Lüftungsanlage an ein Gebäudeautomationssystem anschließen

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In der EU entfallen rund 40 % des Energieverbrauchs auf Gebäude. Durch eine Gebäudeautomation (GA) lassen sich energieverbrauchende Geräte, Systeme und Anlagen zusammenschließen und intelligent vernetzen, um möglichst komfortable Wohnbedingungen bei gleichzeitig maximaler Energieeffizienz zu erreichen. Das Automationssystem (oder Gebäudeleitsystem) schaltet und verwaltet dann auch das hauseigene Energiesystem, etwa eine Lüftungsanlage (KWL) mit Wärmerückgewinnung, Heizung und Klimafunktionen.

Die Effizienz einer Lüftungsanlage lässt sich durch eine Gebäudeautomation dauerhaft erhöhen © U. J. Alexander, stock.adobe.com
Die Effizienz einer Lüftungsanlage lässt sich durch eine Gebäudeautomation dauerhaft erhöhen © U. J. Alexander, stock.adobe.com

Intelligente Stromnetze („Smart Grids“) tragen ebenfalls zur Effizienzsteigerung bei, indem sie die Erzeugung, Speicherung und den Verbrauch von Energie im Gebäude aufeinander abstimmen. Zentral gesteuert, gleichen sie etwa Leistungsschwankungen durch die fluktuierende Einspeisung erneuerbarer Energien aus. Für ein Smart Grid benötigen Sie eine passende Strominfrastruktur mit intelligentem Stromzähler.

Wie viel Energie, Heiz- und Stromkosten Sie durch die Automation sparen können, hängt u. a. von der Effizienz Ihres Lüftungssystems ab. Zentrale Komfortlüftungen mit Wärmerückgewinnung und Heizregister, Wärmepumpen, Erdwärmespeicher und eigene Energieerzeugungsanlagen (Photovoltaik, Windrad etc.) lassen sich besonders vielseitig vernetzen und automatisieren. Je mehr Steuerungs- und Regelmöglichkeiten Ihre Lüftungsanlage mitbringt oder erlaubt, desto besser lässt sie sich an grundlegende Anforderungen, aktuelle Bedingungen und Nutzungsgewohnheiten anpassen.

Eine hohe Dichtheit der Gebäudehülle erfordert ein funktionierendes Lüftungskonzept. Laut DIN 1946-6 ist dies für moderne Neubauten Pflicht © VectorMine, stock.adobe.com
Das Lüftungskonzept für Neubauten

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Um Lüftung, Heizung und Klima, die Solaranlage auf dem Dach und weitere Haustechnik in ein Automatisierungssystem einzubinden, müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllt sein: 

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1. Kompatible Geräte oder Energieanlagen

Nur Komponenten mit kompatiblen Schnittstellen und Protokollen, die die Integration in das gewählte GA-System ermöglichen, können eingebunden werden. Gängige Systeme, mit denen zahlreiche moderne Lüftungsgeräte kompatibel sind, sind KNX, BACnet, Modbus, Zigbee und Z-Wave. Buskompatibilität wird vom Hersteller immer angegeben; in der Regel werden auch passende Bus-Module oder Bus-Adapter angeboten, mit denen sich z. B. das zentrale Lüftungsgerät integrieren lässt. Mit solchen Schnittstellen, die sich auch nachträglich im Schaltschrank oder Verteilerkasten installieren lassen, ermöglichen Sie auch die Vernetzung und Kommunikation von Systemen, die vorher unabhängig voneinander arbeiteten, etwa Lüftung, Sonnenschutz, Beleuchtung und Brandschutz.

2. Kompatible Sensoren und Aktoren

Sensoren sind die Sinnesorgane der Gebäudeleittechnik. Sie werden benötigt, um Daten zu erfassen und zu sammeln, etwa zur Temperatur oder Luftfeuchtigkeit.

Aktoren sind die Muskeln, die auf Basis der erfassten Daten Aktionen ausführen, d. h. motorisierte Komponenten bewegen, Schalter betätigen oder die Stromzufuhr von Steckdosen zu bestimmten Zeiten an- und ausschalten (Zeitschaltfunktion). Sensoren und Aktoren arbeiten auf der sog. Feldebene der Gebäudeautomation; sie werden daher auch als Feldgeräte bezeichnet.

