Intelligente Gebäude

Intelligente Gebäudesysteme werden eingesetzt, um die Eigenschaften von Gebäuden in den Bereichen Betriebskosten, Sicherheit und Flexibilität der Nutzung sowie die Energieeffizienz zu verbessern. Einen hohen Marktanteil unter den Systemen für die Gebäudevernetzung hat der KNX Standard. Diese Artikelserie vermittelt das notwendige Know-How für den Einstieg in die KNX Technik vermitteln. In diesem Artikel werden die grundlegenden KNX Funktionen beschrieben.

Zukunft…
und Vergangenheit Unser Alltag hat sich verändert. Wir ziehen Bargeld aus dem Automaten, kaufen und verkaufen über das Internet, telefonieren mobil rund um die Welt, wundern uns sogar, wenn eine MMS oder E-Mail mehr als 5min zum Freund in die USA braucht. Im Auto nutzen wir ein Navigationssystem, die Autotüren verriegeln und öffnen wir per Funk. Das Innenraumlicht im KFZ schaltet sich an, sobald wir einsteigen und nach einer Weile dimmt es langsam herunter, um Energie zu sparen. Kurzum, bei Kommunikation, Unterhaltung oder im Auto heißt es seit geraumer Zeit: »Willkommen in der Zukunft«. Ein anderes Bild eröffnet sich, wenn wir den Stand der Technik in unseren Gebäuden betrachten. Nicht selten lautet hier das traurige Fazit: »Heimkommen in die Vergangenheit«. Selbstverständlich öffnen wir unsere Wohnungstür mit einem konventionellen Schlüssel. Sollten wir diesen nicht schnell genug finden, werden wir vom Treppenlicht-Automaten mit Dunkelheit bestraft. Auch wenn wir den ganzen Tag arbeiten waren, die Heizung hat die Wohlfühltemperatur gehalten. Sie hat nur nicht bemerkt, dass im Wohnzimmer die ganze Zeit das Fenster offen stand. Das bemerkt nur der Energiezähler – still und leise im Hausanschlusskasten. Sicher wäre es ratsam, vor dem Wochenendausflug die Warmwasser-Vorratshaltung der Heizkessel zu drosseln oder alle Standby-Verbraucher vom Netz zu trennen. Aber wer tut das immer? Der damit verbundene Aufwand ist zu groß.

Nachholbedarf in der Elektroinstallation
Diese Szenarien zeigen, dass die Elektroinstallation in den meisten bestehenden Gebäu- den Nachholbedarf hat. In Autos sind vernetzte Senso- ren und Aktoren längst Stan- dard. In Gebäuden findet die- ser Wandel durch ihre lange Lebensdauer verzögert statt. Gerade wegen der langen Nutzungsdauer einer Elekt- roinstallation ist ein Umden- ken notwendig, denn heutige Neubauten werden sich in den kommenden Jahrzehnten an viele Veränderungen anpassen müssen. Flexibilität und Vernetzungsmöglichkeit sind heute notwendiger denn je. Technisch ist das alles machbar und als Regalware beim Großhändler zu beziehen (Bild 1).

Mehr Vernetzung
Der Schlüssel zum »intelligenten« Gebäude liegt in der Installation von Sensoren und Aktoren und deren Vernet- zung. Dazu gibt es mehrere Möglichkeiten.

Konventionelle Möglichkeiten
Naheliegend ist es zunächst, die Elektroinstallation als Sternverkabelung auszuführen. Das heißt, alle Steckdo- senkreise, alle Decken- und Wandauslässe, alle Licht- schalter mit separater NYM- Leitung (am besten fünfadrig) auf eine zentrale Verteilung zu verdrahten und dort mit Schützen, Schaltrelais und einer SPS die logischen Beziehungen flexibel per Programm herzustellen. In

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Bild 1. Ein Haus, das mitdenkt und es dem Bewohner in den eigenen vier Wänden besonders angenehm macht, das klingt wie Zukunftsmusik. Doch schon heute kann das intelligente Haus, in dem die technischen Geräte miteinander vernetzt sind und sich individuell steuern lassen, seinen Bewohnern den Alltag maßgeblich erleichtern.

kleineren Wohnungen wird dieser Weg gut funktionieren. Relativ schnell ist das allerdings mit einem enormen Leitungsaufwand und riesigen Stromverteilern verbunden und eine Nachrüstung/Erweiterung würde hohen Installations- und Programmieraufwand bedeuten.

