2,3 Mio. Messwerte täglich

Ein wichtiger Aktionsbereich im Hinblick auf die von Deutschland angestrebte Klimaneutralität ist das Betreiben von Gebäuden, das für ca. ein Drittel des nationalen Energieverbrauchs und damit für einen großen Anteil an den Emissionen von Treibhausgasen verantwortlich ist. Das zeigt die im Herbst vergangenen Jahres veröffentlichte und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte „Ariadne-Studie“, die beispielhaft modelliert, mittels welcher Technologien die notwendige Klimaneutralität in den nächsten Jahren anzustreben ist.

Ariadne-Szenarien-Report definiert Klimaschutz-Aufgaben rund um Gebäude

Bei dem Kopernikus-Projekt Ariadne handelt es sich um eine koordinierte Forschung, an der eine Gruppe renommierter wissenschaftlicher Institute teilnimmt. Im Detail repräsentiert der Ariadne-Szenarien-Report einen Modellvergleich, der insgesamt 10 Einzelmodelle durchrechnet. Auf der Basis dieses Ansatzes wollen die beteiligten Wissenschaftler robuste Erkenntnisse dazu skizzieren, mit welchen Transformationspfaden, Spielräumen und Engpässen bei der Umsetzung der Vorgaben des 2021 verabschiedeten Klimaschutzgesetzes künftig zu kalkulieren ist.

Was lässt sich auf der Basis der Forschung für die Bau- und Immobilienwirtschaft ableiten? Gemäß den Modellrechnungen der Studie ergeben sich durch die notwendige Dekarbonisierung des Gebäudesektors bereits vor dem Jahr 2030 drei Aufgaben: eine auf 1,5 – 2 % steigende jährliche Sanierungsrate bei bestehenden Gebäuden, die Installation von etwa 5 Mio. Wärmepumpen sowie der Neuanschluss von etwa 1,6 Mio. Gebäuden an ein aufzubauendes Fernwärmenetz. Darüber hinaus definieren die Forscher eine wesentliche, komplexe Herausforderung mit direkter Relevanz für den Bereich der technischen Gebäudeausstattung und der Gebäudeautomation: eine deutliche Verbesserung der Effizienz bei der Nutzung von Immobilien.

Da die gesetzlich vorgegebenen Einsparungsziele innerhalb weniger Jahre erreicht werden müssen, stellt sich die Frage, ob die geforderte Effizienz-Verbesserung auf der Basis bereits bestehender Technologien erreichbar ist. Tatsächlich bietet das Konzept des Smart Buildings eine aussichtsreiche Lösung für die Realisierung zeitgemäßer und ressourcenschonender Gewerbeimmobilien sowie für die Sanierung bestehender gewerblich genutzter Gebäude.

Was ist ein Smart Building?

Ein Smart Building stellt ein Gebäude dar, in dem vielfältige Daten gesammelt werden, bspw. zu Temperatur, Stromverbrauch, Luftqualität oder der Performance von gebäudetechnischen Anlagen. Die Datenerhebung und -sammlung erfolgt über in IT-Systeme integrierte Sensoren und Aktoren der Raum- und Systemautomations-Anlagen. Anschließend werden die in eine Cloud transferierten Daten analysiert, um Verbesserungspotenziale der Gebäudenutzung zu erkennen und auszuschöpfen.

Multisensoren bilden Basis für Analyse der Raum- und Anlagenautomation

Das international operierende Bauunternehmen Goldbeck aus Bielefeld hat in einem selbst genutzten Bürogebäude seine smarten Lösungen implementiert und lässt diese konsequent analysieren. Standort des im April 2020 bezogenen Gebäudes ist Gateway Gardens, ein als jüngster Stadtbezirk der Stadt Frankfurt am Main vermarktetes Areal mit direktem Anschluss zum Flughafen. Das Gebäude verfügt über ca. 6.100 m² Bruttogeschossfläche, die auf sechs Etagen verteilt ist. Neben einem Empfangs- und Loungebereich befinden sich Besprechungsräume sowie offene und geschlossene Arbeitsflächen in dem Gebäude.

In Gateway Gardens werden seit dem Frühjahr 2020 gezielt Daten aus der Raum- und Anlagenautomation aggregiert und in einer Cloud analysiert. Darüber hinaus werden deckengebundene Multisensoren getestet, die verschiedene Parameter messen. Basis ist dabei eine Infrastruktur des Anbieters bGrid, einem Partnerunternehmen des Gebäudeautomations-Experten Priva.

Die genannte Infrastruktur besteht aus einem in den Deckenbereichen installierten, drahtlosen Netz von Hardware-Elementen, sogenannten „Nodes“ („Knoten“). Diese mit Sensorik ausgestatteten Elemente kommunizieren drahtlos per Bluetooth Low Energy (BLE) und benötigen keine spezielle Kommunikationsverkabelung wie bspw. Ethernet.

