ist es möglich Komponenten zur Identifikation von Personen, wie
z.B. Fingerprintreader oder elektronische Zahlenschlösser zu integrieren um
einer Person automatisch mithilfe von automatischen Schlössern oder Zugangsschranken
Zutritt zu einem Raum zu gewähren. [1]
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Wichtig bei der Integration solcher System ist ein hohes Maß an Sicherheit
der Komponenten selbst, sowie der Kommunikationsnetze mithilfe dessen
die einzelnen Komponenten kommunizieren. Ein solches System sollte
deshalb auch nicht durch Angriffe von außen ausgehebelt oder ausgeschaltet
werden können. Dabei spielt, vorallem bei drahtlosen Systemen, Datenverschlüsselung
eine entscheidende Rolle. Bei drahtgebundenen Systemen sollte
entweder auch Datenverschlüsselung verwendet werden, oder sichergestellt
sein, dass kein Zugang zum physikalischen Datennetz von außerhalb besteht.
2.4.2 Safety
Der Begriff Safety im Kontext der Raumautomation beschäftigt sich vor
allem mit Gefahrenmeldeeinrichtungen wie z.B. Rauchmelder und Einrichtungen
für die Sicherheit wie z.B. Brandschutzklappen oder automatische
Feuerlöschanlagen. Hierbei ist es extrem wichtig, dass die Funktion dieser
Anlagen sichergestellt ist und ein Ausfall des Systems oder Teilen davon sofort
bemerkt wird.
Wird ein Brand in einem Raum entdeckt, so müssen sofort alle Brandschutzklappen
geschlossen werden, um die Sauerstoffzufuhr zum Brandherd
zu unterbinden und die Ausweitung des Brandes zu verhindern. Zusätzlich
müssen noch Entrauchungsklappen sowie Ventilatoren zum Absaugen der
Rauchgase aktiviert werden. Weiters müssen in den betroffenen Räumen des
Gebäudes die automatischen Löschanlagen aktiviert werden, sofern solche
vorhanden sind. [1]
3 Planung und Integration
3.1 Planung
Die Planung von modernen Gebäuden sollte so erfolgen, dass das Gebäude flexibel
genutzt werden kann. Ein Konzept ist es, eine Ebene des Gebäudes in sogenannte
Raummodule zu unterteilen, wobei ein Raummodul die kleinstmögliche
Raumeinheit innerhalb eines Gebäudes ist. Durch eine Aneinanderreihung
dieser Module sollte es möglich sein, die Struktur eines Gebäudes zu verändern
ohne größere Änderungen der baulichen Struktur oder der Gebäudetechnick
durchführen zu müssen. Raumautomationssysteme bieten bei diesem Konzept
den erheblichen Vorteil, dass kaum Änderungen an der vorhandenen
Infrastruktur (wie z.B. Verkabelung, Lampen, Klimageräte) durchgeführt
werden müssen, sondern lediglich das System softwaremäßig mit der neuen
Raumkonfiguration abgestimmt werden muss.
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Bei der Projektierung eines solchen Gebäudes kann man davon ausgehen,
dass es zumeist nicht mehr als 20 verschiedenartige Raumtypen gibt. Diese
generischen Raumtypen und deren Anforderungen können dann zur Projektierung
der tatsächlichen Räume herangezogen werden. Diese Methode führt
zu einer enormen Vereinfachung der Konzeptionierung eines Gebäudes. [1]
3.2 Sensoren und Aktuatoren
Ein modernes Raumautomationssystem besteht aus einer Vielzahl von Sensoren
und Aktuatoren die über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander
verbunden sind. Bei Kommunikationssystemen gibt es eine Vielzahl von Topologien
(z.B. Bus, Stern, Ring). In Raumautomationssystemen wird meist
eine hierarchische Bustopologie bevorzugt.
Bei der Platzierung der Aktuatoren gibt es zwei verschiedene Ansätze. [1]
Zentrale Platzierung der Sensoren und Aktoren Es gibt die Möglichkeit
alle Aktuatoren in einem Raumverteiler zusammenzufassen und
die tatsächlichen Verbraucher dann über eine konventionelle Verkabelung
anzuschließen. Solche Raumverteiler können bereits vorinstalliert
und konfiguriert geliefert werden und beschleunigen die Installation des
Gebäudes.
Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass möglicherweise größere
Distanzen zwischen Aktuator und dem eigentlichen Verbraucher liegen,
die dann durch eine aufwendige Installation an den Raumverteiler angeschlossen
werden muss.
