Wege zu besseren Immobiliendaten

Sensoren, Aktoren und digitales Messen

Die Immobilie von heute ist ohne Sensoren oder Aktoren nicht vorstellbar. Die kleinen Helfer sorgen in fast jedem Zimmer für optimale Luftqualität, Energieeffizienz, ausreichende Beleuchtung oder Sicherheit. Bei der Planung ist es wichtig, von vornherein festzulegen, welche Aktoren und Sensoren eingebaut und wie diese miteinander vernetzt werden. Wesentlich dabei ist das Metering aller Verbrauchsmedien.

Gemessen werden in Gebäuden nicht nur Verbrauchwerte, sondern alles, was für ein gutes Raumklima, Sicherheit und einen effizienten Betrieb hilfreich ist – also Temperatur, Feuchtigkeit, O2-Sättigung oder Anzeichen für Gefahren wie Rauchentwicklung. Nötig sind dafür Sensoren und Aktoren, die die gemeldeten Werte automatisiert in eine Handlung umsetzen.

„Eine Neuplanung oder Sanierung von Gebäuden ohne smarte Technik ist heute nicht mehr vorstellbar“, so Rita Buse vom Sensor-Spezialist Elsner Elektronik. Verordnungen verlangten Energieeffizienz, die sich mit unabhängigen, nicht vernetzen Systemen schwer erreichen ließe. Dass Raumklimatisierung, Lüftung und Sonnenschutz nicht miteinander abgestimmt agierten, wäre schlichtweg ineffizient. Und: Da Energiesparen nicht nur den Planeten schone, sondern auch den Geldbeutel, sei das Interesse auf der Betreiberseite durchaus vorhanden.

Sensoren

Sensoren kommt die Funktion des Messens zu, weswegen sie auch als Detektoren, Aufnehmer oder Fühler bezeichnet werden. Die ermittelten Werte wandeln sie in ein elektrisches Signal um, das entweder zur Überwachung zentral weitergeleitet oder direkt an einen Aktor gesendet wird. Zugelassen sind sie nach mehreren Verfahren, etwa ATEX, dem ECE-Prüfzeichen E1 oder als Teil der Elektroinstallation nach den entsprechenden Normen wie der DIN EN 60669.

Sensoren funktionieren entweder virtuell, digital oder molekular. Darüber hinaus unterscheidet man aktive wie Thermo- oder Licht-Sensoren und passive Sensoren wie Widerstandsmesser oder Dehnungsstreifen. Diese Unterscheidung wird vorgenommen anhand der Erzeugung oder Verwendung von elektrischer Energie.

Binäre Sensoren verfügen über ein schaltendes Ausgangssignal, etwa zum Erkennen von Endlagen nach 0 und 1. Analoge Sensoren können hingegen mehrere Parameter erfassen. Unterschieden werden sie auch hinsichtlich ihres physikalischen Funktionsprinzips, etwa nach Ultraschall, Induktion oder Magnetismus.

Eingebunden in eine Gebäudeautomation werden Sensoren (Tabelle 1) mit Schnittstellen. Gebräuchlich sind hier jedoch digitale Signale von Synchron-Seriellen-Schnittstellen (SSI) oder aber die einfach zu installierenden Bus-Schnittstellen. Der Spannungsausgang liegt üblicherweise zwischen 0 und 10 V. Eine Stromschnittstelle von 4 bis 20 mA kann einen Kabelbruch des Sensors erkennen.

Aktoren

Aktoren oder auch Aktuatoren (Tabelle 2) setzen elektrische Signale, etwa von einem Sensor oder von einem anderen Steuerungselement, in mechanische Bewegung um, um einen Zustand im Gebäude zu verändern. Die Umwandlung kann auf mehreren Wegen erfolgen, etwa magnetisch, induktiv oder elektrostatisch.

