Als Raumautomation bezeichnet man diejenige Teildisziplin der Gebäudeautomation, die die gewerkeübergreifenden Automationsfunktionen und -aufgaben innerhalb der Räume von Gebäuden ausführt. Die Raumautomation ist somit ein integriertes System, dass die einst getrennten Anlagen zur Beleuchtungs- oder Sonnenschutzsteuerung sowie der Raumklimaregelung zusammenfasst. Die Vorteile dieser Integration liegen einerseits in der vereinfachten Bedienung durch den Nutzer, andererseits in einer deutlichen Verbesserung der Energieeffizienz. Gerade der zweite Aspekt beschert der Raumautomation aufgrund gestiegener Energiepreise eine große Bedeutung, weisen doch Studien und Normen (siehe [1] und [2]) nach, dass der Energiebedarf in Nicht-Wohngebäuden mit Hilfe von Raumautomationssystemen um über 40% reduziert werden kann.
Funktionen der Raumautomation
Übersicht
Ein Raumautomationssystem besteht prinzipiell aus der Verknüpfung von Sensoren mit Aktoren über bestimmte Funktionen. Stellt man nun alle Bestandteile als Blöcke dar, entsteht das nachfolgende Prinzipbild.
Diese Darstellung wird in der Normung zur Gebäudeautomation bereits eingesetzt, z.B. in der ISO EN DIN 16484 oder der EN 15500 und wird auch in der zurzeit entstehenden VDI-Richtlinie 3813 “Funktionen der Raumautomation” Verwendung finden.
Eine ähnliche Darstellungsweise wird auch von der LonMark International zur Darstellung sogenannter Funktionsprofile (engl.: functional profiles) verwendet. Diese Funktionsprofile sind ebenfalls in Sensoren, Aktoren und Controller unterteilt, wobei die Controller ungefähr den Funktionsblöcken entsprechen.
Nachfolgend werden die wichtigsten Raumautomationsfunktionen so beschrieben, wie sie bereits von der LonMark Deutschland e.V. definiert und als Ausschreibungstext unter www.ausschreiben.de verfügbar sind.
Allgemeine Funktionen
Zeitprogramme
Zeitprogramme können Raumfunktionen zu festgelegten Zeiten variieren und z.B. an die zu erwartende Raumnutzung anpassen. Zeitprogramme zur Steigerung der Energieeffizienz passen u.a. die Betriebsarten der Raumtemperaturregler an oder schalten Beleuchtungen ab. Grundsätzlich sollten sich sich alle Raumfunktionen über Zeitprogramme schalten lassen, so dass vielfältige Nutzerwünsche erfüllbar sind.
Präsenzerkennung
Über Präsenz- oder Multisensoren erkennen Raumautomationssysteme automatisch die Anwesenheit von Personen. Durch diese Information können die Funktionen für die Beleuchtung, den Sonnenschutz oder die Raumklimaregelung besonders energieeffizient betrieben werden, da Komfortkriterien mit erhöhtem Energieaufwand nur während der Anwesenheit von Personen erfüllt werden müssen.
Szenensteuerung
Bestimmte Einstellungen der Beleuchtung, des Sonnenschutzes oder der Raumklimafunktionen lassen sich in Form von Szenen gemeinsam speichern und jederzeit aufrufen. So kann der Nutzer durch einen Tastendruck auch komplexe Raumsituationen, z.B. in Vortragsräumen, einfach beherrschen. Die entsprechenden Geräte sollten hierfür einen Szenenspeicher besitzen.
Funktionen für Beleuchtung, Blendschutz und Tageslichtnutzung
Konstantlichtregelung
Ein Sensor zur Erfassung der Raumhelligkeit, z.B. innerhalb eines Multisensors, sorgt für die exakte Anpassung des Beleuchtungsniveaus an die Arbeitsaufgabe. Hierfür erforderliche dimmfähige Aktoren bieten moderne Raumautomationssysteme für alle gängigen Beleuchtungen an. Durch die optimale Nutzung des Tageslichts ist die Konstantlichtregelung gerade in Verbindung mit der bereits erwähnten Präsenzerkennung in der Lage, über 50% der Lichtenergie einzusparen.
