Gebäude sind – noch vor Industrie und Verkehr – die größten Energiekonsumenten. Allein in Europa nehmen sie fast 40 % der Primärenergie auf. Davon entfallen etwa 85 % auf Raumwärme und Warmwasser sowie 15 % auf elektrischen Strom. Entsprechend hoch ist das Einsparpotenzial, wenn sich Energie in Gebäuden effizienter nutzen lässt.

Gebäudeautomation als Schlüssel zur Energieeffizienz

Die EN 15232 ist die wichtigste Norm für Gebäudeautomation, sie definiert vier Effizienzklassen.

© Siemens AG

Ein entscheidender Hebel für dauerhaft niedrigen Energiebedarf ist die gewerkeübergreifende Gebäudeautomation, die mit intelligenten Funktionen die Energieeffizienz eines Gebäudes steigert und gleichzeitig den Komfort erhöht. Eine Gebäudeautomation unterstützt Gebäudebetreiber außerdem dabei, die Energieflüsse und -kosten zu kontrollieren.

Laut einer Studie der Hochschule Biberach kann eine bedarfsgeführte Gebäudeautomation etwa bei der Heizung bis zu 20 % Einsparung erzielen. Mit weiteren automatisierten Funktionen wie Frostschutzschaltung bei Fensterlüftung oder Thermoautomatik lassen sich zusätzlich bis zu 10 % einsparen. Bei der Raumkühlung liegen die Potenziale zwischen fünf und 10 %, bei der Beleuchtung sogar bei maximal 40 %.

Die EN 15232

Die wichtigste Norm, um die Funktionen einer Gebäudeautomation und des technischen Gebäudemanagements zu bewerten, ist die EN 15232 »Energieeffizienz von Gebäudetypen – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement«. Sie klassifiziert Gebäude hinsichtlich der Regelung der technischen HLK-Ausstattung, der Beleuchtung und Beschattung sowie des Zusammenspiels dieser Gewerke untereinander. Dabei definiert sie die vier Effizienzklassen von »A = hohe Energieeffizienz« bis »D = nicht energieeffizient«. Diese Standardisierung macht deutlich, welches Einsparpotenzial beim Betrieb von gebäudetechnischen Anlagen möglich ist, aber auch, was dafür technisch vorausgesetzt werden muss.

Soll die Effizienzklasse A erreicht werden, müssen eine Vielzahl von Bedingungen erfüllt sein wie eine vernetzte Raumautomation oder eine automatische Bedarfserfassung. Zentrales Element für die Anforderungen der Klasse A ist eine gewerkeübergreifende Kommunikation und Regelung. Ein Beispiel verdeutlicht dies: Bei einer konventionellen manuellen Jalousiesteuerung ist der Einsparerfolg allein vom Nutzerverhalten abhängig. Die Steuerung ist nicht mit anderen Funktionen vernetzt, was der niedrigsten Effizienzklasse D entspricht.

Ganz anders bei einer Lösung, die allen Anforderungen der Klasse A genügt: Hier ist die Jalousiesteuerung eingebunden in eine kombinierte, vernetzte Regelung von Beleuchtung, Sonnenschutzeinrichtungen und HLK-Anlagen. Das Gebäudeautomationssystem bewertet hierbei auch den jeweils aktuellen Bedarf. Die Daten liefern Sensoren im Innenbereich oder auch in einer Wetterstation. Bei hohen Außentemperaturen lässt sich so zum Beispiel der Lichteinfall automatisch durch die Jalousien reduzieren, um Energie für die Klimatisierung einzusparen. Sind Personen im Raum, die gedimmtes Licht für eine Präsentation benötigen, reagiert das System anders als bei einer Nichtbelegung. Das Ergebnis ist ein ebenso nutzungsgerechter wie energieoptimierter Betrieb.