Dezentrale Platzierung der Aktoren Es werden die Aktoren so nahe
wie möglich an den Verbrauchern platziert. Bei manchen Verbrauchern
ist es sogar möglich, die Aktuatoren direkt einzubauen. Diese Aktuatoren
können sich in den verschiedensten Teilen eine Raumes befinden
und müssen durch eine Busleitung miteinander verbunden sein.
3.3 Raumbediengeräte
Raumbediengeräte dienen dazu sämtliche Abläufe in einem Raum (Licht,
Jalousien, Temperatur) lokal einzustellen. Dies erhöht einerseits den Komfort
der Personen in einem Raum. Andererseits können diese Einstellungen zentral
vom Facility Management geändert werden. Dies ist z.B. der Fall, falls beim
Verlassen des Raumes vergessen wird das Licht abzuschalten. [6]
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3.4 Standards
Abbildung 4: Raumbediengerät (Bildquelle: [6])
Im folgenden Abschnitt soll ein kurzer Abriss über die handelsüblichen Systeme
gegeben werden.
3.4.1 KNX
EIB/KNX verfolgt grundsätzlich einen dezentralen Ansatz. Sowohl die Verdrahtung,
als auch die Steuerung und Logik sind dezentral aufgebaut. Die
betroffenen Sensoren und Aktoren erkennen sozusagen selbstständig welche
Aktionen ausgeführt werden müssen und kommunizieren autark (entsprechende
Projektierung und Programmierung vorausgesetzt).
Oftmals kommt es aber zu Situationen, die mit den KNX ” Hausmitteln“
nicht zu lösen sind. Ein einfaches Beispiel wäre eine Aktion, die das Einschalten
des Lichts (Befehl ” Ein“ am Bus mit bestimmter Adresse) und gleichzeitig
das Runterfahren einer Jalousie (Befehl ” Ab“ am Bus) auslösen soll.
Herkömmliche Sensoren, wie Taster, Bewegungsmelder, etc. können beim
Eintreten eines Ereignisses nur einfache Telegramme aussenden. Szenen können
dazu verwendet werden, um diese Funktionen zu realisieren. Für einfache
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logische Verknüpfungen stehen sogenannte Verknüpfungsgeräte zur Verfügung.
Eine große Anzahl an Logikverküpfungen werden mit einem Logikmodul
ausgewertet. [7]
Für komplexere Steuerungen, die über einfache Logikverknüpfungen hinausgehen,
werden am Markt einige Geräte angeboten. Viele Raumcontroller
beherrschen erweiterte Aufgaben, die für die Zwecke der Raumautomation
zugeschnitten sind. Wenngleich die Logik pro Raum innerhalb eines Raumcontrollers
zusammengefasst wird, kann diese Lösung noch als dezentral angesehen
werden.
Andere Geräte, die Funktionen der Raumautomation abdecken, sitzen
zentral an einer Stelle im Gebäude und steuern die betroffenen Aktoren. Oftmals
wird für diesen Ansatz ein zentraler EIB/KNX-Server eingesetzt. Es
existieren einige proprietäre und freie Implementierungen, um einen normalen
PC in einen KNX-Server zu verwandeln. Anstatt der Verwendung eines
PCs, können auch Steuergeräte mit Touchpanels verwendet werden. Diese
sind meistens billiger, auf Dauerbetrieb ausgelegt und weniger fehleranfällig.
Einige Firmen (zum Beispiel Divus Domus, Moeller, . . . ) bieten solche Steuergeräte
an. Diese werden ebenfalls zentral im Gebäude platziert. Es existieren
aber auch offene Implementierungen, wie zum Beispiel das Projekt LEIBnix
1 . Es setzt einen Microcontroller für die nötigen Berechnungen und die
Kommunikation ein.
3.4.2 LON
LON setzt den Grundgedanken der dezentralen Intelligenz konsequenter um
als KNX. Ähnlich wie bei KNX, können auch bei LON die vorhandenen Applikationen
des Herstellers eines Gerätes für Automatisierungsaufgaben verwendet
werden. LON bietet hierfür für die Gerätehersteller die Möglichkeit,
ihre ” Plug-Ins“ in Neuron C zu programmieren. Da LON grundsätzlich den
Anspruch erhebt, auch komplexere Automatisierungsaufgaben erfüllen zu
können, ist die Projektierung oftmals etwas komplizierter als bei KNX. Für
die Verarbeitung von größeren Datenmengen, kommt LON die im Vergleich
höhere Datenübertragungsrate entgegen.