3. Verkabelung oder drahtlose Kommunikation

Es muss eine physische Verbindung zwischen allen Geräten/Anlagen und dem GA-System geben. Dafür können Sie entweder Busleitungen (z. B. Twisted-Pair-Kabel, Koaxialkabel oder Glasfaserkabel) im Haus verlegen (lassen) oder drahtlose Kommunikationsprotokolle wie WLAN, Wi-Fi, Bluetooth oder Thread verwenden.

Für Bussysteme wie KNX sind zwei physikalische Anschlüsse erforderlich: Daten- und Stromanschluss © 35microstock, stock.adobe.com
Für Bussysteme wie KNX sind zwei physikalische Anschlüsse erforderlich: Daten- und Stromanschluss © 35microstock, stock.adobe.com

In einem Bussystem mit fest verlegten Busleitungen benötigen die meisten Feldgeräte zwei physikalische Anschlüsse: einen Datenanschluss zur Kommunikation mit dem Bussystem und einen Stromanschluss, der elektrische Energie für die Aufgaben/Aktionen liefert. Die Stromversorgung kann über das Bussystem oder separate Stromkabel erfolgen.

Hinweis: Die Trennung von Daten- und Stromanschlüssen ist charakteristisch für viele Bussysteme. Sie gewährleistet für stabile Datenübertragung und Energieversorgung, auch wenn z. B. Aktoren gleichzeitig Daten empfangen, Daten senden und Energie benötigen.

Mit Bussystemen wird das Haus zum „Smart Home“
Mit Bussystemen wird das Haus zum „Smart Home“

4. Steuerungseinheit oder Gateway

Eine zentrale Steuerungseinheit oder ein Gateway ist erforderlich, um die Kommunikation zwischen den Sensoren, Aktoren und Ihrem GA-System zu verwalten. Dieses Gerät übersetzt die Signale und Daten, damit sie von Ihrem GA-System interpretiert werden können.

Zur Steuerungsebene der GA gehören Steuerungseinheiten und/oder Software-Controller. Als Leitebene oder Managementebene wird die zentrale Überwachung und Steuerung des gesamten Gebäudeautomationssystems bezeichnet. Hier laufen alle Informationen der Steuerungsebene zusammen. Zur Leitebene gehören z. B. die Gebäudeleittechnikzentrale oder Softwareplattform für das Gebäudemanagement.

5. Programmierung und Konfiguration

Damit das GA-System Ihr Lüftungssystem erkennt und dessen Sensoren, Aktoren und Steuerungsfunktionen in umfassendere Automationsabläufe einbinden kann, muss es zumindest einmal entsprechend konfiguriert bzw. programmiert werden. Das bedeutet üblicherweise das Festlegen von Bedingungen, Zeitplänen und sog. Triggerszenarien wie „Morgenroutine“, „Feierabendbeleuchtung“, „Notfall“ oder „Party“.

6. Test und Integration

Nach dem Installieren und Konfigurieren des Gesamtsystems sollten Sie umfassende Tests durchführen, um sicherzugehen, dass alle Lüftungs-, Heizungs- und Klimafunktionen ordnungsgemäß und wie geplant funktionieren.

Hinweis: Die Bedienelemente für das Automationssystem bilden dessen Benutzerebene. Smart-Home-Systeme können über Wandschalter, Funkfernbedienungen, Touchscreen-Panels, PC/Laptop, Smartphone, Tablet oder Sprachsteuerung bedient werden.

Automation mit oder ohne Kabel: Wann lohnt es sich, Busleitungen zu verlegen?

Für das Verlegen von Kabeln/Datenleitungen gibt es gute Gründe:

Zuverlässigkeit: Verkabelte Bussysteme arbeiten verlässlicher und sind weniger anfällig für Interferenzen und Störungen. Wenn es Ihnen vorrangig um stabile, verlässliche Kommunikation und Funktionalität geht, ist das Verlegen von Kabeln die beste Wahl. Vor allem in großen Gebäuden und bei umfangreichen Systemen ist es wegen der größeren Entfernungen oft gar nicht möglich, stabile Verbindungen ohne Kabel sicherzustellen.

Sicherheit: Nicht nur in sicherheitskritischen Umgebungen wie Betrieben, Praxen oder Kanzleien, sondern auch für Privatwohnungen und Eigenheime sind Datenschutz und Datensicherheit wichtig. Kabelgebundene Systeme lassen sich mit vergleichsweise wenig Aufwand abhörsicher gestalten und vor unbefugtem Zugriff schützen. Drahtlose Systeme wie Funk oder WLAN übertragen Daten jedoch nach dem Gießkannenprinzip, bei dem es nicht möglich ist, Wege klar zu definieren und auch physikalisch abzuschirmen. Hier hilft nur eine gute Verschlüsselung.