Für dieses Zusammenspiel müssen Geräte der Gattung Heizung, Lüftung und Klima mit Geräten aus dem Bereich Beleuchtung und Beschattung miteinander kommunizieren können, um die benötigten Informationen direkt untereinander auszutauschen. Diese Kommunikation kann ohne Schnittstellen über Bussysteme erfolgen. Beispiele sind das aus der Elektrotechnik stammende KNX-System, ein weltweiter Standard für die Vernetzung von Haus- und Gebäudesystemtechnik oder die in der HLK-Technik verwendeten Systeme LON (Local Operating Network) und BACnet (Building Automation and Control Networks). Neben einer bedarfsgerechten und energieeffizienten Regelung bietet eine gemeinsame Kommunikation auch die Möglichkeit, alle Gewerke in einer einzigen Managementstation mit einer Bedienoberfläche für alle Gewerke zusammenzuführen. Das erleichtert die Bedienung und hilft Einsparpotenziale zu visualisieren.

Integrierte Planung für Elektro und HLK

Eine solche vernetzte Lösung setzt allerdings eine integrierte Planung von Elektro- und HLK-Technik schon ab der Ausschreibung voraus. Besonders in Deutschland besteht in der tatsächlichen Umsetzung noch Nachholbedarf. Hier werden die Raumautomationssysteme meist in der Sparte Elektrotechnik und die Primäranlagen in der Sparte der Heizungs-, Lüftungs-, Klimatechnik ausgeschrieben. Eine Kommunikation der Gewerke untereinander, die für eine bedarfsgeführte Regelung notwendig ist, wird dabei nicht immer bedacht. Wegen der separaten Ausschreibungen sind auch häufig unterschiedliche Bussysteme im Einsatz, die nur schwierig oder gar nicht miteinander kommunizieren können. Folglich wird die Energieeffizienz in Projekten nicht wahrgenommen und ein großes Potenzial zur Energieeinsparung verschenkt.

Ziel einer integrierten Planung ist es, alle Gewerke so zu planen und miteinander zu vernetzten, dass ein Gebäudeautomationssystem zu allen Elektro- und HLK-Gewerken in Verbindung steht und damit eine gewerkeübergreifende Regelung und Steuerung laut EN 15232 möglich ist. Alle ins Gebäude eingebrachte Produkte und Lösungen müssen mit Bauherren, Architekten, Planungsbüros, aber auch mit Produktlieferanten und Systemintegratoren gemeinschaftlich geplant und die Schnittstellen einheitlich definiert werden.

Die Steuerzentrale RMB795B von Siemens schlägt auf der Steuerungsebene die Brücke zwischen den Gewerken, indem sie die Kommunikation zwischen Elektro- und HLK-Technik auf KNX-Basis zulässt.

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Warum dies so wichtig ist, zeigt ein Beispiel: Präsenz- oder Multisensoren können für die Regelung der Heizung eines Raumes, aber auch für die Regelung der Beleuchtung genutzt werden. Bei Multisensoren sind neben der Präsenzmeldung weitere Funktionen wie die Helligkeitsregelung implementiert, die ebenso für eine hohe Energieeffizienzklasse erforderlich sind. Bei einer getrennten Ausschreibung von Elektro- und HLK-Technik werden im Raum zwei Sensoren installiert, die unabhängig voneinander nur die Regelung ihres eigenen Gewerkes beeinflussen. Dadurch fallen bei der Produktbestellung und bei der Inbetriebnahme höhere Kosten an. Es wird deshalb empfohlen, den Raum als ein verknüpftes Gewerk auszuschreiben und nicht in einzelne Gewerke aufzuteilen.

Neben der Verknüpfung von Elektro- und HLK-Gewerken ist bei der integrierten Planung auch das Vernetzen der Räume mit einzelnen Primäranlagen ein wichtiger Aspekt. Wie in der Norm EN 15232 vorgegeben, wird der momentane Bedarf an Wärme, Kühlung und Luft mit Sensoren im Raum festgestellt, zuerst an die jeweilige Unterverteilung und anschließend an Heizungs-, Lüftungs-, oder Kühlanlage weitergegeben. Dadurch wird nur der benötigte Bedarf erzeugt und an die Räume verteilt, was zu einer hohen Einsparung an Primärenergie führt. Mit einer solchen Verbindung können außerdem zentrale Zeitschaltprogramme für alle Gewerke installiert werden, die sich auf die Sollwerte in den Räumen und die Primäranlagen auswirken.

Technische Umsetzung

Um die höchstmögliche Energieeffizienzklasse für Gebäudeautomationsfunktionen zu erreichen, stehen je nach Größe eines Projektes verschiedene Lösungen, Systeme und Produkte zur Auswahl.

