Chancen für Handwerksbetriebe der Elektro- und Energiebranche - Die Gebäudeautomation hat mit der neuen EnEV 2014 einen neuen Stellenwert in der Energiewende erhalten

„Es ist höchste Zeit, dass sich Gebäudeeigner, Facility Manager und die Elektrobranche mit den Möglichkeiten der Gebäudeautomation auseinandersetzen“, sagt Graham Martin, Chairman der EnOcean Alliance. Diese ist ein Zusammenschluss aus rund 350 weltweit führenden Unternehmen aus der Gebäudebranche. Sie verfolgt das Ziel, innovative Automatisierungslösungen für nachhaltige Gebäudeobjekte zu etablieren. Wer sich nicht frühzeitig mit dem Zusammenhang zwischen Automation und EnEV befasse, vergäbe wertvolle Möglichkeiten und mindere womöglich den Wert seines Gebäudes, meint Martin.

Fachbetriebe, die sich mit Elektrotechnik und Energieeinsparung beschäftigen, könnten sich zudem als Experten positionieren und profitieren, sagt auch Prof. Dr. Michael Krödel, von der Hochschule Rosenheim, in einem Whitepaper von Januar des Jahres. Anforderungen seien, sich intensiv mit den Begrifflichkeiten und Berechnungsmethoden sowie den verschiedenen Technologien der Gebäudeautomation zu befassen, da die Richtlinie keine detaillierten Methoden vorgibt. Denn die EnEV besagt lediglich, dass automatisiert werden muss, nicht aber wie. Damit Gebäudeautomation technisch sinnvoll und insbesondere nutzergerecht umgesetzt werden kann, ist es notwendig, Beratungskompetenz aufzubauen. Relevante Fragen in diesem Zusammenhang sind beispielsweise, welche Automationsvariante sich für welches Gebäude eignet und wie Kosten und Nutzen im richtigen Verhältnis bleiben.

Zunächst aber ein Blick auf die Anforderungen an die Gebäudeautomation aufgrund der EnEV 2014, die Begrifflichkeiten und gesetzlichen Rahmenbedingungen.

Die zweite Stufe der EnEV

Die EnEV legt die Mindestanforderungen an Gebäude in Bezug auf den energieeffizienten Betrieb fest. Das sind zunächst die Obergrenzen für den Jahresprimärenergiebedarf für ein Gebäude sowie für die Wärmeverluste durch Bauteile. Dabei ist der Jahresprimärenergiebedarf der berechnete Bedarf an Endenergie plus die zusätzliche Energiemenge für Wärmeverluste sowie Hilfsenergie, also beispielsweise die Energie, die für die Erzeugung und Bereitstellung von Strom oder für den Transport von Öl oder Gas notwendig ist. Wärmeverluste bei Bauteilen oder der gesamten Gebäudehülle entstehen aufgrund von Dämmzuständen, Wärmebrücken und Lüftungsverlusten. Dabei unterscheidet die EnEV in Wohngebäude und Nichtwohngebäude wie Büros, Lager, Hörsäle, Schulen und Krankenhäuser.

Im Neubau ist der Primärenergiebedarf im Vergleich zum Referenzgebäude ausschlaggebend. Das Referenzgebäude besitzt dieselbe Geometrie, Ausrichtung und Nutzung wie das tatsächlich zu errichtende Haus. Der Primärenergiebedarf des Neubaus darf den Wert des Referenzgebäudes nicht überschreiten. Jedoch können einige Gewerke einen schlechteren Wert als beim Referenzgebäude aufweisen, sofern dieser Wert durch andere Gewerke kompensiert wird. Über die Berechnungsgrundlage gibt die DIN V 18599 Aufschluss, welche auch den Automatisierungsgrad berücksichtigt. Zur Gebäudeautomation schreibt die EnEV 2014 vor, dass für Wohngebäude sowohl das Referenzgebäude als auch das tatsächliche Gebäude mit der Automationsklasse C zu berechnen sind – unabhängig vom tatsächlichen Automationsgrad. An dieser Stelle verpuffen also die positiven Auswirkungen einer höherwertigen Automation bei der Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs.