Skalierbarkeit: Wer sich ein GA-System für seine Immobilie wünscht oder die smarte Technik zur Erfüllung der Effizienzvorgaben oder Lüftungsnormen nutzen will, sollte die Busleitungen (oder zumindest entsprechende Kabelkanäle/Leerrohre) möglichst von Anfang an mit einplanen – nicht nur beim Neubau, sondern auch bei energetischen Sanierungen, Um- oder Anbauten. So lassen sich neue Geräte oder weitere Komponenten auch nachträglich problemlos in das bestehende Verkabelungsnetzwerk integrieren.

Physische Leitungen für Strom und Daten bieten langfristig betrachtet entscheidende Vorteile © akf, stock.adobe.com
Physische Leitungen für Strom und Daten bieten langfristig betrachtet entscheidende Vorteile © akf, stock.adobe.com

Allerdings gibt es auch Argumente gegen das Kabelverlegen:

Kosten: Vor allem bei Nachrüstungen in Bestandsgebäuden sind die Installationskosten wesentlich geringer, wenn nur ein drahtloses Protokoll verwendet wird.  

Flexibilität: Drahtlose GA-Systeme bieten mehr Flexibilität bei der Platzierung von Sensoren und Aktoren, da diese unabhängig vom Verlauf einer Busleitung positioniert und die Installation daher auch leichter verändert werden kann. Um von den Hausstromleitungen ebenfalls unabhängig zu sein, können Sie Feldgeräte mit Batterie- oder Solarbetrieb, PoE (Power over Ethernet, Stromversorgung über Internet-/LAN-Kabel) oder Energy Harvesting-Technik (Energie wird durch Bewegung oder Temperaturunterschiede aus der Umgebung „geerntet“) verwenden.

Zeitrahmen: Das Verlegen von Kabeln dauert länger als die Installation drahtloser Geräte. Daher werden bei Zeitdruck oft kabellose Installationen bevorzugt.

Hinweis: Die kabellose Fernsteuerung der Gebäudeautomation über WLAN bzw. Internet ist bei Systemen mit fest verlegten Busleitungen ebenfalls möglich, ebenso Echtzeit-Zugänge zu cloudbasierten Analysen, Berichten etc.

TIPP

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Welche Sensoren und Aktoren können im Automationssystem/Smart Home zusammenarbeiten?

Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sind bei vielen Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystemen (z. B. Komfortlüftung) integriert. Sie überwachen die Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit, damit die Nutzer gute Luft atmen und das Haus optimal vor Feuchteschäden und Schimmel geschützt ist.

Zur Überwachung von Wärmepumpen, Erdwärmespeichern und anderen Geräten mit Verdichtern, Wärmetauschern, Rohrleitungen, Kältemitteln oder Wärmeträgermedien werden neben Feuchtigkeits- und Temperatursensoren auch Druck-, Füllstands- und Durchflusssensoren sowie Gasdetektoren eingesetzt.

CO₂-Sensoren messen den Kohlendioxidgehalt in der Luft. Sie werden zur Lüftungssteuerung und für optimale Luftqualität verwendet. Luftqualitätssensoren überwachen die Gesamtluftqualität und können vor Schadstoffen warnen. Sensoren für erneuerbare Energien überwachen u. a. den Energieertrag von Solarmodulen oder Windkraftanlagen.

Mit Feuchtigkeitssensoren für Pflanzen können Sie den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens kontrollieren und die Bewässerung von Pflanzen automatisieren. Wasserleckage-Sensoren erkennen und melden Wasserlecks und helfen so, Wasserschäden zu verhindern.

Ein CO-Sensor warnt vor einer gefährlichen Kohlenmonoxidkonzentration in der Atemluft © Zigmar Stein, stock.adobe.com
Ein CO-Sensor warnt vor einer gefährlichen Kohlenmonoxidkonzentration in der Atemluft © Zigmar Stein, stock.adobe.com

Rauch- und Kohlenmonoxidsensoren warnen vor Bränden oder giftigem CO-Gas. Notfallszenarien der GA können z. B. vorsehen, dass bei einem Alarm die Rollläden geöffnet werden, um Fluchtwege freizumachen, die Beleuchtung ein- und die Lüftung ausgeschaltet wird.