Bustechnik
Die wesentlich bessere Lö- sung ist es, alle Sensoren und Aktoren im Gebäude über eine »Telefonleitung« zu verbinden und mit der Fähigkeit auszustatten, untereinander Informationen auszutauschen (Bild 2). Jedes Gerät kann so mit jedem anderen kommunizieren: Der Lichtschalter »telefoniert« mit dem Dimmer der Deckenleuchte und teilt ihm mit, auf welche Helligkeit er stellen soll. Der Bewegungsmelder meldet dem Aktor der Durchgangbeleuchtung, dass jemand den Raum betreten hat, und dem Raumthermostatregler, dass niemand mehr im Raum ist und er die Temperatur im Raum etwas drosseln kann. Beispiele für Sensoren, die Informationen auf den Bus geben:

• Lichtschalter
• Dimmtaster
• Bewegungsmelder
• Präsenzmelder (stellen auch ohne Bewegung fest, ob sich eine Person im Raum aufhält)
• Fenster- und Türkontakte (Sicherheitsanwendungen, Heizungssteuerung)
• Klingeltaster an der Haustür • Verbrauchszähler für Wasser, Gas, elektrische Energie, Wärmemengen
• Überspannungssensoren • Temperaturfühler für Raum- und Außenluft
• Temperatursensoren in Heizungs- und Warmwasserkreisen
• Module zum Vorwählen der Soll-Raumtemperatur
• Helligkeitssensoren für innen und außen, z.B. zur Konstantlichtregelung
• Windsensoren bei Jalousiesteuerungen
• Stör- und Betriebsmeldungen von weißer Ware (Waschmaschine, Trockner, Spülmaschine, Herd usw.)
• Leckagesensoren, z.B. im Waschkeller
• Füllstandsmessungen, z.B. für Regenwassernutzung, Öltank, Pelletlager
• Funkempfänger am Türschloss
• Empfänger für Infrarot- Fernbedienungen
• Fingerprintmodule oder Chipkartenleser zur Zugangskontrolle

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Bild 2. Die einzelnen Sensoren und Aktoren werden über eine Telefonleitung, die so genannte Busleitung verbunden. Das Ganze nennt man dann ein Bussystem.

Beispiele für Aktoren, die sich über den Bus steuern lassen
• Relais zum Schalten der Raumbeleuchtung, Dimmer, Dali-Gateways
• elektrische Heizkörperventile
• Temperaturanzeigen
• Antriebe für Markisen, Jalousien, Vorhänge, Garagentore
• Fensterantriebe
• Umwälzpumpe der Heizung
• Ventilsteuerungen, z.B. für Solaranlagen
• Alarmmelder (Leuchte, Hupe)
• Informationsdisplays, Anzeige-LED
• Relais zum Schalten von Steckdosenkreisen (Stand-by-Abschaltung)
• Brunnenpumpen
• Klimaanlagen
• Lüftungsanlagen, (WC-Lüfter, kontrollierte Wohnraumlüftung)
• Steuerung von Waschmaschine, Trockner, Geschirrspüler
• Unterhaltungselektronik
• Freigaben für Alarmanlagen
• Telefonanlage
• elektrischer Türöffner, Türverriegelung, Beispiele für Funktionsmodule (als separate Module oder in Geräten integriert):
• Raumtemperaturregler
• Zeitschaltfunktionen
• Frei programmierbare Logikmodule
• SPS mit KNX Schnittstelle
• Konstantlichtregler
• Alarm- bzw. Gefahrenmeldung
• Telefonzentralen mit Bus-Anschluss
• Medien-Steuerungen
• Heizungsregelung
• Pumpenregelung
• Anwesenheitssimulation
• Displays zur Anzeige und Schnittstelle zum Bediener
• Module zur Verbindung von Bus und Telefon
• Automatischer SMS-Versand für Warnmeldungen
• Zugriff auf Gebäudedaten von außen über das Internet oder Telefon

Warum KNX?
Es gibt mehrere Bus-Techno-logien am Markt, die alle ihre Berechtigung und Vorteile für bestimmte Anwendungsbereiche haben. Es gibt jedoch kein Bussys-tem wie KNX, was von so vielen Herstellern gleichzeitig unterstützt wird.