Elsner Elektronik etwa bietet Sensoren und Aktoren insbesondere für das KNX-Gebäudebussystem, aber auch für die Datenschnittstellen RS485 und Modbus an. Der große Vorteil bei KNX sei, so Buse, dass der Kunde Geräte verschiedenster Hersteller kombinieren könne und somit auch für die Zukunft unabhängig sei. KNX-fähige Sensoren gäbe es für Wetter- und Innenraumdaten, die von Wind, Sonne, Raumtemperatur, CO2-Konzentration bis zu Präsenz und Rauch verschiedene Daten erfassten. Die meisten Geräte hätten zudem eine intelligente Automatikfunktion mit an Bord, die über die KNX-Einstellungssoftware eingerichtet würde. So entstünde aus den einzelnen KNX-Geräten ein intelligent vernetztes Gesamtsystem. Bediendisplays, Raumcontroller und Taster mit Touch-Oberfläche zählen zu den Touch-Sensoren. Praktisch gesehen sind sie die Schnittstellen zur Technik, an denen der Nutzer die Automatik anpasst oder spontan eingreifen kann. Aktoren wie die von Elsner geben die Steuerbefehle an Jalousiemotoren, Heizungssystem, Leuchten oder andere elektrische Verbraucher weiter.

Sicherheit

Auch die Sicherheit eines Gebäudes erhöht sich durch die Nutzung von Sensoren und Aktoren deutlich. Sie stellen über die Automatik Wenn-Dann-Bedingungen ein, verknüpfen dies mit dem gewünschten Sollzustand des Gebäudes und bieten damit Betriebssicherheit. „Zudem helfen sie, Schäden zu minimieren oder sogar zu verhindern, sei es der Windsensor für die Jalousie oder der Leckagesensor bei Rohrbrüchen“, so Buse. Auch der Bereich der Personensicherheit sei abgedeckt, da die Alarmanlage natürlich einbezogen werde. Hier ließen sich inzwischen auch aus der Ferne viel genauere Bilder zeichnen, etwa zu welchem Fenster jemand eingedrungen sei oder wo er sich befinde.

Corona-Problematik

Gerade Sensoren haben auch durch die Corona-Pandemie eine neue Bedeutung erlangt. Sie können die Luftqualität in Räumen zuverlässig messen und Lüftungsintervalle vorschlagen oder auch gezielt dafür Aktoren ansteuern, die die Fenster öffnen. Diese Kombination ist so ausgereift, dass etwa das Bundesland Thüringen beschlossen hat, die 5 Mio. €, die zur Corona-Prävention in Schulen investiert werden sollen, vorrangig für solche Systeme und nicht für Luftfilter auszugeben. Ein Grund: Die Investition ist deutlich geringer und beträgt nur ein Bruchteil der 2.000 €, die im Minimum für eine mobile Luftanlage je Klassenzimmer fällig wären.

Auch die Stadtwerke Garbsen haben innerhalb ihres Projektes „Smart City Garbsen“ genau damit begonnen. Zwei Schulen und eine Kindertagesstätte wurden mit insgesamt 54 CO2-Sensoren ausgestattet. Die Geräte messen den Kohlendioxidgehalt in der Raumluft und senden über die neue Funktechnologie Mioty die Werte an einen zentralen Server. Bei einem zu hohen CO2-Gehalt schlagen die Sensoren Alarm. Dann muss gelüftet werden.

Die Sensoren sind batteriebetrieben und ließen sich einfach installieren. Gemessen werden auch Luftstrom, Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Sie sind so eingestellt, dass sie den Unterrichtsbetrieb nicht beeinträchtigen.

Energieeffizienz

Werden Gebäude mit solchen Sensoren und Aktoren ausgerüstet, erhöht das zudem die Energieeffizienz. Das lässt sich auch anhand des Meterings erkennen, und zwar für alle Medien – vom Strom über Wärmequellen wie Erdgas bis hin zu Wasserdampf und Wasser.

Die höchste Stufe ist dann eine vollkommen automatisierte, im besten Fall durch Künstliche Intelligenz (KI) gesteuerte Gebäudeautomation. Sie gibt die Daten aus dem Metering, das sich auch auf die Sensoren beziehen kann, direkt an Aktoren weiter und steuert damit das Gebäude komplett ohne menschlichen Einfluss und dessen Fehlerquellen.

