IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 13/2002, Seite 48 ff.



Vieles ist machbar

Ein Querschnitt durch die Gebäudeautomation

Dipl.-Ing. Walter Tillner* · Dipl.-Ing. Dirk Wundling*

Die Gebäudeautomation öffnet Türen, hinter denen sich Technik, Emotionen und Komfort verbirgt. Denn durch die Vernetzung von allerlei elektrischen Komponenten lässt sich der Komfort im Haus steigern und Energieeinsparung realisieren (um nur zwei Beispiele zu nennen). Kein Wunder also, wenn die Automation des Gebäudes auf immer mehr Befürworter stößt — als installierendes Handwerk, als Nutzer.

Einleitung

Die in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegenen Anforderungen an Flexibilität, Sicherheit und Komfort, verbunden mit der Forderung nach Reduzierung des Energiebedarfs sind ohne Bussysteme in der Gebäudeautomation nicht mehr vorstellbar. Die "Bussysteme" können vor allem aufgrund ihrer in die einzelnen Teilnehmer integrierten Intelligenz immer mehr Aufgaben auch ohne Eingriff einer übergeordneten Zentrale selbst lösen. Die Vorteile der Bustechnologie sind also:

EIB

Das System EIB (Europäischer Installations Bus) hat seinen Ursprung in Europa, vornehmlich in Deutschland im Bereich der Elektrotechnik. Die Vermarktung und Weiterentwicklung der Technologie erfolgt durch die Herstellerorganisation EIBA (European Installation Bus Association) in Brüssel. Als Übertragungsmedien sind verdrillte Zweidrahtleitungen (Twisted Pair), Powerline und Funk einsetzbar. Durch die Zertifizierung der EIBA ist der Informationsaustausch zwischen Sensoren und Aktoren verschiedener Hersteller gewährleistet. Die Projektierung und Inbetriebnahme wird mit dem Standard-Sotwaretool der ETS (EIB Tool Software) vorgenommen.

LON

Das System LON (Local Operating Network) — korrekte Bezeichnung der Technologie ist LON WORKS (Local Operation Network Technology) — ist von der Fa. Echelon zunächst in Amerika für den Bereich der Automatisierungstechnik auf den Markt gebracht worden. Die LONMARK Interoperability Association mit Sitz in den USA vermarktet und pflegt weltweit den LONMARK-Standard. Im deutschsprachigen Raum agiert die LON (LON-Nutzerorganisation). Die Übertragungsmedien sind verdrillte Zweidrahtleitungen (Twisted pair), Powerline, Funk, Koaxialkabel, Lichtwellenleiter und Infrarot. Die von der LONMARK Interoperability Association festgelegten Richtlinien sollen eine herstellerübergreifende Kommunikation der Produkte garantieren. Programmier- und Inbetriebnahme-Tools sind von mehreren Anbietern verfügbar (keine Standard-Software).

Sensoren und Aktoren

Unter dem Begriff "Bussystem" versteht man eine vernetzte Anordnung von Sensoren und Aktoren, die jeder für sich spezielle Aufgaben zu erfüllen haben. Unter Sensoren versteht man allgemein alle Arten von Fühlern, die Messwerte erfassen, z.B. die Lufttemperatur, Luftfeuchte, Stellung eines Ventils, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit. Die Aktoren dagegen sind Stellglieder, die durch ihre Funktion Einfluss auf die zu regelnde Größe nehmen. Beispielsweise fällt ein Kühlventil oder ein Thermostatventil genauso darunter wie ein Lichtschalter oder Jalousiemotor. Untereinander kommunizieren Sensoren und Aktoren über eine zweiadrige Busleitung. Damit sie auch alle die gleiche Sprache sprechen, sind Busankoppler zwischengeschaltet. Jeder Teilnehmer bekommt eine feste Adresse; damit ist die digitale Kommunikation gewährleistet.

Bild 1: Einsatzmöglichkeiten der "Bussysteme" in verschiedenen Gewerken.

Durch Installation von intelligenten Bussystemen in der Haustechnik besteht die Möglichkeit, alle elektrischen Komponenten (Heizungsregelung, Wasseraufbereitungsanlage, Spülmaschine, Licht usw.) zentral bzw. dezentral zu steuern und auf individuelle Bedürfnisse zu programmieren. Voraussetzung ist jedoch die "Busfähigkeit" eines jeden elektrischen Gerätes. Viele Produkte in der Gebäudetechnik sind mittlerweile busfähig und entsprechen zumeist den Bussystemen EIB oder LON. Komponenten, die EIB- oder LON-fähig sind, besitzen oft integrierte Busankoppler. Mit diesen Bussystemen können unterschiedlichste Funktionen realisiert werden (Bild 1), z.B.:

Einzelraumtemperaturregelung

Beispiel Einzelraumtemperaturregelung: Für Radiator-, Fußbodenheizungen und Kühldeckensysteme gibt es intelligente Komponenten, die sich sinnvoll und einfach in bestehende Konzepte der Gebäudetechnik integrieren lassen. Dabei handelt es sich um Stellantriebe für Ventile, die direkt an EIB- oder LON-Bussysteme angeschlossen werden können (Bild 2). Diese Stellantriebe arbeiten motorisch und werden aus dem zweiadrigen Bussystem mit den notwendigen Stellbefehlen und dem Antriebsstrom für den Stellvorgang versorgt. Daher muss kein zusätzliches Stromversorgungskabel verlegt werden. Die Kombination von busfähigen Raumtemperaturreglern und Stellantrieben ermöglicht eine optimale Regelqualität und Energieeinsparung. Durch die Nutzung dieser Komponenten sind die Vorteile von Bus-Techniken zur effizienten Temperaturregelung gewährleistet.

