Interoperabilität als Erfolgsfaktor moderner Gebäudeautomation

Smart Buildings mit erfolgreicher Gebäudeautomation

Heutzutage kommt es für moderne Gebäude auf das bestmögliche Zusammenwirken von Anlagentechnik, Konstruktion und Ausstattung an. Um das Potenzial voll auszuschöpfen, müssen sämtliche Systeme miteinander kommunizieren und interagieren.

Die Ziele, die damit angesprochen sind, lassen sich mit dem Begriff „Smart Buildings“ zusammenfassen. Sie sollen zum einen den hohen Anforderungen an Komfort und Sicherheit Genüge leisten. Zum andern gilt es, die Energieeinsparverordnung (EnEV) 2014 umzusetzen, die eine automatische Regelungs- oder Abschaltfunktion sowie eine weitere Reduktion des Energiebedarfs um 25 Prozent einfordert. Gezielte Gebäudeautomation ist die Antwort. Zusammen mit richtigem Energiemanagement ist sie in der Lage, die Erfassung, Auswertung und Optimierung von Energiebedarfen in Anlagen und Einrichtungen durchzuführen.

 

Herausforderungen an eine moderne Gebäudeautomation

Klassischerweise wird die Gebäudeautomation in Form von drei Ebenen beschrieben: Feldgeräte, Automation und Management/Gebäudeleittechnik. Dafür nutzen moderne Geräte und Systeme eine universelle Netzwerkarchitektur entsprechend dem IP-Standard zur Kommunikation in und zwischen diesen Ebenen. Dabei erlaubt das IPv6-Protokoll, sämtliche Komponenten eindeutig zu adressieren und sicher zu kommunizieren.

Der Trend geht zu herstellerübergreifender Kompatibilität, wofür in Nichtwohngebäuden wie Kliniken, Bürohäusern oder Flughäfen häufig das international standarisierte System „BACnet“ verwendet wird. Die Herausforderungen an dieses System sind vielfältig: Moderne IT-Netzwerke, der Wunsch des Kunden danach, zu jeder Zeit Zugriff auf Anlagen nehmen zu können, und ein verstärktes Bedürfnis nach Sicherheit. Im Angesicht dieser Hürden klafft ein Graben zwischen den zum Teil zwei Jahrzehnte alten Standards und der Architektur der Kommunikationsprotokolle der Gebäudeautomation. Letztere konnte mit der Entwicklung in der IT-Infrastruktur schlichtweg nicht mithalten. Diesen Graben durch herstellerneutrale Interaktion zu überwinden, ist das erklärte Ziel der Fairhair Alliance.

Die Fairhair Alliance: unterschiedliche Standards unter ein Dach bringen

Der Name Fairhair Alliance bezieht sich auf den ersten König Norwegens, Harald Fairhair. Er vereinte Norwegen zu einem integrierten Königreich. Ähnlich soll es sich mit den unterschiedlichen Standards der Gebäudeautomation verhalten: Bisher funktionieren „BACnet“, „KNX“ und „ZigBee“ für sich, doch die Fairhair Alliance möchte Spezifikationen erstellen, in der die Gebäudeautomation und Beleuchtungssteuerung für Nichtwohngebäude fortan auf eine offene auf IT-Standards basierte Architektur aufbauen.

In diesem Sinne soll bis 2018 eine gemeinsame Netzwerkinfrastruktur für Gebäude erstellt werden, die auf den Standards der IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) und der IETF (Internet Engineering Task Force) aufbaut.

Dabei ist der erste Schritt, eine preisgünstige, wettbewerbsfähige und drahtlose IP-basierte Kommunikation zu entwickeln, die für Geräte mit wenigen Ressourcen verwendet wird. Etwas Derartiges fehlt bisher vollständig. Ziel ist es, dass die relevanten oben genannten Standards ihre Spezifika beibehalten und zugleich eine gemeinsame Netzwerkinfrastruktur nutzen können. Dies soll durch eine standarisierte Lösung des Transports durch die OSI-Layer bewerkstelligt werden.

Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection Model) beschreibt Netzwerkprotokolle als Schichtenarchitektur. Ziel ist, eine Kommunikation zwischen unterschiedlichsten technischen Systemen zu schaffen, wofür das Modell sieben aufeinander folgende Schichten (Layers) definiert.

Bislang wird im privaten und kommerziellen Kontext zumeist die TCP/IP-Protokoll-Familie verwendet. Sie sind bewusst auf den Zusammenschluss von Netzen (internetworking) ausgerichtet. Das macht sie wesentlich effizienter als OSI-Protokolle.

In Zukunft sollen Übertragungsprotokolle von Beleuchtungssteuerung und Gebäudeautomation ausschließlich über IP-basierte Kommunikation laufen. Kleinere Geräte sollen per WPAN (Wireless Person Area Network) oder verdrillten Klingeldraht arbeiten, größere Geräte hingegen per WLAN oder Ethernet. Eine Möglichkeit auf WPAN-Basis IP-fähig vorzugehen, hat die „Thread-Group“ entwickelt. Ihr Netzwerk bietet zugleich einen geringen Energieverbrauch und eine sichere Kommunikation.

Über die Verbindung der unterschiedlichen Stufen des OSI-Modells soll ein integriertes Modell entstehen, das so interoperabel wie möglich funktioniert. Ausgehend von den Erfahrung des Kunden mit seinen „Smart Home-Funktionen“ wird dieser sich den gleichen Komfort zunehmend in der Gebäudeautomation wünschen. Dies beinhaltet nicht nur Temperatur und Feuchte, sondern bezieht sich ebenfalls auf Benutzerfreundlichkeit und größtmöglichen Schutz der Daten.

Die Zukunft der Gebäudeautomation

Es ist abzusehen, dass die Standarisierung von Gebäuden schon bald stark zunimmt. Gebäudeautomation und Beleuchtungstechnik verwenden in Zukunft das Gebäudenetzwerk – ob über IP-Steckdosen oder ein funkbasiertes Netzwerk. Viele Funktionen sind bereits heute möglich, werden jedoch durch fehlende Standards verhindert.

Diese Standards müssen geschaffen werden, so dass eine ganzheitliche und nachhaltige Nutzung von Gebäuden und ihren Ressourcen möglich wird. Hocheffiziente Neu- und Altbauten sind die Zukunft – sie sind sowohl politisch gewollt als auch unterstützt. Die richtige Gebäudeautomation kann 14 bis 62 Prozent bei thermischer Energie und 4 bis 21 Prozent bei elektrischer Energie einsparen.

Ein Artikel von:

Klaus Wächter, Global Standardization Manager, Siemens Schweiz AG, und Mitglied des Vorstands der Fairhair Alliance
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Bettina Gehbauer-Schumacher, Freie Fachjournalistin
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