Helligkeitssensoren passen die Beleuchtung automatisch an das Tageslicht an, um Energie zu sparen; Sonnensensoren steuern bewegliche Sonnenschutzelemente wie Rollläden, Markisen und Jalousien.

Schallsensoren können Geräusche erkennen, etwa Alarm oder das Zersplittern einer Fensterscheibe (Glasbruchsensor).

Tür- und Fenstersensoren melden, ob Türen oder Fenster geöffnet oder geschlossen sind; das kann für Sicherheit, Energieeffizienz und Komfort wichtig sein. Bewegungssensoren werden u. a. zum Aktivieren der Beleuchtung, der Abluftabsaugung oder des Sicherheitssystems verwendet. Präsenzsensoren erkennen, ob sich Menschen im Raum befinden; sie lassen sich ebenfalls sehr vielseitig nutzen.

Die Smart Home-Steuerung sorgt für optimale Nutzung und Einbruchschutz
Die Smart Home-Steuerung sorgt für optimale Nutzung und Einbruchschutz

Kameras und Überwachungstechnik stellen zwar keine traditionellen Sensoren dar, lassen sich aber ebenfalls in die GA einbinden, um das Innere und Äußere des Hauses zu überwachen.

Zu den gängigsten Aktoren gehören smarte Steckdosen und Schalter zur (Fern-)Steuerung verschiedener Geräte, Smart-Thermostate für Heizung und Klimaanlage, Jalousien- und Rollladenmotoren sowie smarte Lichtschalter und Dimmer, die vielfach auch die Lichtfarbe ändern können.

Mit Smart Locks (intelligenten Türschlössern) lassen sich Türschlösser per Smartphone-App steuern und Zugangsberechtigungen vergeben, sodass z. B. die Bewohner keinen Schlüssel benötigen. Smarte Steuerungen für Unterhaltungselektronik steuern Fernseher, Audioanlagen, Spielkonsolen oder das komplette Heimkino.

Smart Locks machen den Hausschlüssel überflüssig © Ralf Geithe, stock.adobe.com
Smart Locks machen den Hausschlüssel überflüssig © Ralf Geithe, stock.adobe.com

Szenarien für Energieeffizienz, Sicherheit und Komfort

Durch das Festlegen kompletter Szenarien oder Routinen, die dann auf Knopfdruck oder per Fernsteuerung aktiviert werden können, spielen gut ausgestattete GA-Systeme ihre ganze Stärke aus. Hier sind drei Beispiele für beliebte Szenarien, bei denen verschiedene Feld- und Steuergeräte zusammenarbeiten:

Energieeffizienz: Sensoren für Temperatur, Feuchtigkeit, Licht und Bewegung arbeiten zusammen mit smarten Thermostaten, Beleuchtung, Lüftungs-, Heizungs- und Klimaanlagen, um die Energiebilanz des Hauses zu optimieren. Erkennen die Sensoren beispielsweise, dass gerade niemand zu Hause ist, senken die Aktoren automatisch die Temperatur, schalten die Beleuchtung aus und reduzieren die Lüftung. Wenn jemand nach Hause kommt, werden die Einstellungen individuell angepasst.

Sicherheit und Alarmbereitschaft: Sensoren für Tür- und Fensterkontakte, Bewegung, Rauch und Kohlenmonoxid arbeiten zusammen mit smarten Schlössern, Überwachungskameras und Alarmanlagen. Erkennt ein Sensor einen ungewöhnlichen Zustand, löst das System Alarm aus, startet die Kameraaufzeichnung und benachrichtigt den Hausbesitzer.

Gemütlicher Abend auf der Couch: Sensoren für Licht, Ton und Bewegung arbeiten mit Unterhaltungsgeräten und Beleuchtung zusammen. Wenn der Film beginnt, wird das Licht automatisch gedimmt und die Lautstärke des Soundsystems angepasst. Verlässt jemand den Raum, wird der Film gestoppt und das Licht ein wenig heller gemacht.

Lüftungssysteme sind modular aufgebaut und bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten © amixstudio, stock.adobe.com
Lüftungssystem installieren

Aufbau von Lüftungsanlagen, Unterbringung der Komponenten Für gute Luft, niedrige Heizkosten und maximale Energieeffizienz von Wohngebäuden sind Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnung… weiterlesen

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