Die Gründe
Alle starken Marken der Elektroinstallationsbranche treiben KNX voran.

KNX ist ein System, das speziell auf die Anforderungen der Elektroinstallation hin entwickelt wurde. Die Installation und Programmierung/Parametrierung der Geräte ist von Elektrikern und Systemintegratoren leicht umsetzbar.

KNX ist etabliert, der verfügbare Funktionsumfang ist enorm.
Über 7035 KNX zertifizierten Produktgruppen decken alle Anwendungen ab.

Endkunden können auf ein weites Netz von Fachhandwerkern mit fundierten KNX Kenntnissen zurückgreifen. Ihre Qualifikation beweist ein von einer KNX zertifizierten Bildungsstätte ausgestelltes Zertifikat. KNX ist in Europa, in den USA, in China und weltweit standardisiert, z.B. CENELEC (EN 50090), CEN (EN 13321-1), ISO/ IEC (ISO/IEC 14543-3), GB/T (GB/T 20965) US

Standard (ANSI/ASHRAE 135). 297 Mitglieder in 33 Ländern liefern Produkte nach KNX Standard. Dank Standardisierung sind sie untereinander kompatibel und spätere Änderungen oder Erweiterungen der Installation stellen kein Problem dar.

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Bild 3. Die Studie »Energieeinsparpotenzial durch moderne Elektroinstallation« am Institut für Gebäude- und Energiesysteme an der Hochschule Biberach zeigt: Mit vernetzter Haus- und Gebäudesystemtechnik auf Basis von KNX sind Energieeinsparungen bis zu 50% möglich

Rechnet sich eine Businstallation?
Diese Frage ist eine der ersten, die interessierte Bauherren und auch Handwerker stellen, wenn sie beginnen, sich mit der Bustechnik zu beschäftigen. Eine pauschale Antwort gibt es auf diese Frage nicht. Vergleicht man Standard-Installationstechnik mit intelligenten Komponenten mit Busanschluss, sind letztere natürlich teurer. Aber: Die Frage stellt sich so nicht! Betrachtet werden müssen die Vorteile über die gesamte Nutzungszeit. Je nach Typ und Lebenssituation können folgende Argumente für Bauherren im Wohnbau ausschlaggebend für die Entscheidung zu einer Businstallation sein:

• Energieeinsparung und damit Reduktion der Betriebskosten
• Komfortgewinn
• Erleichterungen im Alter/ Altengerechtes Wohnen
• Zukunftssicherheit und Flexibilität der Installation
• Sicherheit (Anwesenheits- simulation, Alarmierung bei Einbruchsversuch, Abtaualarm der Gefriertruhe, Paniktaster mit Meldung über Telefon usw.)
• Wert der Immobilie steigt für Vermietung oder Verkauf

Gerade im Elektrohandwerk konzentriert man sich sehr auf die Kostenfrage. Im Sanitär- und Heizungsbereich wird der Bauherr schon länger erfolgreich mit dem Komfort- oder Wohlfühlgedanken beraten. Die Elektroinstallation verändert sich. Es ist Zeit, dem Kunden auch hier zunächst die Vorteile einer zukunftssicheren Installation aufzuzeigen und ihn dann entscheiden zu lassen, ob ihm eine erst mal höhere Investition, mit der garantierten Aussicht auf langfristige Betriebskostenersparnisse wert ist.

Im Zweckbau, also in Schulen, Veranstaltungszentren, Hotels, Praxen, Kanzleien und Produktionsstätten, wird heute in den meisten Fällen eine Businstallation vorgesehen. Hier bietet die Bustechnik oft schon bei der Erstinvestition Kostenvorteile gegenüber einer konventionellen Lösung (da z.B. Stromkabel und damit Kupfer eingespart werden kann, da z.B. KNX Taster lediglich über Datenleitungen angebunden sind).

Nimmt man die Kostenersparnis durch vereinfachte Änderungen und Erweiterungen und die Energieeinsparung hinzu, hat die Bustechnik unbestritten die Nase vorn (Bild 3).