Für Sanierungen gilt: Es muss nur dasjenige Gewerk EnEV-konform ausgeführt werden, welches renoviert wird. Wer also beispielsweise die Heizung austauscht, muss nur die diesbezüglichen Anforderungen einhalten, nicht aber die Automation von Fenster oder Beleuchtung.

Bestandsgebäude sind jedoch auch über die Pflicht zum Energieausweis betroffen, wenn der Besitzer diese verkaufen möchte. Dabei gibt es zwar keine Obergrenze für den berechneten Energiebedarf, aber der ermittelte Wert im Energieausweis – und damit der Automatisierungsrad – haben einen Einfluss auf den Wert der Immobilie. 

Richtig planen und Voraussetzungen klären

Gebäudeautomation dient dem Ziel, Energie zu sparen, und zwar ohne Komforteinbußen. Die Wahl der richtigen Automationsvarianten setzt eine eingehende Gebäudeanalyse voraus. Das ist besonders bei Bestandsimmobilien relevant, da hier die Gegebenheiten vor Ort maßgeblich die Möglichkeiten und den Nutzen einer Automation vorgeben. Außer der bestehenden Richtlinien und Normen müssen zusätzlich die Wünsche des Nutzers berücksichtigt werden. Damit kann der beauftragte Fachbetrieb ein erstes Bild skizzieren, welche Art von Sensoren und Aktoren wo im Gebäude platziert werden und wie sie miteinander zu vernetzen sind.

Heizung, Kühlung, Lüftung, Beleuchtung, Verschattung und Gebäudemanagement sind die Gewerke einer Gebäudeautomation. Der Fachbetrieb sollte bei der Planung klären, wo die größten Einsparpotenziale für das jeweilige Gebäude liegen. Damit außerdem Kosten und Nutzen in einem richtigen Verhältnis zueinander stehen, ist zu klären, wie hoch der Aufwand für die ermittelten Automationsmaßnahmen ist. Tabelle 1 zeigt die relevanten Gewerke, die dazugehörigen Sensoren beziehungsweise Aktoren und ihre Relevanz für Wohngebäude und Nichtwohngebäude.

Die richtige Systemarchitektur wählen

So unterschiedlich wie die Gebäude selbst, sind auch die Varianten der Systemarchitektur.  Voraussetzung für eine energieeffiziente Raumautomation ist, dass die benötigten Komponenten störungsfrei miteinander kommunizieren. Die Gegebenheiten vor Ort spielen dabei eine maßgebliche Rolle, aber auch die Ziele der Gebäudeautomation. Deshalb sollten diese vor der Wahl der jeweiligen Architektur klar formuliert und mit dem Immobilienbesitzer abgeklärt sein. Seine Anforderungen spielen ebenfalls eine Rolle. Somit gibt es nie das eine System, das auf alle passt. Der Markt bietet dabei unterschiedliche Lösungen, die sich grundsätzlich in kabelgebundene und funkbasierte Automation einteilen lassen.
Systeme der Gebäudeautomation sind:

• Dezentrale Automation mit Bus-Systemen – hierbei sind alle Elemente untereinander vernetzt. Dazu ist eine umfangreiche Verkabelung notwendig.
• Zentralisierung der dezentralen Automation-Sensoren und Aktoren decken unterschiedliche Funktionen ab. Über einen zentralen Server können diese und zusätzliche Funktionen gesteuert werden. Möglich ist auch, weitere Systeme wie Funk oder Lichtsteuerung über Gateways einzubinden.
• Dezentrale Automation mit Funksystem-Sensoren und Aktoren werden direkt aufeinander eingelernt. Die Komponenten können flexibel positioniert und an andere Systeme via Gateways eingebunden werden.
• Zentralisierung der dezentralen funkbasierten Automation – alle funkbasierten Komponenten sind an einen zentralen Webserver angebunden.
• Zentrale Automation – alle Element sind via Kabel an einen zentralen Controller angebunden.
• Dezentralisierung der zentralen Automation – alle Elemente sind an einen Controller angebunden und verkabelt. Die Steuerung erfolgt per Funk.

