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Smart Building

Über diesen Artikel

Lesezeit

3 Minuten

Veröffentlichung

13.09.2020

Letztes Update

18.08.2022

 

Smart Building – Bausteine, Anwendungen und Vorteile von intelligenten Gebäude

Inhalt des Wiki-Artikel

Smart Building – Intelligente Gebäude für die Zukunft

Mit der Digitalisierung hat die intelligente Gebäudetechnik in Häusern Einzug gehalten. Laut Definition ist ein Smart Building ein Gebäude, , in dem technische Anlagen und Bauteile miteinander vernetzt sind. Oft ist eine Schnittstelle zum Internet eingebunden, so dass Prozesse auch von außerhalb gesteuert werden können. Während sich ein Smart Home durch die Vernetzung von einzelnen Haushaltsgeräten, Licht- und Wärmeregelung auszeichnet, bildet in einem Smart Building die zentrale haustechnische Anlage den Schwerpunkt, die zusätzlich mit Geräte- und Raumregelungen verbunden sein kann. Häuser als Smart Buildings zu konzipieren, ist heutzutage Stand der Technik.1

Smart Buildings in Deutschland

Um als Smart Building zu gelten, muss ein Gebäude vier Anforderungen erfüllen. Es muss:

  • Energieeffizient sein und gesundes Wohnen ermöglichen
  • Über dynamische Schnittstellen verfügen
  • Auf die Bedingungen im Energiesystem reagieren können
  • Erneuerbare Energien aufnehmen können

Gesundes Wohnen beinhaltet zum Beispiel, dass hinsichtlich der Beheizung und Kühlung ein Mindestkomfort gegeben sein muss. Als effiziente Technologie zum Heizen kann eine Wärmepumpe eingesetzt werden. Ist eine Photovoltaikanlage installiert, wird zum Eigenverbrauch geraten. Mit Hilfe intelligenter Zähler ist das Energiesystem leicht zu überwachen. Flexibilität wird durch Demand Response oder Strom- und Wärmespeicher sichergestellt.

In Europa ist die Infrastruktur für Smart Buildings bislang kaum gegeben. In Deutschlands Gebäudebestand ist der Einsatz erneuerbarer Energien sowie Photovoltaik-Eigenverbrauch zwar recht weit verbreitet, aber auf Informations- und Kommunikationstechnologie basierende Anwendungen wie intelligente Zähler werden kaum eingesetzt.

Intelligente Gebäude für die Energiewende

Smart Buildings könnten einen wertvollen Beitrag zur geplanten Energiewende leisten, da sie wesentliche Voraussetzungen im Sinne des Klimaschutzes erfüllen. Die intelligenten Gebäude sind energieeffizient, liefern dezentral erzeugte Energie und sind hinsichtlich der Strom- und Wärmenutzung regelbar. Charakteristisch für Smart Buildings ist, dass die Gebäudehülle auf die technischen Systeme abgestimmt ist, so dass ein Höchstmaß an Effizienz erreicht wird. Durch Möglichkeiten zur Energiespeicherung und eine flexible Steuerung helfen sie dabei mit, Nachfragespitzen zu reduzieren. Wer in einem intelligenten Gebäude wohnt, kann selbst über Produktion und Nutzung von Energie bestimmen.

Darüber hinaus bietet ein Smart Building deutlich mehr Komfort als ein konventionelles, unvernetztes Haus. Das Raumklima ist besser, zugleich werden Kosten reduziert. Außerdem können intelligente Gebäude als Schnittstelle zu anderen Bereichen des Energiesystems dienen. Mittels Informations- und Kommunikationstechnologien sowie der Nutzung von erneuerbaren Energien wird das Gesamtsystem optimiert. Ziel ist, die Energienachfrage von Gebäuden zu senken, während sie gleichzeitig als Speicher und Energielieferant dienen.2

