Digitaler Fortschritt in der GA

Aus Sicht der GA-Planer stellt die zunehmende Digitalisierung einen ganz normalen Prozess in der Weiterentwicklung der Technischen Ausrüstung dar. Durch die Vervielfältigung der Anwendungen senken sich die Kosten. Die Nutzungs- und Betriebsbedingungen in den Immobilien verbessern sich, während sich die Bedienerfreundlichkeit der Geräte erhöht. Zudem gewährleisten moderne Systeme eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit der Technik.

Digitale Technik von heute

Beim Einsatz digitaler Technik in der Gebäudeautomation sind viele Neuerungen sichtbar: Netzwerklösungen wie gewerkeübergreifendes Ethernet, Funktechnologie, Touchpanels und App-Strukturen fassen Fuß. Diese Entwicklung treibt die Anwendung der IP-Technologie – eine Einbettung von GA-Funktionen – in die Entwicklung der Computerwelt voran. Gewerkeübergreifende Informationen sowie die Anwendung vieler Schnittstellen lassen sich zum Datenaustausch zwischen den Gewerken leichter nutzen. Gleichzeitig bestehen höhere Anforderungen an die digitale IT-Sicherheit.

Grundsätzliche Veränderungen

Die Entwicklung geht weg von konventionellen Steuerungen zu sicherheitsgerichteten Steuerungen und zur datenbankorientierten Kommunikation. Mittels Software bieten sich sowohl in der Planung wie auch im Betrieb neue Möglichkeiten, um z.B. komplexe Abläufe wie Brandfallsteuermatrizen (BFSM) zu erstellen. Es gibt erste zaghafte Versuche der digitalen Dokumentation an den Bauprozess-Übergangsstellen – von der Ausführungsplanung, Montageplanung und Programmierung über die Inbetriebnahme und die Bestandsdokumentation bis hin zum Betrieb.

Durch diesen Fortschritt lassen sich nicht nur die entsprechenden Gewerketeile effektiver vorbereiten und realisieren. Vor allem gestalten sich der Betrieb und die Anwendung während der Nutzungsphase einfacher, da ein digitaler Zugriff auf Daten möglich ist.

In den letzten Jahren haben sich im Gewerk Gebäudeautomation Bereiche herauskristallisiert, die einer separaten technischen Lösung bedürfen. Es bestehen unterschiedliche Anforderungen an Funktionstiefe, Verfügbarkeit und Datensicherheit. Dadurch sind unterschiedliche Planungsschritte im Gewerk zu berücksichtigen (Bild 1).

Neben den konventionellen Schnittstellen zu den HLKS-Gewerken und der Elektrotechnik werden immer öfter Bus-Schnittstellen eingesetzt, welche die Menge und den Informationsgehalt der abrufbaren Funktionen erhöhen und bessere Verknüpfungen ermöglichen.

Seit Anfang der 2000er Jahre bis heute haben sich GA-Funktionen verdoppelt, während die Kosten für GA-Datenpunkte sinken (Tabellen 1 und 2). Demzufolge ergeben sich aus der Entwicklung des Gewerks positive Effekte in wirtschaftlicher und technischer Hinsicht.

Entwicklungstendenzen

Die Entwicklung der Gebäudeautomation schreitet auf mehreren Gebieten voran: 

Alle Richtungen tragen zur weiteren Vertiefung der Funktionen der Gebäude- und Raumautomation bei, wodurch die Feld- und Automationsebenen verschmelzen und kombinierte Feldgeräte entstehen.

Künftig werden die Komponenten der Feldebene im Sinne der Gesamtentwicklung des Gewerks immer mehr zusammenwachsen müssen. Denn viele der einzusetzenden Feldgeräte enthalten mehrere GA-Funktionen. Kombinierte Feldsensoren/-aktoren reduzieren neben dem Verkabelungsaufwand die Anzahl der Feldkomponenten selbst. Beispiele dafür sind: Raumbediengeräte mit Raumsensorik, Lichtstärke- und Präsenzsensorik, Regelventile mit Verbrauchsmessung oder autarke Brandschutzklappen mit Rauchüberwachung. Demzufolge sollte der Planer GA-Funktionen sinnvoll einsetzen und gemäß den Anforderungen entscheiden. Ein richtiges Augenmaß für den Gebäudebetrieb und das dafür zur Verfügung stehende Personal ist in die Planung mit einzubeziehen. Mehr Informationen sind im Kosten-Nutzen-Verhältnis für Energiemanagement und der Anlagenanalyse bei der Fehlersuche vertretbar.

Steckerfertige Lösungen werden immer häufiger verbaut und sollten möglichst auch bei Starkstrom-, Steuerungs- und Busverkabelungen realisiert werden. Die Dezentralisierung der Raumautomation und damit die Verlagerung der Funktionen in die Feldgeräte, z.B. 6-Wege-Ventile mit Taupunktwächter, Temperatursensorik und Verbrauchserfassung, wäre der nächste logische Schritt. Durch diese „Industrialisierung“ der Gebäudeautomation reduzieren sich Installationsarbeiten und Inbetriebnahme-Leistungen. Gleiches gilt für Kosten und Fehler.

Dadurch dass die Gewerken der Schwachstromtechnik (BMA, SAA – Videotechnologie, ZuKo – EMA) und die Übertragung der Funktionen (Zustände, Freigaben) miteinander verschmelzen, ergeben sich neue Vorteile. Auch Aspekte der Beleuchtung, Sicherheitsbeleuchtung/ Fluchtwegsteuerung und des Sonnenschutzes tragen zur „Digitalisierung“ von Gebäuden bei.

