Anlagensteuerung durch Anwesenheit

Die steigenden Energiepreise sind ein wesentlicher Grund, dass sich bei Bauherrn der Wunsch nach energieeffizienter Gebäudetechnik verstärkt. Verständlich, schließlich werden rund 40% des gesamten deutschen Energiebedarfs im Gebäudesektor verbraucht. In reinen Bürogebäuden macht beispielsweise die Beleuchtung oft bis zu 50% der gesamten Stromkosten aus. Bis zu drei Viertel dieser Kosten könnten öffentliche Einrichtungen und Unternehmen einsparen, wenn sie ineffiziente Anlagen gegen energieeffizientere Systeme austauschen. "Die Perspektiven, die sich etwa durch die bedarfsgerechte Steuerung der Verbraucher mithilfe von Präsenz- und Bewegungsmeldern ergeben, sind aber allgemein noch zu wenig bekannt", erklärt Dr. Sven Bär, der als Geschäftsführer der Esylux GmbH die Forschung und Entwicklung sowie das Produktmanagement des Unternehmens verantwortet. Dabei ist die Idee, die hinter einer bedarfsgerechten Nutzung der Gebäudetechnik steckt, denkbar einfach: "Energetisch gesehen, bedeutet Effizienz doch in erster Linie, Energie nur dann zu nutzen, wenn sie wirklich gebraucht wird. Leere Räume, in denen das Licht brennt und die Heizung auf Hochtouren läuft, verbrauchen unnötig Energie, die besser eingespart werden sollte. Mit Gebäudetechnikkomponenten wie Präsenz- und Bewegungsmeldern ist dies problemlos möglich."

Mehr Effizienz erreichen
Präsenz- und Bewegungsmelder unterstützen die Nutzer, Energie zu sparen, indem sie bedarfsgerecht eingesetzt wird. Die Melder schalten dazu sämtliche Verbraucher grundsätzlich in Abhängigkeit von der An- und Abwesenheit sowie dem zur Verfügung stehenden Tageslicht. Je nach technischer Ausstattung können sie z. B. mehrere Leuchtenreihen sowie Anlagen für Heizung, Lüftung oder Klima steuern. Besonderer Pluspunkt dabei: "Der Nutzer muss sein Verhalten nicht anpassen - die Technik unterstützt ihn optimal und komfortabel, ganz ohne Einstellungsveränderung, die sich schlimmstenfalls ohnehin nur mit dem erhobenen Zeigefinger durchsetzen ließe", macht Dr. Bär deutlich. Je nach Situation können zwischen zehn und 70 % des Energieverbrauchs eingespart werden. Amortisationszeiten von ein bis drei Jahren sind die Regel. Um dies zu erreichen sind jedoch eine sorgfältige Planung sowie der korrekte und bedarfsgerechte Einsatz der Melder notwendig.

Physikalisch gesehen gibt es zwischen Präsenz- und Bewegungsmeldern keinen Unterschied. Beide arbeiten in der Regel mit Passiv-Infrarot-Sensoren. Allerdings gibt es zwei Kernmerkmale, anhand derer sich die Melderarten voneinander unterscheiden: die Empfindlichkeit und die Lichtmessung. Während Präsenzmelder bereits kleinste Regungen erfassen und die angeschlossenen Verbraucher entsprechend schalten, reagieren Bewegungsmelder nur auf größere Bewegungen von Wärmequellen. Die Lichtmessung ist zudem bei diesen Meldern nach dem Einschalten nicht mehr aktiv. Das Kunstlicht bleibt also so lange eingeschaltet, wie eine Bewegung erkannt wird. Bewegungsmelder sind somit prädestiniert für den Einsatz in Räumen ohne bzw. mit geringem Tageslichtanteil und kurzzeitiger Nutzung, etwa in Fluren, Treppenhäusern oder Lagerräumen sowie im Außenbereich, z.B. an Hausfronten. Im Gegensatz dazu sorgen Präsenzmelder dafür, dass, abhängig von der Intensität des zur Verfügung stehenden Tageslichtes, jeweils die Menge an Kunstlicht zugeführt wird, die für ein konstantes Lichtniveau erforderlich ist. Präsenzmelder sollten somit vorzugsweise dort eingeplant werden, wo Bewegungen gering ausfallen, etwa bei sitzenden Tätigkeiten in Schulen oder Büroräumen, und überall dort, wo Kunstlicht in Abhängigkeit von der Tageslichtintensität zugesteuert werden soll. Zum Energiekonzept eines Planers können sowohl Präsenz- als auch Bewegungsmelder einen erheblichen Beitrag leisten. Bei einer Gebäudeeffizienz, die auf der DIN EN 15232 "Energieeffizienz von Gebäuden Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement" beruht, lässt sich die Energieklasse A beispielsweise nur über die Einbindung von Präsenzmeldern in Verbindung mit einer konstanten Lichtregelung realisieren.

