Forschungsprojekt: Digitale Wertschöpfung bei Gebäudeautomation

Digitales Gebäudemodell in der Planung.
Bild: KRAUCHANKA HENADZ@shutterstock.com

Durch die europäische Gebäuderichtlinie (EPBD) gibt die EU das Ziel vor, den Gebäudebestand bis 2050 emissionsfrei zu gestalten. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG 2024) konkretisiert diese Anforderungen für Deutschland. Nichtwohngebäude mit einer Heizungs-/Lüftungsanlage von mehr als 290 kW sind seit dem 31.12.2024 mit einem Gebäudeautomationssystem auszurüsten. Die Gebäude müssen dem Automatisierungsgrad B gemäß DIN V 18599-11 entsprechen. Darüber hinaus ist eine kontinuierliche Überwachung, Protokollierung und Analyse der Verbräuche aller Hauptenergieträger durchzuführen. Somit besteht ein gewisser Handlungsbedarf für die Eigentümer respektive Betreiber von Nichtwohngebäuden.

Sofortige Integration der Automatisierungstechnik in den Planungsprozess

Integrale Planung bedenkt die Gebäudeautomation in der Planungsphase.
Bild: Phoenix Contact

Zahlreiche Bauprojekte bieten noch deutliches Potenzial im Bereich der Energieeffizienz sowie technischen Verbesserung der Gebäude. Die Themen Energieeffizienz und Gebäudeoptimierung erweisen sich als so präsent, dass die meisten Bauherren die Notwendigkeit moderner Gebäudeautomationslösungen mittlerweile erkannt haben. Doch was sind die Herausforderungen in den Projekten? Der Zeitdruck in den Gebäudeprojekten stellt nach wie vor eine große Herausforderung dar. In zahlreichen Fällen wird die Automatisierungstechnik zu spät in den gesamten Planungsprozess integriert. Diese Verzögerung lässt viele Effizienzeffekte unberücksichtigt und verschenkt so wertvolle Optionen im Hinblick auf eine Energieeinsparung.

Die integrale Planung der Gebäudeautomation (Smart Building Design) schon in den ersten Planungsschritten zeigt sich als Erfolgsfaktor für den energieeffizienten Betrieb moderner Gebäude. Zudem fallen in Bauprojekten riesige Informationsmengen an, und die Aufrechterhaltung der Datenkonsistenz über sämtliche ­Planungsinformationen stellt sich als schwierig heraus. Die Informationen liegen oft fragmentiert in unterschiedlichen Software-Werkzeugen oder Datenbanken vor. Die Medienbrüche zwischen verschiedenen Planungsschritten und Software-Werkzeugen erschweren eine durchgängige und konsistente Planung. Auch dadurch bleiben Einsparpotenziale häufig ungenutzt.

Erarbeitung eines Datenmodells für den digitalen Zwilling des Gebäudes

Potenziale nutzen: Effizienzsteigerung durch Smart Building Design.
Bild: Phoenix Contact

Um Medienbrüche zu reduzieren, die Datenverfügbarkeit in Gebäuden zu erhöhen und folglich die Inbetriebnahme hochautomatisierter Gebäude zu beschleunigen, ist die durchgängige Digitalisierung aller Informationen im kompletten Gebäudeentstehungsprozess essenziell. Es bedarf einer strukturierten Aufbereitung sämtlicher Planungs-/Gebäudeinformationen in einem Datenmodell. Dabei kommt es nicht darauf an, dass die Daten zentral an einer Stelle verfügbar sind. Eine dezentrale Organisation der Daten erweist sich ebenfalls als möglich. Die Informationen müssen allerdings eindeutig strukturiert und maschinenlesbar abgelegt sein. Einen weiteren wichtigen Aspekt stellt die Beziehung der Daten untereinander dar, die sogenannte Ontologie. Hierbei handelt es sich um eine formale Beschreibung von Begriffen und deren Beziehungen untereinander, wie zwischen technischen Gewerken und deren Funktionen. Ein Beispiel könnte sein, welche Funktion im Gebäude welches Aggregat steuert oder auf welcher Gebäudesteuerung eine Automatisierungsfunktion läuft.

Gebäudemanagementsystem Emalytics.
Bild: Phoenix Contact

Im Forschungsprojekt „STIFT“ arbeitet Phoenix Contact in Kooperation mit der RWTH in Aachen und der Physec GmbH an einer solchen Ontologie-Beschreibung respektive an einem Datenmodell für den digitalen Zwilling für Gebäude. Auf dieser Basis lassen sich die Gebäudeinformationen in der Gebäudeautomation für vielfältige Anwendungsfälle einfacher verwenden. So können Massenbearbeitungen, wie das Anlegen und Benennen von Datenpunkten, größtenteils automatisiert oder Programme automatisch erstellt werden. Das verbessert den gesamten Engineering-Prozess in Gebäudeprojekten und sorgt für einen einheitlichen digitalen Workflow. Auf diese Weise wird viel Zeit und Geld bei der ­Systemintegration eingespart sowie die Qualität der Gebäudeautomation durch ein hohes Maß an Standardisierung optimiert.

Standardisierung als wesentliche Grundlage

Grundvoraussetzung für ein derartiges Datenmodell sind identische Regelwerke für die Planung und Umsetzung sowie standardisierte Schnittstellen und Datenformate. Vieles ist schon auf den Weg gebracht. So zeigen sich digitale Architekturmodelle nach der BIM-Methode (Building Information Modelling) bereits in zahlreichen Bauprojekten. Anwendungsfälle, die sich hauptsächlich mit den dreidimensionalen Abmessungen innerhalb des Gebäudes befassen, führen zur Effizienzsteigerung im Planungsprozess. Dazu gehören bspw. die Kollisionsplanung sowie die Schlitz- und Durchbruchsplanung. Im Bereich Open BIM hat sich der Standard IFC (Industry Foundation Classes) weitgehend durchgesetzt. Bei den technischen Anlagen (TGA) liefern der AMEV mit BACtwin sowie der VDI mit den Blättern der Richtlinienreihe VDI 3805 (elektronischer Produktdatenaustausch) wesentliche Grundlagen für den digitalen Zwilling von Gebäuden. Die Richtlinienreihen VDI 3814 (Gebäudeautomation) und VDI 2552 (BIM) sind bereits als weitere Standardisierungen im Bereich BIM und Gebäudeautomation in die Wege geleitet.

Zentrale Bereitstellung aller Informationen der ­Gebäudeautomation

Marcel Hassenewert.
Bild: Phoenix Contact

Das Gebäudemanagementsystem „Emalytics“ von Phoenix Contact unterstützt den Einsatz und die Weiterverarbeitung eines digitalen Gebäudemodells. Durch die Datennormalisierung stehen sämtliche Informationen der Gebäudeautomation zentral in der Plattform zur Verfügung. Als Datenobjekte lassen sie sich beliebig mit anderen Meta-Daten anreichern. Dadurch können die essenziellen Elemente des Datenmodells in die Gebäudeautomation übernommen werden. Die Programmerstellung und das automatisierte Anlegen von Datenpunkten inklusive ihres Benutzeradressierungsschlüssels (BAS) erleichtern das Bearbeiten von Massendaten und beschleunigen den Engineering-Prozess. Aufgrund der strukturierten Ablage der Daten wird der Datenzugriff vereinfacht. Über gezielte Abfragen können Daten und Informationen schnell und effizient abgerufen werden, was für mehr Übersicht und Datenverfügbarkeit im Gebäudebetrieb sorgt.