Tageslichtschaltung
Der „kleine Bruder“ der Konstantlichtregelung ist überall dort einsetzbar, wo die Beleuchtung nur schaltbar ausgeführt werden kann. Zur Erfassung der Helligkeit ist ebenfalls ein Sensor im Raum erforderlich. Unterschreitet das Tageslicht die erforderliche Raumhelligkeit, wird Kunstlicht automatisch in ein oder mehreren Stufen zugeschaltet und bei Zunahme des Tageslichtanteils wieder abgeschaltet. Auch hier ist die Kombination mit der Präsenzerkennung empfehlenswert. Das Einsparpotenzial liegt bei bis zu 45%.
Automatiklicht
In Räumen ohne ausreichende Tageslichtversorgung, z.B. in Fluren oder Sanitärräumen, lässt sich Energie sparen, indem die Beleuchtung nur temporär eingeschaltet wird. Die Präsenzerkennung liefert die hierfür erforderlichen Sensordaten. Eine einstellbare Abschaltverzögerung sorgt für Beleuchtungskomfort. Das Einsparpotenzial ist stark von der Nutzungsfrequenz abhängig.
Sonnenautomatik
Jalousien sorgen vor allem für Blendfreiheit an Arbeitsplätzen und sind insofern unverzichtbar – trotz der unvermeidbaren Reduzierung des Tageslichteinfalls. Die Sonnenautomatik sorgt nun in Verbindung mit entsprechenden Wetterdaten dafür, dass der Sonnenschutz eine einstellbare Blendschutzposition immer dann einnimmt, wenn eine bestimmte Strahlungsintensität überschritten wird. Nach Ablauf einer einstellbaren Verzögerungszeit fährt der Sonnenschutz bei bedecktem Himmel zur besseren Tageslichtversorgung automatisch wieder in die Endlage oder zumindest in eine waagerechte Lamellenstellung.
Lamellennachführung
Die Lamellennachführung ist die konsequente Weiterentwicklung der Sonnenautomatik. Bei hoher Strahlungsintensität fährt der Sonnenschutz dazu in eine Stellung, die zyklisch dem Sonnenstand angepasst wird. So wird unter Aufrechterhaltung des Blendschutzes die Tageslichtversorgung maximiert. Aus energetischer Sicht empfiehlt sich die Kombination mit der Konstantlichtregelung, da diese auf die Optimierung kontinuierlich reagieren kann, und so noch einmal über 10% der Beleuchtungsenergie eingespart werden können.
Schattenwurfermittlung
Umliegende Gebäude oder eigene Gebäudeteile sorgen auf den Fassaden für Schattenwurf, der die Blendschutzfunktion für die im Schatten liegenden Jalousien zeitweise unnötig macht. Die Jalousien sollten für eine bessere Tageslichtversorgung in dieser Zeit geöffnet sein. Die Sonnenschutzaktoren eines Raumautomationssystems müssen für diese Funktion mit einer Schattenwurfermittlung ausgerüstet sein, die in Verbindung mit der Sonnenautomatik oder Lamellennachführung arbeitet. Die Funktion wird gelegentlich auch Jahresverschattungsdiagramm genannt.
Dämmerungsschaltung
Im Außen- oder Eingangsbereich und zur Illumination eines Gebäudes gilt: Licht ist nur dann erforderlich, wenn es dunkel wird. Da der Zeitpunkt jahreszeitlich variiert, sorgt die Dämmerungsschaltung selbstständig für den optimalen Einschaltmoment. Neben der Beleuchtung lässt sich selbstverständlich auch der Sonnenschutz dämmerungsabhängig positionieren.