Jeder Node liefert u.a. Temperatur-Daten mit Blick auf Strahlungs- und Luftwärme, Daten zur Raum-Beleuchtung sowie hinsichtlich der Raumnutzung Daten zur Schallintensität, zur Intensität der Bewegung von Personen, zur Belegung von Räumlichkeiten und zur CO₂-Konzentration. Durch die Integration in das Gebäudeautomationssystem können die Nodes im Weiteren zur Steuerung des Lichts, der Raum-Temperatur, zur Optimierung der Luftqualität sowie zur Regelung von Jalousien-Bewegungen genutzt werden.

24.200 Datenpunkte liefern täglich 2,3 Mio. Messwerte

Da die Node-Infrastruktur über offene API-Schnittstellen verfügt, kann grundsätzlich eine Vielzahl weiterer Funktionalitäten durch die Einbindung etwa von Beleuchtungs- und Klimasystemen, Facility Management- oder Analyse-Modulen realisiert werden. Für erweiterte Steuerungs- und Kommunikationszwecke können Anwendungen von Drittanbietern genutzt werden – z. B. auf Basis von auf Smart Devices laufenden Applikationen.

Die Analyse der Erfahrungen aus dem Pilotprojekt basiert auf 24.200 Datenpunkten im Gebäude, die rund 2,3 Mio. Messwerte täglich erzeugen. Genutzt wurde diese „Datenmasse“ u.a., um die Auswirkungen eines New Work-Konzepts in der Praxis zu bewerten. Auf die Bürofläche wurde ein Raumkonzept angewendet, das verschiedene Flächen differenzierte: etwa Büroarbeitsplätze in Form von Zellenbüros oder Open Space-Arbeitsflächen sowie Flächen zur offiziellen und inoffiziellen Kommunikation.

Digitale Infrastruktur ermöglicht effiziente Umgestaltung von Büroflächen

Mithilfe der sensorisch erfassten Nutzungsdaten hat das Smart-Building-Team von Goldbeck, das die gesammelten Daten auswertet, z. B. mit der Analyse der Auslastung von Besprechungs-Raummodulen begonnen. Es zeichnet sich ab, dass bestimmte Besprechungsräume seltener genutzt werden, während demgegenüber andere Raummodule stark frequentiert sind. Die Daten bieten so die Grundlage für eine zukünftig optimierte Raummodul-Konzeption, die eine effektvolle Umgestaltung von Flächen umfassen kann.

Die weitere Auswertung des Pilotprojekts hat ergeben, dass die Aussichten für die Nutzbarkeit anderer neuer Formen der Zusammenarbeit im realisierten Smart Building grundsätzlich vielversprechend sind. Hierfür bietet bspw. die Konnektivität zwischen Kalender- und Raumbuchungssystemen, abgestimmt mit in der Cloud aufbereiteten Nutzungs-Daten, eine verlässliche Grundlage.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen digitalen Infrastruktur ist die Möglichkeit, den Energieverbrauch in gewerblich genutzten Räumlichkeiten per autonomer Betriebssteuerung kontinuierlich zu optimieren. Hierfür hat Priva in seinem „Priva Lab for Innovation“ ein Kompetenz-Center zur Realisierung eines cloudbasierten Service aufgebaut. Es handelt sich um „ecoBuilding“, eine selbstlernende Lösung für das Gebäudemanagement, die automatisch Komfort sichert und Energieverbrauch reduziert. Auf der Basis einer herkömmlichen Automations-Lösung und -Installation entsteht ein selbstlernendes System, das Daten in Bezug auf Sonne, Wind, Temperatur sowie alle spezifischen Eigenschaften eines Gebäudes berücksichtigt. Durch eine solche intelligente Steuerung können Gebäudebetreiber nach Unternehmensangaben 10-40 % Energie sparen bei gleichzeitiger Optimierung des Komforts der Immobiliennutzer. Basis der Funktionalität der Lösung ist die Nutzung eines Digitalen Zwillings des Gebäudes. Von der Energiebeschaffung über die Energieverteilung bis zur nutzergerechten Klimatisierung der definierten Gebäude-Zonen wird alles modelliert.

Als Fazit kann festgehalten werden, dass bereits heute auf der Basis von Smart Building-Konzepten eine Vielzahl „digitaler Stellschrauben“ zur Verfügung steht, die effektvolle Emissions-Reduzierung rund um Gebäude bewirken. Es ist Zeit, an diesen Schrauben kräftig zu drehen!

Quelle:

Ariadne Report – Deutschland auf dem Weg zur Klimaneutralität 2045 – Szenarien und Pfade im Modellvergleich, Potsdam Oktober 2021 (www.bit.ly/Ariadne_Report)