Werden die Bereiche Raum und Primäranlage separat in Betrieb genommen, müssen Schnittstellen zwischen dem Wärme- und Kältebedarf für jeden Raum und dem Zeitschaltprogramm auf der Managementebene klar definiert werden, damit eine nahtlose Datenübergabe aus dem Raum an die Primäranlage erfolgen kann. Wegen der Verbindung der Elektro- und HLK-Gewerke auf Raumebene wird nur ein einziges Bussystem benötigt, womit weniger Kosten für die Verkabelung und Inbetriebnahme anfallen. Zur Übergabe der Daten an ein Primärsystem sammelt ein Controller den Bedarf aus den Räumen und gibt ihn nach Mittelwertbildung an das Primärsystem weiter.

Siemens bietet als Komplettanbieter Lösungen für kleine, mittleren und großen gewerblich genutzte Gebäude, die alle Gewerke miteinander verbinden. Beispiele hierfür sind etwa KNX-fähige Sensoren und Aktoren aus dem »Gamma«-Sortiment. Durch verschiedene Ausführungen und Oberflächengestaltungen passen die Bauteile zu vielen Gestaltungsstilen und Designanforderungen. Infolge des weltweit verbreiteten KNX-Standards können außerdem Produkte unterschiedlicher Hersteller integriert werden.

Die Steuerzentrale »RMB795B« von Siemens schlägt auf der Steuerungsebene die Brücke zwischen den Gewerken, indem sie die Kommunikation zwischen Elektro- und HLK-Technik auf KNX-Basis zulässt. Als Schnittstelle zwischen der Temperaturregelung in den Räumen und der Primärregelung empfängt die Steuerzentrale den Wärme- und Kältebedarf aus den Räumen – abhängig von Tageszeit, Raumbelegung, Außentemperatur oder Wärmequellen wie PCs – und leitet sie an die Regler der Primäranlage weiter. Auf der Primärseite lassen sich herstellerunabhängig KNX-Heizungs-/Kälteregler sowie nicht-busfähige Regler mit einem Wärmebedarfseingang anschließen. Zeitschaltprogramme, die für gewerblich genutzte Gebäude wichtig sind, hat die Steuerzentrale als feste Applikation integriert.

Für das Management dieses Gesamtsystems sowie zur Bedienung der Anlage bietet Siemens mit ­»Synco IC« eine Cloud-basierte Lösung, bei der das Einrichten der Internetverbindung für die Anlage einfach ist. Über den gesicherten Zugang können auch die Daten von Primäranlagen und Raumautomation synchronisiert werden; dies erlaubt den mobilen Zugriff auf die Steuerung mit PCs, Smartphones oder Tablets. Eine Anlagenübersicht zeigt anstehende Alarme auf einen Blick sowie erkannte Einsparpotenziale. Fehlermeldungen werden per E-Mail an den jeweiligen Verantwortlichen versenden, so dass bei einer Störung ein schneller Zugriff gegeben ist. Mit Synco IC können so Wartung und Kontrolle aller Gewerke aus der Ferne erfolgen, dies spart Kunden Zeit und Geld ein.

Fazit

Eine Gebäudeautomation kann wesentlich zur Energieeffizienz von Neu- und Bestandsbauten beitragen. Mit welchen Funktionen und mit welcher Wirkung, beschreibt und regelt die europäische Norm EN 15232 anhand von vier Effizienzklassen. Die höchste Effizienzklasse A erfordert in diesem Zusammenhang eine gewerkeübergreifende und bedarfsgesteuerte Regelung.

Um diese zu realisieren, müssen unterschiedliche Gewerke schon ab der Ausschreibung vernetzt und Schnittstellen klar definiert werden. Siemens bietet mit seinem Sensoren- und Aktoren-Sortiment, Steuerzentralen und weiteren verbindenden Applikationen auf KNX-Basis die Voraussetzung für eine integrierte Planung von Elektro- und HLK-Gewerken und damit für eine höchstmögliche Energieeffizienzklasse in der Gebäudeautomation gemäß EN 15232.

Autor:
Patrick Schönmehl ist Promotor für Standard Controls bei der Siemens-Division Building Technologies in Frankfurt.