Energieeffizienz durch Gebäudeautomation

Gebäude sind unsere größten Energieschlucker. Etwa 40 Prozent des Europäischen Gesamtverbrauchs an Energie (Wärme und Strom) entfallen auf die Gebäudenutzung. Doch die Energiepreise steigen. Heute haben Gebäude mit niedrigen Betriebskosten eindeutige Vorteile auf dem Immobilienmarkt. Energieeinsparverordnung EnEV und Energiepass rücken das Thema Energieeffizienz zusätzlich in den Focus, auch bei Nicht-Wohngebäuden.

Wie lässt sich noch Energie einsparen, wenn Wände und Dächer gedämmt, Fenster isolierverglast und Heizungsanlagen modernisiert  sind? Die Antwort heißt Gebäudeautomation. Die Einsparpotenziale sind überraschend hoch. So lassen sich bei Klimatisierung und Beleuchtung bis zu über 50 Prozent der Stromkosten einsparen. Der Primärenergiebedarf von Bürogebäuden z.B. verdoppelt  sich, wenn man zum Wärmebedarf die Beleuchtung hinzu rechnet. Bei Heizungs-, Klima- und Warmwasseranlagen kann die Energieeffizienz in Gewerbebauten mit Mess-, Steuer- und Regelungstechnik um bis zu 30 Prozent gesteigert werden -abhängig davon, wie gut Energieerzeugung, -verteilung und -verbrauch optimiert  sind.

Und das alles bei einem schnellen „Return on Invest“. Bei Investitionen in die Anlagentechnik ist mit einer Amortisation von 2 bis 10 Jahren zu rechnen (Energieeinsparpotenzial von 10 bis 60 Prozent). Zum Vergleich:  Investionen in die Gebäudehülle amortisieren sich meist erst nach10 Jahren und später (Energieeinsparpotenzial ab 50 Prozent). Im Mietwohnungsbau rechnet man mit etwa 4 € pro m² für die Optimierung der technischen Anlagen. Für die bauliche Sanierung müssten mindestens 200 € pro m² investiert werden. Das würde eine jährliche CO2-Einsparung von 4 kg pro m² bzw. 30 kg pro m² bringen. Die Investitionen pro Tonne CO2 sind demnach bei einer Optimierung der technischen Anlagen mit 50 € wesentlich geringer als bei der Gebäudesanierung mit über 300 €.

Raumautomation

Mittels Raumautomation lassen sich schnell wirksame Energieeinsparungen realisieren, denn sie ist relativ einfach nachrüstbar - sowohl im Neubau, als auch im Bestand. Wie hoch Energiebedarf und Betriebskosten eines Gebäudes sind, hängt wesentlich davon ab, wie viel an Energie in jedem einzelnen Raum benötigt wird. Raumautomation zeichnet sich durch niedrige Investitionskosten, hohe Flexibilität, einfache Bedienung und nahtlose Integration in die Gebäudeautomation aus. Angewendet wird Raumautomation heute sowohl in Bürogebäuden, Hotels, Schulen und Universitäten als auch in Laboratorien und Reinräumen.

Der Nutzer verlangt behagliche Räume; ihn interessieren Raumklima, Beleuchtung und Verschattung. Deshalb muss die Raumautomation zwei Zielen dienen: einerseits den individuellen Komfortansprüchen genügen und andererseits für Einsparungen an Energie und Kosten sorgen. Das heißt Überwachung und effektive Regelung von Raumtemperatur, Luftqualität, Beleuchtung und Beschattung von Räumen. Alle Steuer- und Regelfunktionen sind im Sinne eines hohen Komforts und einer optimalen Energieeffizienz aufeinander abgestimmt. Mittels automatisierter Funktionen wird der Bedarf an Wärme-, Kälte- und elektrischer Energie in Abhängigkeit von der Raumnutzung auf ein Minimum geregelt. Kostenlose Energiequellen, wie Sonnenlicht und nächtliche Kühle werden maximal genutzt. 

Beispiel für Raumautomation

Ein Präsenztaster sendet das Signal "Raum wird benutzt". Je nach Bedarf werden nun Heizung, Lüftung, Beleuchtung und Jalousien angesteuert. Wird das Fenster geöffnet, werden automatisch die Radiatorventile geschlossen, damit keine Wärme entweicht. Gleichzeitiges Heizen und Kühlen ist ausgeschlossen. Bei Meldung "Raum nicht benutzt" fahren Heizung, Lüftung und Beleuchtung automatisch herunter. Die Jalousiesteuerung bleibt aktiv, um im Winter die solare Einstrahlung zur Heizungsunterstützung zu nutzen. Im Sommer wird die Kühllast verringert. Durch diese bedarfsabhängige Regelung wird der Energieverbrauch auf ein Mindestmaß begrenzt.