Ein zentrales System besteht aus einem zentralen intelligenten Controller, der Aktoren und Sensoren steuert. Diese Elemente besitzen keine eigene Intelligenz. Der Vorteil des zentralen Systems liegt darin, dass die Peripherieelemente oft deutlich kostengünstiger sind als bei einem dezentralen System. Dafür müssen aber viele Leitungen verlegt werden. Bei einer dezentralen Architektur verfügt jedes Element über eine eigene kommunikationsfähige Elektronik. Der Vorteil ist, dass nur eine Busleitung im Gebäude notwendig ist. Dafür sind die Peripherieelemente teurer, was an den enthaltenen Controllern liegt.

Handwerker installieren in der Praxis  jedoch kaum noch reine zentrale oder reine dezentrale Architekturen. Bei dezentralen Systemen ist jeder Aktor in der Unterputzdose nicht mehr mit einen Controller ausgestattet. In einzelnen Räumen wird in der Regel zentralisiert. Umgekehrt werden bei zentralen Systemen zunehmend mithilfe von Feldbussystemen und Funktechnik Teilbereiche dezentralisiert. Diese Kombinationen reduzieren die Kosten und optimieren den Funktionsumfang.

Heutzutage kommen eher Funkelemente zum Einsatz. Mit Funkelementen lassen sich also beide Architekturen, zentral und dezentral, umsetzen. Werden Sensoren und Aktoren direkt aufeinander eingelernt, liegt eine dezentrale Automation vor. Wenn sie über die Funkschnittstelle auf einen Server eingelernt sind, handelt es ich um eine zentrale Automation. Funksysteme sind einfach und schnell installiert. Sie verursachen zudem wenig Schmutz. Sie eignen sich daher besonders für die Nachrüstung von Altbauten, sind aber auch in modernen, neuen Gebäude mit viel Glas und Sichtbetonflächen oder flexiblen Grundrissen gern verwendet. Sie kommen also immer dort vor, wo Kabel zur Datenübertragung oder zur Stromversorgung stören oder wo flexible Raumautomationslösungen gefragt sind. Funksysteme sind üblicherweise günstiger als die etablierten Bussysteme.

Wichtig ist es außerdem, von Anfang an auf herstellerunabhängige Systeme zu setzen. Ein gemeinsamer, offener Standard bietet für jedes Gewerk Kombinationsmöglichkeiten und eine große Auswahl an Produkten. Und nur so kann ein Planer für seine Projekte die funktional und preislich am besten geeigneten Systeme und gewünschten Elemente auswählen. Außerdem lassen sich  offene Systeme problemlos erweitern, sollten sich individuelle Kundenwünsche oder gesetzliche Anforderungen ändern.

Positionierung von Sensoren und Aktoren

Besonders wichtig für eine sinnvolle Planung ist die richtige Positionierung von Sensoren und Aktoren. Vor allem bei Sensoren ist für die richtige Positionierung sowohl die Sensorentechnologie als auch die Funktion entscheidend. Eine präzise Planung und die Wahl des richtigen Geräts für die entsprechende Raumsituation steigern die Energieeffizienz. Einige allgemeingültige Aussagen lassen sich dabei treffen.

Präsenzsensoren müssen insbesondere im Büro oder WC oberhalb des Aufenthaltsbereichs positioniert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Schreibtische in Büros öfter umgestellt werden. Temperatursensoren und Luftqualitätssensoren gehören nicht neben Türen, da sie dort Zugluft ausgesetzt sein können. Den besten Platz haben sie in der Nähe der Nutzer. Temperatursensoren sollten weiterhin keinem direkten Sonnenlicht ausgesetzt sein, denn die Wärmewirkung verfälscht die Messergebnisse.