Aufgrund der Digitalisierung nehmen die Anforderungen an die GA-Planung zu:

Aktuelle Beispiele zeigen die Weiterentwicklung und Vertiefung von Digitalisierungslösungen in Immobilien.

Beispiel 1: Modellversuch  in einem Zweckbau

Ein Modellversuch auf der Sonderschau der Messe Light + Building 2016 (Bild 2) stellte in einigen wichtigen Ablaufprozessen (Bild 3) eines Zweckbaus die gewerkeübergreifende Kommunikation dar. Der Datenaustausch zwischen der Gebäudeautomation und den Gewerken der Schwachstromtechnik offenbarte sich als besondere Herausforderung. Diese Lösung beruht auf einem physikalischen GA-Netzwerk zur Übertragung unterschiedlicher Datenprotokolle wie BACnet, Modbus, KNX, SNMP. Dadurch dezimieren sich die Brandlasten im Gebäude (Kabelreduzierung) und das GA-System lässt sich auf der Nutzfläche einfach erweitern.

Beispiel 2: Digitale Schnittstellenlösung

Die folgende Schnittstellenlösung BMA/ABE bei einem Hochhaus-Neubau in Frankfurt am Main wird sicherlich in Zukunft zum Stand der Technik werden und die konventionellen Lösungen mit Koppelbausteinen ersetzen (Bild 4).

Die Meldungsübergabe von der BMA an die sicherheitsgerichtete Steuerung zur Ansteuerung der Rauchfreihaltung erfolgt über redundante Gateways mittels einer sicherheitsgerichteten Protokoll-Schnittstelle. Dabei werden Entrauchungsanlagen, Rauchschürzen, Rauchschutzdruckanlagen in den Treppenhäusern, Nachström- und Entrauchungsklappen in den Hochhausfassaden und den Dachgruben, Fassadenfenster des Atriums, Entrauchungstableaus und örtliche Bedienelemente sowie Abschaltung der Raumlufttechnik einschließlich Schließen der Brandschutzklappen angesprochen.

Beispiel 3: Datenbankorientierte Lösung

Die Planung und Realisierung des Brandschutzes und der Rauchfreihaltung erweist sich bei heutiger Datenmenge als komplexer Prozess. Im Frankfurter Hochhaus-Projekt wurde in der Entwurfsplanung aufgrund einer enormen Anzahl von Daten, die es in der Bauphase und später während des gesamten Zeitraums des Gebäudebetriebs zu verwalten gab, eine datenbankorientierte Lösung gegenüber der konventionellen Ausführung der Brandfallsteuermatrix in Form von „Excel“-Tabellen bevorzugt.

Die Planer konzipierten eine Datenbank und erfassten die Daten, die gemäß VDI 6010-3 für die Durchführung von Wirkprinzipprüfungen und Vollprobetests erforderlich sind. Das Konzept umfasste alle Einrichtungen in ihrer Gesamtheit nach den Vorgaben und Bedingungen des Brandschutzkonzepts und der Gutachten/Stellungnahmen der Sachverständigen für Rauchfreihaltungsanlagen:

Auf Basis der Datenbank wurden die Programme der sicherheitsgerichteten Steuerungen erstellt. Diese sind angesichts der anstehenden Anforderungen zur Durchführung von wiederkehrenden Prüfungen der „Sicherheitstechnischen Einrichtungen in Gebäuden, Vollprobetests und Wirkprinzipprüfungen“ entsprechend der gleichlautenden VDI 6010/3 von besonderer Bedeutung. Durch die datenbankorientierte Bereitstellung der Bestandsdokumentation für Rauchfreihaltung können Prüfungen wesentlich einfacher erfolgen.

Fazit

Der Einsatz von neuen IT-Lösungen findet in den Entwicklungsbüros der Gebäudeautomationsbranche sowieso statt. Eine qualitative Planung berücksichtigt die künftigen Anforderungen des Gebäudes im Betrieb und führt somit zu einer optimalen Lösungsfindung. In Anbetracht einer 30-bis 50-jährigen Nutzungsdauer des Gebäudes sind sowohl die Planungszeiten als auch das Investment in eine zukunftssichere Technik gut angelegt (Bild 6). Im Laufe der weiteren Digitalisierung der Technischen Ausrüstung sind für den Bauherren das Inbetriebnahme-Management in der Bauphase und die Qualitätssicherung durch Wirkprinzipprüfungen bei der Abnahme und im Betrieb von entscheidender Bedeutung.

Abkürzungen:

BFSM – Brandfallsteuermatrix

BMA/ABE – Brandmeldeanlagen/Automatisierte Brandschutz- und Entrauchungssysteme

EMA – Einbruchsmeldeanlagen

GA – Gebäudeautomation

SAA – Sprachalarmierungsanlagen

ZuKo – Zutrittskontrolle

Nützliche Links

https://www.messefrankfurt.com/frankfurt/de/media/

technologyproduction/light_building/texte/neue-sonderschau-digital-building-press.html?nc

https://light-building.messefrankfurt.com/dam/light-building/2016/events/digital-building/wa/szenario_einbruch.html

http://www.kowi.de/Portaldata/2/Resources/horizon2020/coop/ECSEL-Work-Plan-2016.pdf

http://www.ecsel.de/