Beispiele für Energiebedarfsreduktion bei der Beleuchtung

  • Beleuchtungssteuerung (Dimmer, Uhren, Präsenz-/ Bewegungsmelder)
  • Helligkeitssensoren (Tageslichtnutzung, Konstantlichtregelung)
  • Schwellwertregelung
  • Elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen
  • Effiziente Leuchtmittel

Gebäudeautomation

Bei der Automatisierung eines Gebäudes sind sowohl das Nutzerprofil, als auch Gebäudehülle und Anlagentechnik mit Heizungswärme, Warmwasser, Klima- und Beleuchtungsanlagen zu berücksichtigen. Die Energieeffizienz des Gebäudes hängt gynz wesentlich von der Regelung und Optimierung der Heizungs-, Klima- und Kältetechnik ab. Hinzu kommen Steuerung und Regelung des Kunstlichtes und des Zusammenspiels von Tageslichtnutzung und elektrischer Beleuchtung. Der effiziente Einsatz der Regelungs- und Automatisierungstechnik versteht sich von selbst. Ebenso das effiziente Energie- und Gebäudemanagement.

Die Richtlinie VDI 3814 "Gebäudeautomation" enthält Hinweise für Planung, Betrieb und Instandhaltung. Diese Richtlinie gilt für Einrichtungen, Software und Dienstleistungen zur automatischen Steuerung und Regelung, Überwachung, Optimierung und Bedienung sowie für das Management zum energieeffizienten und sicheren Betrieb der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA). In der Richtlinie werden die Raumfunktion Beleuchtung, Sonnenschutz, Temperatur und Lüftung  behandelt.

Gebäudesystemtechnik

Früher wurden in der Gebäudetechnik einzelne Anlagen wie Beleuchtung und Beschattung, Heizung, Kühlung, Belüftung separat geplant und jeweils mit verschiedenen Systemen ausgeführt. Mit wachsenden Ansprüchen an Funktionalität und Komfort wurde diese konventionelle Gebäudetechnik jedoch immer unübersichtlicher und teurer. Der technische Aufwand für eine Verbindung zwischen den Anlagenteilen (sog. Gewerken) war zu hoch. Eine zentrale Bedienung war nicht ausführbar. Hinzu kam der Zwang zur Minimierung des Energiebedarfs. Mit der integrierten Gebäudeinstallationstechnik ergaben sich Lösungen, die  gewerkeübergreifend alle Funktionen der intelligenten Haus- und Gebäudetechnik zusammenfassen. Durch eine Vernetzung aller Anlagen über ein so genanntes KNX-Bussystem sind deutliche Energieeinsparungen möglich.

EIB/KNX steht für eine intelligente Vernetzung der Haus- und Gebäudesystemtechnik nach den Normen EN 50090 und ISO/IEC 14543, sowohl im Privatbau als auch in öffentlichen Gebäuden. Dabei werden gewerkeübergreifend Heizung, Beleuchtung, Jalousien, Belüftung und Sicherheitstechnik integral geplant, ausgeführt und gesteuert. Sowohl der Wohnkomfort, als auch Sicherheit und Wirtschaftlichkeit werden gesteigert. Geräte, die das Zeichen EIB bzw. KNX tragen, sind geprüft und zertifiziert. Somit wird garantiert, dass verschiedenste Geräte und Systeme unterschiedlicher Hersteller untereinander kompatibel sind, vorausgesetzt jeder Hersteller hält sich an die Norm. Heute haben sich alle führenden Hersteller für Gebäudesystemtechnik in Europa im Verband EIBA zusammengeschlossen. Der Anwender hat damit den Vorteil, keinem Hersteller ausgeliefert zu sein. EIB/KNX wurde als ein System entwickelt, das für alle wichtigen Anlagen in der Gebäudetechnik eingesetzt werden kann.

Bis heute unterziehen sich etwa 150 Firmen mit über 4.000 Produktgruppen diesem Standard. Somit können Produkte vieler Hersteller in einer EIB/KNX - Anlage zusammenwirken. Das System EIB/KNX ist in Deutschland und Europa eingeführt und wird mittlerweile weltweit akzeptiert. Die Mitgliedsfirmen des KNX-Professionals Deutschland e.V. beraten, errichten und programmieren ihre Anlagen herstellerneutral und gewerkeübergreifend.