Witterungsschutz
Witterungsschutzfunktionen vermeiden Schäden an der Sonnenschutzanlage. Sensoren für Temperatur, Niederschlag, Windgeschwindigkeit und –richtung stellen die erforderlichen Wetterdaten zur Verfügung. Die Schutzfunktionen für Wind, Niederschlag oder Eisbildung sorgen dafür, dass der Sonnenschutz rechtzeitig vor Beschädigungen eingezogen wird. Selbst motorische Fenster lassen sich in die Schutzfunktion einbeziehen, so dass Schäden durch eingringendes Regenwasser vermieden werden.
Funktionen für die Raumklimaregelung
Betriebsartenumschaltung
Zur Steigerung der Energieeffizienz können für jeden Raum individuell die Betriebsarten Komfort, Standby oder Economy (Nachtabsenkung) gewählt werden, denen jeweils eigene Sollwerte zugeordnet sind. Eine Umschaltung kann sowohl über Zeitprogramme, manuelle Bedientaster oder die Präsenzerkennung erfolgen. Eine besonders energiesparende Variante besteht darin, morgens per Schaltuhr von Economy auf die Betriebsart Standby-Betrieb umzuschalten und die Anhebung der Sollwerte auf das Komfortniveau durch die Präsenzerkennung vornehmen zu lassen. Auf diese Weise lassen sich über 20% der Wärme- und Kälteenergie in einsparen.
Freie Nachtkühlung
Kühle Nachtluft lässt sich zum Herunterkühlen der Raumluft nutzen, falls Fenster oder Fassadenklappen motorisch geöffnet werden können oder Gebläsekonvektoren mit Zuluftklappen vorhanden sind. Diese Funktion sollte mit Hilfe der gemessenen lokalen Raumtemperatur und der Außentemperatur raumindividuell ausgeführt werden, um eine optimale Absenkung zu erreichen.
Frostschutz
Um Schäden am Heiz- oder Kühlsystem durch Gefrieren zu verhindern, sollte das Raumautomationssystem über einen Gebäudeschutzbetrieb oder eine separate Frostwarnung verfügen.
Fensterüberwachung
Bei geöffneten Fenstern sorgt die Fensterüberwachung für eine automatische Abschaltung der Wärme- oder Kältezufuhr um Energieverschwendung zu vermeiden. Der Zustand der Fenster wird über Kontakte eingelesen und an die Temperaturregler gemeldet. Die erzielbare Einsparung beträgt bis zu 10% der Heiz- und Kühlenergie.
Lastoptimierung
Der Einsatz des integrierten Raumautomationssystems ermöglicht es, für jeden Mischerkreis denjenigen Raum zu ermitteln, der den maximalen Energiebedarf aufweist, und daraufhin die Vorlauftemperatur automatisch an die Last anzupassen. Diese Funktion eliminiert Energieverluste im Verteilsystem durch eine bedarfsabhängige Regelung und ersetzt so die traditionelle Witterungsführung. Die Funktion bildet auch gleichzeitig die Schnittstelle zu Automationsstationen.
Thermoautomatik
Durch die Fenster eintretendes Sonnenlicht sorgt für einen Wärmeeintrag in den Raum, der je nach Raumtemperatur willkommen oder unwillkommen ist. Die Thermoautomatik übernimmt in unbelegten Räumen nun die Kontrolle über den Sonnenschutz zur Unterstützung von Heiz- oder Kühlvorgängen. So kann im Sommer eine Überhitzung vermieden und im Winter die Heizung durch solare Gewinne entlastet werden.
Technischer Aufbau
Übersicht
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Hardwareaufbau
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Software
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Kommunikationsprotokolle
LON
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EIB/KNX
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BACnet
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Proprietäre Protokolle
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Energieeffizienz durch Raumautomation
Der Energieverbrauch von Gebäuden rückt immer mehr in den Fokus. Er stellt mit über 40% den größten Anteil am gesamten Energieverbrauch in den Industriestaaten und hat wegen stetig steigender Energiekosten einen massiven Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Gebäudebetriebs. Energiesparen wird also sowohl aus gesellschaftlicher als auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht zu der zentralen Herausforderung bei der Errichtung und der Sanierung von Gebäuden.