Die Programme zum Beispiel für eine Konstantlichtregelung sind also –
so wie dies auch bei einigen KNX-Geräten der Fall sein kann – im Schalt-
/Dimmaktor hinterlegt. Zusätzliche Steuergeräte sind in diesem Fall nicht
nötig. [8]
Dennoch werden auch bei der Raumautomation mit LON üblicherweise
Raumcontroller eingesetzt, die komplexere Steuerungsaufgaben übernehmen.
1 http://leibnix.sourceforge.net und http://www.leibnix.de/
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Damit ergibt sich ein ähnliches Bild wie bei einer möglichen Implementierung
mittels KNX.
3.4.3 BACnet
BACnet eignet sich gründsätzlich für alle Ebenen der Gebäudeautomation,
wird aber hauptsächlich in der Managementebene eingesetzt. Es sind aber
zahlreiche Raumcontroller verfügbar, die auf der Basis von BACnet arbeiten.
Die Anbindung von Sensoren und Aktoren erfolgt aber meistens über ein
anderes Protokoll, also zum Beispiel KNX oder LON.
In BACnet sind die Fähigkeiten von Geräten über sogenannte Device
Profiles geregelt. Diese geben eine Mindestanforderung an die zu implementierenden
Funktionen eines Gerätes vor. Einfache Schalt- oder Stelleinrichtungen
beziehungsweise Messwertaufnehmer sind in dem Profil Smart Actuator
beziehungsweise Smart Sensor zusammengefasst. Für Funktionen der
Raumautomation ist jedoch erweiterte Funktionalität notwendig, die sich mit
Application Specific Controller, Advanced Application Controller oder Building
Controller realisieren lassen. Die Application Specific Controller sind
meist vom Hersteller programmiert und lassen nur eine Konfiguration über
festgelegte Parameter zu. Höheren Anforderungen der Programmierbarkeit
genügt der Advanced Application Controller. Der Building Controller ist frei
programmierbar und kann für vielfältige Aufgaben eingesetzt werden.
3.4.4 Andere Protokolle
Neben den oben genannten Protokollen existieren noch eine Vielzahl weiterer.
KNX, LON und BACnet dürften am Besten für Raumautomation geeignet
sein beziehungsweise haben sich behaupten können. Viele der anderen Protokolle
decken nur einen Teilbereich der Raumautomation ab und werden
daher – falls verwendet – in eine KNX-, LON- oder BACnet-Umgebung eingebunden.
Exemplarisch möchten wir an dieser Stelle zwei nennen, um zu
zeigen, dass für bestimmte Aufgaben nach wie vor andere Protokolle verwendet
werden.
DALI 2 ist ein speziell auf Lichtsteuerungen zugeschnittes Steuerprotokoll.
MBUS 3 ist ein Feldbus für die Erfassung von Verbrauchsdaten.
2 Digital Addressable Lighting Interface, http://www.dali-ag.org
3 Metering Bus, http://www.m-bus.com
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Literatur
[1] R. Staub, “Raumautomation im bürogebäude: Moderne
gebäudeautomation als voraussetzung für produktivität und behaglickeit.”
Verlag Moderne Industrie, 86895 Landsberg/Lech, 2001.
[2] D.-I. K.Scherer, “Gerwerkeübergreifende systemlösungen im wohnbereich
- status und zukunftspotentiale,” in 6. VDI-TGA-Fachtagung ËlektrotechnikRaumautomation
VDI-Berichte 1816, VDI-Gesellschaft Technische
Gebäudeausrüstung, 2004 2004.
[3] BOSTI Associates, “the buffalo organization for social and technological
innovation.”
[4] National Institute of Building Sciences, “Whole building design guide.”
[5] A. Heidemann, “Integrationsplanung als voraussetzung für eine optimale
raumfunktionalität,” Raumautomation - 6. VDI-TGA-Fachtagung Elektrotechnik
- VDI Berichte 1816, 2004.
[6] Ma-Lik, “Raumautomation,” Mai 2008. Version vom 14.Mai.2008, http:
//de.wikipedia.org/wiki/Raumautomation.
[7] H. Leicenroth, EIB-Anwenderhandbuch. Huss-Medien GmbH, 2003.
[8] H. Merz, T. Hansemann, and C. Hübner, Gebäudeautomation - Kommunikationssysteme
mit EIB/KNX, LON und BACnet. Carl Hanser Verlag
München, 2007.
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