Um Fenster zu überwachen, muss ein Sensor oberhalb und ein weiterer unterhalb des Fens­ters installiert werden, da Sensoren nur so zwischen gekipptem und geöffnetem Zustand unterscheiden können. Alternativ bieten sich Drehgriffsensoren an. Diese sind im Vergleich zu zwei Fensterkontakten nicht nur optisch schöner. Sie überwachen und kontrollieren auch den Zustand der Fens­ter und erkennen sofort, ob es beispielsweise zugeschlagen oder unvollständig geschlossen ist.

Technologien am Beispiel Beleuchtung und Alarm

Das Ziel einer bedarfsgerecht automatisch gesteuerten Licht- und Alarmsteuerung wird durch den Einsatz von Bewegungs- und Präsenzmeldern erreicht. Diese erfassen fehlerfrei mithilfe einer exakten sensorischen Steuerung etwaige Bewegungen. Als Technologien stehen die bewährte Passiv-Infrarot-Sensorik oder die Hochfrequenztechnik zur Verfügung. Welche Technologie wann besser geeignet ist, hängt von der individuellen Aufgabenstellung ab.

Hochempfindliche Passiv-Infrarot-Sensoren (PIR-Sensoren) nehmen die menschliche Wärmestrahlung wahr und reagieren mit einer Spannungsänderung, wenn sich eine Person im Erfassungsbereich aufhält. Für eine präzise Erfassung ist es wichtig, dass der Sensor eine hohe Auflösung, also viele aktive Erfassungszonen aufweist. Aber auch die Bewegungsrichtung spielt eine Rolle. PIR-Sensoren erfassen Bewegungen quer zu ihnen besonders gut, weniger gut Bewegungen direkt auf sie zu. Die Erfassung sollte nicht durch Gegenstände oder Hindernisse eingeschränkt werden. PIR-Sensoren eigenen sich gut für den Einsatz im Außenbereich, da sie nur die menschliche Wärmeausstrahlung erfassen, nicht jedoch herabfallende Blätter oder vorbeifahrende Fahrzeuge.

Steinel, ein führendes Unternehmen der intelligenten Lichtsteuerung im gewerblichen Bereich, erfand 1999 die Hochfrequenztechnologie, kurz HF-Technologie. Ein HF-Sensor ist ein aktives System, welches mit einer Frequenz von 5,8 GHz elektromagnetische Wellen sendet und das von Wänden und Objekten reflektierte Echo empfängt. Bleibt das Echo konstant, ist keine Bewegung vorhanden, verändert sich jedoch das Echo, wurde eine Bewegung registriert und ein Schaltsignal wird ausgelöst. Vorteilhaft ist, dass dies völlig unabhängig von Umgebungstemperatur und Gehrichtung geschieht, sodass HF-Sensoren Räume lückenlos und zuverlässig überwachen. Auch erfassen sie Bewegungen hinter Glas oder Holz, weshalb sie sich gut für den Innenbereich, beispielsweise im Bad, eignen.

Bedienung der Gebäudetechnik

Zurzeit sind auf dem Markt unterschiedliche Bedienungsmöglichkeiten verbreitet, von mechanischen Schaltern, über einfache LC-Displays bis hin zu Bildschirmen mit Multitouch. Noch, kann man sagen, denn in naher Zukunft werden wohl die Touch-Bildschirme eine besondere Rolle spielen. Denn diese sind Nutzern bereits heute gut vertraut. Außerdem erlauben sie flexible Einstellungen und Darstellungen.

Trotzdem: Taster, Schalter und Drehknöpfe sind einfach praktisch, günstig und robust. „Ob sie allerdings die bisherige 55-mm-Standardform beibehalten, ist fraglich“, sagt Rita Buse, von Elsner Elektronik. Berührungslose Bedientechniken, schätzt sie weiter, würden sicherlich in naher Zukunft so präzise, dass sie verstärkt zum Einsatz kämen.