Steuerung der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik
Was viele nicht wissen: Neben der Beleuchtung ermöglichen Präsenzmelder auch die bedarfsgerechte und automatische Steuerung der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK) – mit entsprechend positiver Wirkung auf die Gesamtenergieeffizienz des Gebäudes. Im Gegensatz zum Lichtrelais wird der separate HLK-Kanal dabei lediglich von der Bewegung geschaltet, die Helligkeit spielt keine Rolle. Das bedeutet: Nur wenn sich jemand im Raum aufhält, ist der Verbraucher in Betrieb. So lässt sich beispielsweise die Belüftung eines Toilettenraums steuern – oder die Heizung bzw. die Klimaanlage, die vom Energiesparbetrieb bei nicht genutztem Raum auf Komfortbetrieb bei genutztem Raum und wieder auf Energiesparbetrieb nach Nutzungsende des Raumes umgeschaltet wird. Wann der Verbraucher aus- bzw. umgeschaltet wird, lässt sich mittels der am Melder einstellbaren Nachlaufzeit bestimmen. "Durch den Einsatz von Präsenzmeldern wird also nicht nur Energie bei der Beleuchtung gespart, sondern auch bei der Heizung im Winter und der Kühlung im Sommer. Wenn nicht genutzte Räume im Winter automatisch statt auf 22°C auf nur 20°C geheizt bzw. im Sommer anstatt auf 23°C auf nur 25°C gekühlt werden, lässt sich der Energieverbrauch bereits um rund 14% reduzieren", erklärt der Esylux-Experte. Die Stärke des Effekts ist dabei von den jeweiligen Gebäudebedingungen abhängig. In neuen, energetisch optimierten Gebäuden sind kurzfristige Temperaturänderungen energetisch unwirtschaftlich. Schnelle Anpassungen in Abhängigkeit von der Raumnutzung werden hier von der technischen Anlagenkonfiguration erst gar nicht zugelassen. Dass eine effiziente Gebäudeautomatisierung den Energieverbrauch in energetisch noch nicht optimierten Häusern jedoch drastisch mindern kann, zeigt nicht zuletzt eine aktuelle Studie des Zentralverbands für Elektro- und Elektronikindustrie (ZVEI). Dabei wurde die Steuerung von Heizung, Lüftung, Beleuchtung und anderen Verbrauchern in mehreren Räumen mit ähnlicher Nutzung, aber unterschiedlichem Automationsgrad ausgeführt. Mit einem eindeutigen Ergebnis: Über den Zeitraum von zwei Heizperioden wurden bei einem mittleren Automationsgrad (Verbraucher teilweise automatisiert) 21%, bei hohem Automationsgrad (Verbraucher vollständig automatisiert) sogar 49% an Energie eingespart.

Meldereinsatz intelligent planen
Diese enormen Energiesparpotenziale lassen sich mithilfe intelligenter Gebäudetechnikkomponenten wie den Präsenz- und Bewegungsmeldern relativ einfach erschließen. Mit Unterstützung von Planungsinstrumenten wie den Softwareprogrammen spezialisierter Hersteller können auch komplexe Aufgaben meist individuell und flexibel gelöst werden. "Im ersten Schritt gilt es dabei, die Größe des Erfassungsbereichs festzulegen, die der Melder im jeweiligen Raum abdecken muss. Außerdem ist vorab zu prüfen, ob im vorgesehenen Anwendungsbereich eher quer durch aktive Zonen erfolgt. Dies hängt vor allem von den jeweiligen räumlichen Gegebenheiten ab. Schließlich besteht bei frontaler Annäherung eine deutlich reduzierte Erfassungsdistanz. Und auch die Montagehöhe hat immer Einfluss auf die Erfassungsdistanzen", beschreibt Bär wichtige Vorüberlegungen im Plaungsprozess. Um alle Bereiche eines Raumes mit nur einem Gerät erfassen zu können, ist in vielen Fällen ein Deckenmelder mit 360 Erfassungsbereich erforderlich.Allerdings werden bei der Wandmontage – beispielsweise im Flur oder langen Gängen – oft mehr Melder benötigt, als bei einer Montage an der Decke. Reicht der Erfassungsbereich eines Präsenzmelders nicht aus, kann dieser im Rahmen einer Master-Slave-Schaltung durch weitere Geräte erweitert werden. Die sogenannten "Slave-Geräte" liefern dem Hauptmelder, dem "Master" einen Impuls, wenn eine Bewegung im Raum erkannt wird. Alle Einstellungen für die Nachlaufzeit oder die Lichtmessung werden dabei ausschließlich über das Master-Gerät vorgenommen. Bei Bewegungsmeldern kann die Ausweitung des Erfassungsbereiches über Parallelschaltungen, also Master-Master-Schaltungen vorgenommen werden. Parallelschaltungen sind bei Präsenzmeldern im Unterschied zu Bewegungsmeldern grundsätzlich nicht möglich.

Amortisationsdauer
Richtig zum Einsatz gebracht verspricht eine bedarfsgerechte Steuerung der Beleuchtung sowie der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage insbesondere in öffentlichen Gebäuden und Bürokomplexen, in denen Räumlichkeiten nur zu bestimmten Zeiten genutzt werden, eine hohe Energie- und Kostenersparnis. "Bei Neuanlagen lohnt sich der Einsatz von Präsenz- und Bewegungsmeldern in den meisten Fällen allein durch die eingesparten Energiekosten schon nach wenigen Jahren. Selbst im Sanierungsfall kann unter günstigen Bedingungen mit einer Amortisationsdauer von nur knapp drei Jahren gerechnet werden", erklärt Dr. Sven Bär. Neben der erhöhten Energieeffizienz und dem Plus an Komfort für die Nutzer bieten die Melder aber noch zahlreiche weitere Vorteile, die in der Gebäudeplanung eine wichtige Rolle spielen können. In öffentlichen Gebäuden wie Schulen, Krankenhäusern und Altenheimen kann die berührungslose Steuerung der Beleuchtung sowie der HLK-Anlagen beispielsweise die Hygienestandards deutlich verbessern. Bewegungsmelder im Außenbereich, die Außenleuchten automatisch einschalten, bieten zudem einen zusätzlichen Schutz vor Einbrechern und unerwünschten Gästen. Und auch zur bestmöglichen Barrierefreiheit von Gebäuden können Melder einen wichtigen Beitrag leisten, wenn Personen an Gehhilfen laufen oder mit einem Rollstuhl unterwegs sind.