„Zum ersten Mal haben wir so die Möglichkeit, alle energierelevanten Daten der Gebäude zu bündeln. Wir werden aus den Daten neue Erkenntnisse gewinnen, aus denen wir sowohl den Immobilienbesitzern als auch den in den Gebäuden lebenden Menschen Angebote zum Nutzerverhalten, zur Auslegung und dem Betrieb der Heizungsanlage, zu Potentialen im Bereich erneuerbarer Energien sowie der Elektromobilität anbieten können“, so Gero Lücking, Head of Smart Metering bei Techem. Dieser ganzheitliche Messstellenbetrieb sei dabei kein Selbstzweck, sondern ermögliche digital gestützte Energieeffizienz und Dekarbonisierung in Quartieren, sowohl im Wohn- als auch im Gewerbebereich.

Die Vorteile lägen auf der Hand: Wenn Daten stichtagsbezogen, zu jedem Ein- und Auszug eines Mieters oder pünktlich zum Monatsende im Datenportal einsehbar seien, entfielen fehlerbehaftete, händische Prozesse des Ablesens. Die Daten könnten sofort ausgewertet und mit den Informationen zum Strom- und Gastarif in Eurowerte umgerechnet werden. Vergleiche zum Vormonat oder zum gleichen Monat des Vorjahres seien auf Knopfdruck möglich. Zu Monitoring, Reporting und die Übersicht über die laufenden Kosten käme eine noch nie dagewesene Transparenz hinzu.

„Darüber hinaus können wir mit der spartenübergreifenden Erfassung objektspezifisch Vorschläge zur Effizienzverbesserung der bestehenden Heizungsanlage geben“, so Gero Lücking weiter. Man könnte Vorschläge bei Neuinvestitionen unterbreiten, diese mit dem Einsatz erneuerbarer Energien wie Solarthermie und Photovoltaik kombinieren, konkrete Wirtschaftlichkeitsberechnungen sowie Investitions- und Umsetzungsangebote direkt mitliefern.

Neue Geschäftsmodelle

All das ermöglicht den Verwaltern der Immobilien neue Geschäftsmodelle, die ohne diese Daten sowohl aus Sensoren als auch aus dem digitalisierten Messen bisher nicht denkbar waren.

„Zunächst wäre ein neues Geschäftsmodell zur Abrechnungsdienstleistung denkbar, durch das Gebäudeeigentümer oder Hausverwaltungen einen besseren Nutzer-Service anbieten und neue Einnahmequellen generieren können. Des Weiteren können Gebäudeeigentümer ihren Mietern Wärme als Service anbieten, inklusive Liefergarantie und Einsparungsziel“, so Victoria Berndt, Direktorin Marketing & Kommunikation bei metr Building Management Systems.

Nach der Energieeffizienz-Richtlinie (EED) müssen Gebäudeeigentümer oder Verwaltungen ihren Mieter ihre Verbrauchsinformationen unterjährig zur Verfügung stellen. In gewerblich genutzten Immobilien ist dies längst Standard. Im Wohnungsbereich hingegen kaum.

Die Zähler müssen dafür fernauslesbar sein. Gleichzeitig muss eine hohe Sicherheit und Exaktheit der Daten gewährleistet sein, da sie ja auch zur Steuerung des Gebäudes eingesetzt werden. Nach der Umsetzung der EED-Richtlinie wäre nach metr-Schätzungen durch das angepasste Heizverhalten der Mieter im Wohnbereich ein Einsparpotential von etwa 10 bis 15 % realisierbar. Das gilt auch für Gewerbeimmobilien (siehe Interview).

Weiterer Vorteil: Komfort

Neben diesen rein finanziellen Vorteilen steigt auch der Komfort in digital gesteuerten Gebäuden. „Auch der Komfort eines automatisierten Gebäudes ist für die meisten Kunden heutzutage selbstverständlich. Egal ob im Smart Home, wo es einfach bequem sein soll, oder in Objekten, wo automatisierte Vorgänge unter anderem Zeit für Kontrollen sparen“, so Rita Buse von Elsner Elektronik.

Im Gespräch mit Christoph Klinck

„Verteilung des Gesamtenergieverbrauchs bei Gewerbeimmobilien noch eine Blackbox“

Wie sieht die Zukunft des Meterings aus?
 