Die häufig als Ideal angepriesene mobile Steuerung aller möglichen Lebensbereiche hat aus ihrer Sicht jedoch auch Nachteile. Sobald nämlich mehrere Nutzer auf ein System zugreifen möchten, ist ein gemeinsames Bediendisplay sinnvoller. „Ich sehe mobile Steuergeräte als eine gute Ergänzung, aber kritisch als alleiniges Bediengerät. Denn wer hat nicht schon einmal die Fernbedienung seiner Musikanlage verlegt und war dann froh, dass es noch einen Drehknopf für die Lautstärke gab“, sagt Buse.

Fernsteuerung von unterwegs hingegen ist im privaten Bereich sehr praktisch, gerade wenn man etwas vergessen hat oder sich der Tagesplan spontan ändert. Sie schafft damit Sicherheit und Freiräume für den Einzelnen. Im Gebäudemanagement erlaubt der Ferngriff zudem die Überwachung und Wartung durch externe Firmen, wodurch Terminabsprachen und das Vor-Ort-Sein des Nutzers entfällt.  

Software-Programme sind der Erfolgsschlüssel

Um den deutschen Energieausweis gemäß EnEV zu erstellen, stehen eine Vielzahl an EDV-Programmen zur Verfügung. Diese ermitteln den Jahres-Primärenergiebedarf. Entscheidend ist dabei, inwieweit der Automationsgrad über die Eingabemasken der Programme abgefragt werden. Solange die Software Automationen nicht vollständig erfassen, wird folglich der berechnete Energiebedarf höher und damit schlechter ausgewiesen, als er in Wirklichkeit ist.

Der Schaden liegt dann beim Eigentümer der Immobilie, da diese schlechter bewertet wird. Insofern ist darauf zu achten, welche Programme den Einfluss der Automationen berücksichtigen. Mit der Zeit werden immer mehr solcher EDV-Programme angeboten werden. Denn für die Software-Unternehmen ist es eine Möglichkeit, sich am Markt der Berechnungsprogramme besser zu positionieren.&nb

Fazit und Ausblick

Mit Inkrafttreten der EnEV 2014 seit Mai des Jahres kommen auf Hausbesitzer, Energieberater, Planer, Verwalter und Elektrobetriebe einige Neuerungen zu. Doch die Änderungen sind zunächst moderat und sie stehen bei Sanierungen ohnehin unter dem Vorbehalt der Wirtschaftlichkeit. Doch erstmals wird die Gebäudeautomation verbindlicher Bestandteil der energetischen Bewertung eines Gebäudes. Diese kann genutzt werden, um den Jahres-Primärenergiebedarf zu senken. Insbesondere 2016, wenn der erlaubte Jahres-Primärenergiebedarf sich nochmals um 25% im Vergleich zur ersten Stufe reduzieren muss, wird die Gebäudeautomation einen wesentlichen Beitrag liefern und zum essentiell notwendigen Bestandteil moderner Gebäude. Einsparungen an elektrischer und thermischer Energie sind dabei in Wohngebäuden  geringer als in Nichtwohngebäuden.

Kritisch anzumerken ist noch, dass eine Gebäudeautomation als Gesamtsystem ein leistungsfähiges Energiemanagement braucht.  Hier scheint zurzeit noch einiges im Argen zu liegen. Häufig liegt bei Nutzgebäuden statt eines dynamisch aktiven Managements lediglich passives Energiecontrolling vor. Dies reicht jedoch nicht aus, um das vorhandene hohe Optimierungspotenzial nutzen zu können. Dazu braucht es ein kontinuierliches und systematisches Gebäude, Anlagen- und Energiemonitoring, welches Änderungen von Energieflüssen schnell erkennt und adäquat darauf reagieren kann.

Autorin: Angela Kanders, freie Journalistin

Internetadressen einiger Anbieter von Gebäudeautomation (Auswahl):
www.abb.de
www.elsner-elektronik.de
www.enocean-alliance.org
www.gira.de
www.loytec.com
www.luxomat.com/de/
www.siemens.de/buildingtechnologies
www.somfy.de
www.steinel.de

Übersicht über die von der Automation betroffenen Gewerke als PDF hier herunterladen.