Automation im Smart Building
Effizientes Ressourcen-Management
Intelligente Technologien für die wirtschaftliche Nutzung von Räumen waren lange Zeit Zukunftsmusik. Doch neue Lösungen und erste Praxisbeispiele zeigen, dass das Smart Building funktioniert und die gewünschten Vorteile bringt.
Die Lampe über dem Bürotisch blendet gerade bei der Nutzung des Bildschirms. Bislang muss der Mitarbeiter aufstehen und durch den ganzen Raum zum Lichtschalter gehen. Doch hier fangen die Probleme erst an: Welcher Schalter ist für welche Lampe zuständig? In welche Gruppen sind die Leuchten eingeteilt? Lassen sie sich stufenlos dimmen oder nur ein- und ausschalten? Nach dem Prinzip "Versuch und Irrtum" dauert es oft mehrere Minuten, um den richtigen Schalter zu finden. In dieser Zeit ist meist das gesamte Großraumbüro von der Aktion abgelenkt.
Dabei geht es heute deutlich einfacher: Der Mitarbeiter hält die Kamera seines Smartphones in Richtung der Lampe. Die installierte App erkennt, um welche Leuchte es sich handelt und bietet automatisch eine Oberfläche zu ihrer Bedienung. Ein Fingertippen genügt - und die Lampe ist ausgeschaltet. Dies gelingt nicht nur Angestellten an ihrem festen Arbeitsplatz, sondern jedem Mobile Worker und Gast, der sich die App heruntergeladen hat. Die Anpassung der Arbeitsbedingungen erfolgt deutlich schneller und effizienter - ohne die Zimmergenossen minutenlang zu stören.
Intelligente Arbeitsplatzauslastung
Diese PoE-Technologien (Power Ethernet) für Smart Building erleichtern aber nicht nur Mitarbeitern die optimale Einstellung der Arbeitsplatzumgebung, sondern bringen auch dem Gebäude-Manager zahlreiche Vorteile. Zum Beispiel kann er über umfassende Monitoring-Lösungen genau nachvollziehen, welche Arbeitsplätze wann und wie lange besetzt sind. So lässt sich etwa feststellen, ob genügend oder zu viele Arbeitsplätze bereitstehen. Das Unternehmen kann somit deren Anzahl anhand der tatsächlichen Nutzung statt der Anzahl der Mitarbeiter anpassen. Da in vielen Büros oft nur die Hälfte bis ein Viertel der Plätze besetzt ist, lässt sich durch eine Reduktion der Ausstattung und entsprechende Verkleinerung der Räume viel Geld sparen.
Außerdem zeigen Analysen, welche Plätze Mitarbeiter häufig nutzen und welche unbeliebt sind. Dies kann sich im Laufe des Jahres ändern, etwa wenn bestimmte Bereiche im Winter zu dunkel sind oder im Sommer von der Sonne geblendet werden. Entsprechend lässt sich die Aufteilung der Räume optimieren, um das Wohlbefinden der Mitarbeiter zu steigern. Zudem lässt sich die Nutzung der Büroausstattung nachvollziehen, etwa welche Lampen die Nutzer wann ein- und ausschalten, wie sie die Klimaanlage einstellen und ob sie sich per LAN oder WLAN in das Firmennetzwerk einwählen. Entsprechend lässt sich die Raumausstattung auch anhand des Nutzer-Feedbacks optimieren.
Die Anzahl und Größe der Meeting-Räume kann ein Unternehmen ebenfalls an die tatsächliche Nutzung anpassen. Smart-Building-Lösungen zeigen etwa, wie viele Personen sich im Raum befinden - ohne sie zu identifizieren. In vielen Fällen stellt sich heraus, dass zu große Meeting-Räume zu lange gebucht werden. Dies führt zu einem unnötig hohen Verbrauch von Energie für Klimatisierung, Umluft oder Beleuchtung. Die Lösung dafür besteht in der Verkleinerung der Räume oder in einem intelligenten System für das Meeting-Management, das je nach Anzahl der Teilnehmer und benötigter Ausstattung den optimalen Meeting-Raum vorschlägt.
Ein weiterer Vorteil liegt in der höheren Sicherheit. Monitoring-Lösungen stellen übersichtlich dar, welche Fenster und Türen gerade geöffnet sind. Bleiben weit nach Feierabend Fenster offen, lassen sich diese automatisch oder aus der Ferne zu machen. Bei steigender Luftfeuchtigkeit, Wind und Lärm kann der Verantwortliche die Fenster ebenfalls vom zentralen Dashboard aus schließen, um etwa Wasserschäden bei Gewittern zu vermeiden. Stehen Zwischentüren im Winter lange Zeit offen, kann er durch deren Verriegeln Heizkosten sparen. Sind ganze Räume leer, fährt das Smart Building Klimaanlage und Beleuchtung herunter - und schaltet sie nachts für die Putzkolonne wieder ein. Diese reinigt jedoch nur Räume, die Mitarbeiter in der Zwischenzeit tatsächlich genutzt haben.