Wegen des hohen Energieaufwands für Klimatisierung und Beleuchtung reichen eine gute Dämmung und eine moderne Heizungsanlage bei weitem nicht mehr aus. Energiesparen bedeutet vor allem Verschwendung zu vermeiden! Kühlen oder Heizen bei offenem Fenster, eingeschaltete Beleuchtung bei ausreichendem Tageslicht, beheizte aber ungenutzte Räume sind Ausdruck solcher Energieverschwendungen, die selbst in heutigen Gebäuden über ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs ausmachen.
Um Energieverschwendung zu vermeiden ist der Einsatz eines integrierten Raumautomationssystems erforderlich. Es erfasst in jedem Raum die erforderlichen Konditionen, wie Raumbelegung, Temperatur, Helligkeit, Fensterstellung usw. und stimmt daraufhin die Heizung oder Kühlung, Lüftung, Beleuchtung und den Sonnenschutz optimal aufeinander ab. So werden sowohl die gewünschten Komfortbedingungen in belegten Räumen als auch die Betriebsbereitschaft unbelegter Räume mit höchster Wirtschaftlichkeit aufrechterhalten.
Eine im Auftrag der LonMark Deutschland an der Hochschule Biberach im Jahre 2007 durchgeführte Studie[1] weist nach, dass ein Raumautomationssystem durch die integrierten energieeffizienten Automationsfunktionen (siehe Abschnitt) den Energiebedarf eines Büro- oder Schulgebäudes um über 40% senken kann.
Nutzungsflexibilität durch Raumautomation
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Produktivitätssteigerung durch Raumautomation
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Schnittstellen innerhalb der Gebäudeautomation
Kostengruppe nach DIN 276
Der steigenden Bedeutung der Raumautomation ist die DIN 276 - Kosten im Bauwesen - im Jahre 2006 nachgekommen, indem diese als eigene Kostengruppe 484 im Rahmen der Kostengruppe 480 „Gebäudeautomation“ aufgenommen wurde. Das Bild x zeigt die gesamte Kostengruppe 480.
Das Bild gibt neben den Kostenziffern auch die Beziehung der Kostengruppen untereinander wieder. Diese Beziehungen sind kommunikativer Art und werden nachfolgend näher dargestellt.
Kommunikation zu Managementsystemen
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Kommunikation zu Automationsstationen
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Quellen
- ↑ a b Becker Martin, Knoll Peter: Untersuchungen zu Energieeinsparpotenzialen durch Nutzung integrierter offener Gebäudeautomationssysteme auf Basis der Analyse DIN V 18599 und prEN 15232, Hochschule Biberach, 2007, Studie im Auftrag der LonMark Deutschland e.V., Aachen
- ↑ DIN EN 15232: Gebäudeautomation - Einfluss auf die Energieeffizienz, Berlin, 2007
Literatur
Normen:
- DIN 276-1: Kosten im Bauwesen - Teil 1: Hochbau, Berlin, 2006
- VDI 3813-1: Raumautomation - Blatt 1: Grundlagen, Berlin, 2007
- DIN EN ISO 16484-3: Systeme der Gebäudeautomation - Teil 3: Funktionen, Berlin, 2005
Fachliteratur:
- Gebäude Netzwerk Institut (Hrsg.): GNI Handbuch der Raumautomation - Gebäudetechnik mit Standardsystemen, 1. Aufl., Zürich, 1999, ISBN 3-8007-2349-2
Weblinks
LonMark-Broschüre Energieeffizienz automatisieren und Gerätematrix (Beispiel)
Download der Kurzfassung der LonMark-Studie der Hochschule Biberach[1]
Funktionsprofile der LonMark International
Homepage der BACnet Interest Group Europe e.V.
Homepage der Konnex Association
Homepage der LonMark Deutschland e.V.
Kategorie:Elektroinstallation Kategorie:Gebäudeautomatisierung
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