Eine EIB/KNX-Anlage wird durch einen Fachmann errichtet (EIB/KNX-Partner). Dabei nutzt er für die Programmierung die Software "ETS", die nicht für den Endanwender bestimmt ist. Wenn der Nutzer oder Bauherr wichtige Funktionen selbst einstellen möchte, kann er so genannte "Visualisierungen" zur Hilfe nehmen. Damit können Funktionen über Touch-Screen eingestellt werden. Je nach Bedarf und Hersteller ist auch ein Zugriff über PDA (Personal Digital Assistant) oder PC möglich.

Zählerdaten werden meist über eine optische Schnittstelle (IR) erfasst. Über den KNX-Bus können alle Zähler eines oder mehrerer Gebäude an zentraler Stelle gelesen und weiterverarbeitet werden.

EIB/KNX-Systembestandteile

Sensoren wie Taster und Windmesser erzeugen Befehle in Form von Telegrammen. Aktoren wie Schaltrelais für Licht und Jalousien setzen Telegramme in Aktionen um. Busleitungen verbinden  alle Sensoren und Aktoren

Eine Zentrale entfällt, weil jedes Gerät seinen eigenen Mikroprozessor enthält. Durch eine Parametrierung, die jederzeit veränderbar ist, lernt jedes Gerät seine Aufgaben. Damit ist das EIB/KNX-System extrem flexibel und kann jeweils an veränderte Bedingungen und Bedürfnisse angepasst werden.

Um den Energieverbrauch zu erfassen und weitere Einsparpotenziale zu erkennen, ist eine Energieverbrauchsmessung erforderlich. Eine KNX-Zählerschnittstelle für die Energieverbrauchszähler ermöglicht eine Zählerfernauslesung.

Auf der Automationsebene werden die Messdaten aus jedem Raum erfasst und verarbeitet. Das ist die Basis für die Steuerung der Heizkessel sowie Klima- und Kälteanlagen. Auf der Managementebene können mit Hilfe von Softwaremodulen Trendkurven erfasst und analysiert werden, um das System ständig zu optimieren (z.B. Stromverbrauchsspitzen, Nutzungszeiten).

Die Vorteile für den Nutzer liegen auf der Hand. Sowohl hinsichtlich Komfort- und Sicherheitsgewinn als auch Wirtschaftlichkeit. EIB/KNX erledigt viele Funktionen automatisch, überwacht Fenster, Roll-Laden und Türen, warnt bei Brand oder Wassergefahr und spart letztlich Heizenergie.

Europäischer Industrieverband für Gebäudeautomation

Anforderungen an bedarfsorientierte elektronische Einzelraumregelungen und deren Genauigkeit sind in der europäischen Norm EN15500 festgelegt. Entsprechend dieser Norm erteilt der europäische Industrieverband für Gebäudeautomation das Zertifizierungszeichen. Das eu.bacCert Zeichen steht für Qualität und Energieeffizienz. Akkreditierte Zertifizierer und Testinstitute in Frankreich, Großbritannien und Deutschland haben die ersten Zertifizierungen vorgenommen. Weitere Anträge für Zertifizierungen liegen vor.

Die European Building Automation and Controls Association (eu.bac) wurde von führenden Unternehmen gegründet. Ziel des Verbandes sind Standardisierung, Test und Zertifizierung von Produkten, die zur energieeffizienten Steuerung von gebäudetechnischen Anlagen dienen.

Zurzeit werden Tests für Sensoren, Aktoren und witterungsgeführte Heizungsregler (Warmwasser- und Elektroheizungen) vorbereitet. Die Zertifizierung soll noch im Jahr 2008 erfolgen. Das eu.bac Zertifizierungs-Programm ist ein offenes System für alle Anbieter von Gebäudeautomation. Diese können das eu.bac Zertifizierungszeichen über das Zertifizierungs-Management-System – CMS beantragen. Die CMS - Plattform (www.eubacCert.eu) ist eine Datenbank für alle zertifizierte Produkte der Gebäudeautomation und zentrale Stelle für die Bestellung bis hin zur Zeichenvergabe. Die Website ist in englischer, deutscher und französischer Sprache verfasst.

Die ETI wird finanziert aus Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft und Energie des Landes Brandenburg und der Industrie- und Handelskammer (IHK) Potsdam.