Bild 2: Elektromotorische Stellantriebe System EIB/LON mit integriertem Busankoppler.

Die Stellantriebe der Systeme EIB oder LON für Thermostatventile, Ventilheizkörper, Fußbodenheizungsverteiler und Kühldeckenventile besitzen Binäreingänge, auf denen z.B. ein Fensterkontakt aufgeschaltet werden kann. Dieser gibt bei geöffnetem Fenster ein Signal an den Antrieb. Das Ventil schließt oder sendet über die Busleitung ein Telegramm an den Temperaturregler, um die Frostschutzfunktion zu realisieren. Auf diese Art und Weise wird ein entsprechender Energieeinspareffekt erzielt, der mit herkömmlicher Heizkörperregelung verloren wäre.

Bild 3: Systemdarstellung für Einzelraumtemperaturregelung einschließlich Zusatzfunktionen mit Bustechnologie.

Mögliche Programmierungen wie zeitgesteuerte Temperaturabsenkung, Sicherheitsschaltung und natürlich exakte Raumtemperaturregelung sind hier nur einige Vorteile. Außerdem hat man über das Bussystem jederzeit die Möglichkeit, den Status eines Antriebes abzufragen (z.B. für Diagnosezwecke). So kann beispielsweise durch die Abfrage der Fensterkontakte festgestellt werden, welche Fenster im Gebäude noch geöffnet sind. Ebenso ist eine Überprüfung der eingeschalteten Lichtquellen möglich. Energieeinsparungsmöglichkeiten und Sicherheit sind damit direkt miteinander verbunden (Bild 3).

Durch die weite Vernetzung unterschiedlichster Regel- und Steueraggregate sind auch Informationen von anderen Gewerken nutzbar. Dies bedeutet eine Kosteneinsparung bei der Installation. Ferndiagnosen sind durch Abfrageroutinen ebenfalls möglich z.B. iETS (EIB Tool Software via Internet). Im Smarthouse-Projekt des ZVSHK, das erstmals auf der ISH 2001 gezeigt wurde, sind diese Möglichkeiten schon "live" vorgestellt worden. Hierbei hat der Handwerker die Möglichkeit, direkt Funktionen von Bauteilen abzufragen und bei auftretenden Störungen entsprechend zu reagieren.

Bild 4: Energiesparset — Temperaturabsenkung durch konventionelle Zeitschaltuhr.

Eine sehr kostengünstige und interessante Möglichkeit der zeitgesteuerten Einzeltemperaturregelung ist die Verwendung von Thermostaten mit integrierter Absenkfunktion (Bild 4). Normalerweise regelt der Thermostat die eingestellte Temperatur wie ein herkömmlicher Thermostat ohne Fremdenergie. Wird jedoch eine Spannung von 24 V an den Thermostaten gelegt, fährt er in Temperaturabsenkung. Die 24 V-Versorgungsspannung kann mittels handelsüblichem Netzteil und Zeitschaltuhr gesteuert werden. Die Schaltung über konventionelle Steckdosen, die mittels Schaltaktoren in EIB oder LON Bussystemen eingebunden sind, ist ebenfalls möglich. Auch handelsübliche Home-Manager können in Verbindung mit Funk-Unterputz Schaltaktoren für Steckdosen oder Funkzwischenstecker die zeitgesteuerte Temperaturabsenkung dieser Thermostate übernehmen (Bilder 5 und 6). Die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten lassen es zu, den Thermostaten mit Absenkfunktion als eine kostengünstige Lösung in Bussysteme (mit Verkabelung oder per Funk) zu integrieren.

Bild 5: Systemdarstellung einer Temperaturabsenkung durch Bus-UP-Schaltaktor (Twisted Pair).
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Bild 6: Systemdarstellung einer Temperaturabsenkung durch Funksystem.

Fazit

Die zunehmende Entwicklung intelligenter Produkte für die Gebäudetechnik ermöglicht es, ohne großen Mehraufwand Energieeinsparung und Komfort zu schaffen. Obwohl bei der Realisierung ein höheres Investitionsvolumen notwendig ist, wird dieses über das Energieeinsparpotenzial innerhalb einiger Jahre wieder ausgeglichen. Aufgrund steigender Energiekosten sinkt dieser Amortisationszeitraum ständig. Die Flexibilität in der Gebäudetechnik aufgrund der dezentral in den einzelnen Geräten vorhandenen Funktionalität ermöglicht auch im Nachhinein die Programmierung auf geänderte Bedürfnisse. Dies ist bei herkömmlichen Systemen nur mit großem Aufwand realisierbar. Bei der Planung von neuen Gebäuden sollte deshalb auf jeden Fall die Vorbereitung für intelligente Systeme mit berücksichtigt werden, damit ein nachträglicher Einbau möglich ist.


* B i l d e r :   F. W. Oventrop GmbH & Co. KG, Olsberg


* Dipl.-Ing. Walter Tillner und Dipl.-Ing. Dirk Wundling, verantwortlich für Bussysteme (Technik und Marketing) bei F.W. Oventrop GmbH, Olsberg