Effiziente, drahtlose Vernetzung
Um von diesen zahlreichen Vorteilen profitieren zu können, ist die Einrichtung des gesamten Gebäudes zu vernetzen. Die bedeutet im ersten Schritt, dass Fenster, Türen, Schreibtische, Lampen und Wände mit entsprechenden Sensoren auszustatten sind. Bislang waren dazu batteriebetriebene Geräte erforderlich, die man teils via Kabel angebunden hat. Heute stehen jedoch energieeffiziente Sensoren bereit, die ihren Strom durch Solarzellen selbst erzeugen sowie Daten per Funkübertragung empfangen und senden. Dies bietet sich zum Beispiel für Fenster und Türen an, die häufig Sonnenlicht erhalten. Zudem lässt sich über die Piezo-Technik der Druck auf einen Schalter zur Stromerzeugung nutzen.
Alternativ gibt es die Möglichkeit, Sensoren über das Ethernet anzubinden. Heute sind viele Bürogeräte so energieeffizient, dass sie keinen 230-V-Stromanschluss mehr benötigen, sondern ihre Energie via Power over Ethernet (PoE) aus dem IP-Netzwerk ziehen. Das spart nicht nur Strom, sondern auch eine parallele Verkabelung, da man Daten und Energie über einen Ethernet-Port überträgt.
Daten sammeln und auswerten
Wichtig ist dann aber im zweiten Schritt, die Daten umfassend zu sammeln und auszuwerten. Aufgrund der Datenmenge werden die Informationen meist in die Cloud übertragen und dort analysiert. Dies ermöglicht einen schnellen, umfassenden Überblick sowie kurz-, mittel- und langfristige Auswertungen, um das Gebäude zu optimieren.
Eine solche Vernetzung für eine umfassende Kommunikationsinfrastruktur lässt sich am einfachsten bei einem neu gebauten Gebäude realisieren, aber auch in alten Gebäuden ist es möglich. Allerdings ist hier von Anfang an darauf zu achten, dass sich die Einrichtung mit hoher Flexibilität anpassen lässt. Dazu zählen etwa verschiebbare Zwischenwände, Schreibtische mit Rollcontainern, eine fast lückenlose WLAN-Ausleuchtung sowie leichte, mobile Geräte, etwa für Videokonferenzen. Zudem muss man das IP-Netzwerk mit allen angeschlossenen Systemen und Geräten sicherer vernetzen.
Dass sich aber auch bestehende Gebäude mit wenig Aufwand umrüsten lassen, zeigt das Innovation Center openBerlin von Cisco. Dieses wurde in einem klassischen Gewerbegebäude eingerichtet, das keine oder herkömmliche Management-Systeme enthielt. Es gab nur isolierte Lösungen für einzelne Komponenten mit proprietären Technologien und Programmiersprachen, die einen hohen Wartungsaufwand erforderten.
openBerlin als innovatives Beispiel
Die Konvergenz der Netzwerke sollte zu einem Gebäude führen, das smarte Systeme komplett überwachen und steuern kann. Dies umfasste die Kommunikation zwischen verschiedenen Plattformen und die Verknüpfung aller Management-Systeme. Weitere Ziele waren eine Fernsteuerung des Gebäude-Managements, die Gewinnung umfassender Geschäftseinblicke sowie die Nutzung von Umwelt- und ERP-Daten für optimale Entscheidungen.
Diese Anforderungen hat man gelöst, indem eine mittlere, horizontale Schicht der Konnektivität zur Integration aller Altsysteme wie Leuchten, Aufzüge, Fenster, Türen, Strom- und Wasserversorgung über WAGO aufgesetzt hat. Der Datenaustausch zwischen modernen Systemen und Gebäude-Management sowie die Korrelation mit Umwelt- und Nutzerdaten erfolgt über APIs auf Basis von HTML zu BAC-Net und MQTT. Ein genaues und anonymes Personen-Tracking wird durch Triangularität, Heat Maps und responsive Gebäudesysteme ermöglicht. Das zentrale Building-Management läuft zwar im Gebäude, aus Redundanzgründen lassen sich die Daten jedoch in die Cloud kopieren. Dazu hat man die bestehenden Gebäudeprotokollsysteme mit der Cloud verbunden und die Gebäudeinfrastruktur mit Cloud-REST-Fähigkeiten ausgestattet.
Zentrales Remote-Monitoring
Dies ermöglicht ein zentralisiertes Remote-Monitoring und -Control aller Systeme in Echtzeit. Es führt zu weniger Ausfallzeiten, geringerem Wartungsaufwand sowie eine effektivere Koordination der Wartung. Dadurch reduzierten sich die Energiekosten um 40 Prozent und die Kapitalkosten um 30 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Systemen.
Die Gesamtkosten sanken um ein Viertel. Gleichzeitig verbesserte sich das Nutzererlebnis durch eine automatisierte Echtzeitanpassung an persönliche Vorlieben. Außerdem können Anwender die Geräte über intuitive Oberflächen bedienen.
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