Bausteine für Smart Buildings

Nicht nur neue Gebäude können als Smart Buildings realisiert werden, es ist auch möglich, alte umzurüsten. Dazu sind diverse technische Bausteine vonnöten, denn eine Digitalisierung umfasst sowohl das Innere des Hauses als auch dessen Anbindung an IT-Netzwerke. Mittels technischer Anlagen und Sensorik werden einzelne Anlagen- und Bauteile miteinander vernetzt und können untereinander kommunizieren, entweder über ein lokales Netzwerk oder über Plattformen zum Datenaustausch. Darüber hinaus sind Management- und Monitoringwerkzeuge zur Überwachung und Steuerung des Systems notwendig. Zwischen den verschiedenen Ebenen werden Informationen und Daten ausgetauscht. Neben der Bezeichnung Ebenen sind außerdem die Begriffe Layer und Area für die verschiedenen Bereiche von Smart Buildings gängig.

Die Digitalisierung bestehender Gebäude erfolgt häufig im Rahmen von Sanierungen oder Modernisierungen. Mit Sensortechnik kann nicht nur die Funktion oder die Effizienz eines Systems digital überwacht werden, es können auch gezielt Daten erfasst werden, etwa die Raumtemperatur, die dann in Anwendungen und Applikationen eingebracht werden können. Die technischen Bausteine eines Smart Buildings realisieren Prozesse auf drei Ebenen:

  • Gebäudeebene oder Feld- und Automatisierungsebene: Technik, mit der das Gebäude ausgestattet ist, Sensorik, Hardware
  • Übertragungsebene: Funk, LAN, Protokoll
  • Managementebene oder Gebäudeleittechnik: Software, Plattform, Server, Cloud

Beispiele für Anwendungen auf Gebäudeebene

Auf der Gebäudeebene werden Anlagen und Komponenten geregelt, in einem Smart Building sind diese mit Datenpunkten versehen. Unter den Datenpunkten finden sich aktive und passive Komponenten. Aktive Bestandteile sind Controller und Aktoren, während Zähler und Sensoren passiv sind, sie dienen der Erfassung. Ein Teil einer Anlage kann mit einem oder mehreren aktiven beziehungsweise passiven Komponenten ausgestattet sein. Im Folgenden sind einige Beispiele für Anwendungen auf Gebäudeebene in einem Smart Building aufgelistet.

Aktoren und Controller:

  • Klimaanlage
  • Thermostat
  • Pumpen
  • Speicher
  • Ventile
  • Lüftung
  • Beleuchtung
  • Schalter

Sensoren und Zähler:

  • Mengenzähler
  • Thermostat
  • Gasmelder
  • Beacons, Indoor-/Outdoornavigation
  • Gegensprechanlage
  • Kameras
  • Bewegungsmelder
  • Rauch- und Brandmelder

Übertragungs- und Managementebene in Smart Buildings

Die Übertragungsebene dient dem Austausch von Informationen zwischen den einzelnen Komponenten eines Smart Buildings. Beispielsweise werden Gebäudedaten von einem Aktor zu einem Sensor oder einem Computer übertragen. Die technischen Möglichkeiten zur Realisierung der Übertragungen entwickeln und erweitern sich beständig. Außerdem werden die Daten aus dem Gebäude zu einem externen Ort gesendet, wo sie gesammelt und analysiert werden.

Monitoring und Auswertung der Gebäudedaten finden auf der Managementebene statt. Das Überprüfen von Funktionen und Prozessen macht ereignisbezogene Eingriffe möglich, zum Beispiel kann im Falle eines Brandes von dieser Ebene auf die Technik des Gebäudes eingewirkt werden. Für die Managementebene werden Zugriffsrechte vergeben, Zugriffe können auch über das Internet erfolgen.

Über Schnittstellen, welche die Ebenen miteinander verbinden, tauschen die verschiedenen Anwendungen Daten aus. Offene Funkschnittstellen sind bei einem Smart Building problematisch, da sie ein Datenschutz- und Sicherheitsrisiko darstellen. Zum Steuern und Regeln ist ein externer Zugriff auf die Komponenten der Gebäudeebene nicht erforderlich, und aus Sicherheitsgründen ist dies häufig auch nicht gewollt. Soll die Steuerung von außen möglich sein, wird dies oft über einen VPN-Tunnel realisiert. Auf diese Weise können beispielsweise Fernwartungen im Smart Building durchgeführt werden.3

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