Christoph Klinck: Aktuell sind Details zum Gesamtenergieverbrauch der gewerblich genutzten Immobilie für viele Unternehmen in Deutschland noch eine Blackbox. Häufig muss jeder Zähler einzeln überprüft werden, um eine Übersicht über alle Verbräuche – Wärme, Kälte, Wasser und Strom – zu erhalten. Die Datenpflege erfolgt zudem oft manuell. Das erschwert die Auswertung der Daten und damit das Einsparen von Energie. Vereinfachen lässt sich der Prozess durch den Einbau digitaler Messtechnik in Gewerbeliegenschaften. Die Geräte senden die Daten direkt in die Cloud. Damit wird auch die Prozessgenauigkeit der Datenerhebung optimiert, da beispielsweise die Ablesungen zum gleichen Zeitpunkt stattfinden.
 
Welche Modelle für ein Energiemanagementsystem lassen sich daraus kreieren?
 
Christoph Klinck: Vermieter und Verwalter von Gewerbeimmobilien sowie öffentliche Träger suchen immer häufiger nach digitalen Lösungen zum Energiemanagement. Die Services sollen dabei unterstützen, die eigene CO2-Bilanz zu verbessern und die Energiekosten zu senken. Indem Softwarelösungen aktuelle Verbräuche einer Gewerbeliegenschaft gebündelt und für ein besseres Verständnis visuell aufbereitet darstellen, schaffen sie Transparenz über den Strom- und Wärmeverbrauch und somit auch Optimierungsmöglichkeiten. Auch beim CO2-Reporting unterstützen Energiemanagementsysteme. So können beispielsweise mit wenigen Klicks CO2-Zielwerte überprüft werden, die mit Kunden, Partnern oder Lieferanten vereinbart worden sind.
 
Haben Sie bereits konkrete Projekte realisiert?
 
Christoph Klinck: Mit MinuteView haben wir eine Softwarelösung zum effizienten Energiemanagement in Gewerbeimmobilien im Angebot, die in Deutschland bereits heute in gewerblich genutzten Gebäuden eingesetzt wird. Sie richtet sich speziell an Industrie- und Gewerbekunden sowie öffentliche Träger. Der Service schafft Transparenz über den Verbrauch und hilft so, die CO2-Bilanz zu verbessern und die Energiekosten zu senken. Möglich wird dies, indem MinuteView alle Verbräuche, die in einem oder mehreren Gebäuden anfallen – von Wärme über Strom und Wasser bis zu Kälte – bündelt und in einem Dashboard transparent darstellt. Basierend auf den visualisierten Daten können Verbrauchsspitzen identifiziert, Energieeffizienzmaßnahmen abgeleitet und CO2-Reportings erstellt werden.  
Was wurde dabei implementiert?
 
Christoph Klinck: Bei der messtechnischen Ausrüstung von Gewerbeimmobilen kommen größere Energie- und Wassermengenzähler als in Wohnimmobilien zum Einsatz. Bei der Erstausstattung werden in den meisten Fällen M-Bus-Systeme implementiert. Die kabelgebundenen Zähler stellen sicher, dass auch über die in Gewerbeimmobilien relativ großen Distanzen zwischen den einzelnen Messstationen alle Daten zuverlässig übermittelt werden. Möglich ist aber auch die Ausstattung mit einem Funksystem. Dabei müssen erfahrungsgemäß jedoch zusätzliche Gateways oder Repeater installiert und die baulichen Strukturen vor Ort bewertet werden. Für die Verbrauchserfassung können auch Fremdzähler in MinuteView eingebunden werden. Das ist auf zwei Wegen möglich: Entweder wird ein Sekundärzähler eingebaut, der die Daten des Primärzählers direkt übermittelt. Oder der Primärzähler wird über eine Datenschnittstelle direkt angebunden. Je nach technischer Ausstattung ist eine stündliche, tägliche oder wöchentliche Visualisierung der gesammelten Daten in MinuteView möglich.
 
Welche Einsparpotentiale sind realistischerweise möglich bei Strom und Wärme?
 
Christoph Klinck: Im britischen Markt nutzen zahlreiche renommierte Unternehmen MinuteView bereits seit vielen Jahren. Durch den Einsatz der Softwarelösung und die damit geschaffene Transparenz konnten in vielen Fällen bis zu 15 % der Energiekosten eines Unternehmens oder eines Standortes eingespart und damit die CO2-Bilanz deutlich verbessert werden.
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