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Gebäudemanagement

So steigert der Einsatz von IoT-Technologie die Energieeffizienz im Gebäude

| Autor/ Redakteur: Farina Georgi und Prof. Dr.-Ing. Viktor Grinewitschus* / Ines Stotz

Im Juli 2018 wurde der Neubau des EBZ eingeweiht. Steuerungen und ein Gebäudemanagement-System von Phoenix Contact tragen dazu bei, dass dort Energie noch effizienter genutzt wird.

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Der smarte Heizungskeller im EZB ist ein anschauliches Forschungs- und Demonstrationsobjekt hinsichtlich der Möglichkeiten der Digitalisierung von Gebäuden.
Der smarte Heizungskeller im EZB ist ein anschauliches Forschungs- und Demonstrationsobjekt hinsichtlich der Möglichkeiten der Digitalisierung von Gebäuden.
(Bild: Phoenix Contact)

Beim Europäischen Bildungszentrum der Wohnungs- und Immobilienwirtschaft (EBZ) handelt es sich um eine gemeinnützige Stiftung privaten Rechts. Träger sind der Verband der Wohnungswirtschaft Rheinland Westfalen e.V. (VdW), der Bundesverband deutscher Wohnungs- und Immobilienunternehmen e.V. (GdW) sowie der Bundesverband Freier Wohnungsunternehmen (BFW). Aus dem 1957 gegründeten Ausbildungswerk der Wohnungswirtschaft ist in den vergangenen 60 Jahren der Think Tank der Branche sowie Treiber für Personalentwicklung, Forschung und Bildung in der Wohnungs- und Immobilienwirtschaft entstanden. Zur EBZ-Stiftung gehören unter anderem das Berufskolleg, die Akademie und die Business School – University of Applied Science.

Die Frage, wie sich die Energieeffizienz von Gebäuden wirksam erhöhen lässt, wird nicht nur am EBZ diskutiert. Das Thema betrifft sowohl Wohnbauten als auch Zweckgebäude. Das EBZ ist überzeugt, dass die Informationstechnik in beiden Bereichen einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung einer höheren Energieeffizienz leisten wird und hat mit der Errichtung seines Neubaus ein wichtiges Zeichen gesetzt. Das am 19. Juli 2018 eröffnete Gebäude bietet den Studenten und Mitarbeitern ein smartes Arbeitsumfeld mit hohem Wohlfühlfaktor. Mit dem „Smarten Heizungskeller“ stellt der Neubau für die Studenten darüber hinaus ein anschauliches Forschungs- und Demonstrationsobjekt hinsichtlich der Möglichkeiten der Digitalisierung von Gebäuden dar.

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Schnelle Aufbereitung und verständliche Visualisierung der relevanten Daten

Die Gestaltung des Neubaus resultiert aus einem Architektenwettbewerb, den das Architekturbüro Gerber Architekten, Dortmund im April 2015 für sich entschieden hat. Das 8000 m2 umfassende Gebäude, das innerhalb von 16 Monaten erstellt wurde, fügt sich harmonisch in das Umfeld ein. In ihm sind ein Plenarsaal, jeweils drei Veranstaltungs- und Besprechungsräume sowie 40 Büros mit insgesamt 80 Arbeitsplätzen untergebracht. Es stellt Platz für 492 Bildungs- und Veranstaltungsteilnehmer zur Verfügung. Klimatisiert wird der Neubau unter anderem durch Heiz-/Kühldecken, eine Bauteilaktivierung sowie Lüftungsanlagen. Zwei gasmotorische Wärmepumpen erzeugen die erforderliche Wärme und Kälte. Der Abdeckung von Spitzenlasten dient zudem ein mit Gas betriebener Brennwertkessel. Die beiden vor dem Gebäude installierten Doppelladesäulen erlauben schließlich das Betanken von Elektrofahrzeugen.

Als wesentliche Voraussetzung für einen gut auf die aktuelle Gebäudenutzung abgestimmten und daher energieeffizienten Betrieb der einzelnen Anlagenteile erweist sich deren datentechnische Einbindung in die Automatisierungslösung. Nur so ist der Facility Manager stets umfassend über die derzeitigen Leistungsdaten informiert und kann sofort reagieren, wenn sich bei einem Anlagenteil eine Störung abzeichnet. Zu diesem Zweck müssen die von den Geräten gelieferten Daten schnell aufbereitet und in einer einfach verständlichen Form beispielsweise auf dem Smartphone visualisiert werden. Dann kann der Facility Manager Änderungen in der Betriebsführung umgehend umsetzen. Deren Auswirkungen müssen sich anschließend zeitnah durch entsprechende Programme analysieren lassen.

Datentechnische Integration der Pumpen und des Brennwertkessels über das Lemonbeat-Protokoll

Ein energieeffizienter Betrieb von Gebäuden ist nur möglich, sofern deren Nutzer dazu einen noch größeren Beitrag als bisher leisten. An dieser Stelle setzt das Konzept des EBZ-Reallabors an. Hier wird unter anderem erforscht, wie sich das Nutzerverhalten auf die Effizienz des Gebäudes auswirkt, wie Feedback-Mechanismen ausgelegt sein müssen und inwieweit das aktuelle Raumklima die Leistungsfähigkeit der Nutzer und die Energieeffizienz beeinflusst. Letztendlich geht es darum, eine hohe Zufriedenheit aller Beteiligten bei minimalem Energieeinsatz zu erreichen.

Eine gut strukturierte und über das Internet zugängliche Gebäudetechnik bildet somit eine wichtige Voraussetzung, um neue Funktionen und Dienstleistungen für den Gebäudebetrieb zu entwickeln. Vor diesem Hintergrund wird der Neubau des EBZ als Forschungs- und Demonstrationsplattform ausgestattet. Indem die hier gewonnenen Ergebnisse in die vielfältigen Aus- und Weiterbildungsangebote des EBZ einfließen, liegt ein kurzfristiges Feedback der Praktiker vor. Darüber hinaus verbreiten sich die erarbeiteten Lösungen in der Immobilienwirtschaft.

Ein erstes Projekt befasst sich mit der Digitalisierung des Heizungskellers. Im Fokus steht dabei die effiziente Wärmeerzeugung und -verteilung im Gebäude. Dazu werden moderne IT-Architekturen verwendet. Die datentechnische Integration der Gaswärmepumpen und des Brennwertkessels sowie der im Heizungskeller verbauten Pumpen erfolgt über das Lemonbeat-Protokoll, das aus dem Smart-Home-Bereich kommt. Die IoT-basierte Plattform Emalytics von Phoenix Contact fungiert als Betriebssystem. Mit der Gebäudemanagement-Lösung, die zahlreiche Vernetzungsmöglichkeiten bietet, lassen sich internetfähige Produkte und Anwendungen entwickeln. Neue Funktionen können beispielsweise auf einer grafischen Oberfläche erstellt werden.

Umfassender Zugriff auf alle Kommunikationsobjekte

Sowohl Lemonbeat als auch Emalytics gehören zu einer neuen Software-Generation für Gebäude, die sich auf das Internet of Things (IoT) fokussiert. Ein wesentliches Kennzeichen ist, dass die Gebäudemanagement-Programme in einer Anwendungsschicht entstehen, von der aus ein umfassender Zugriff auf sämtliche standardisierten Kommunikationsobjekte in der Anlage möglich ist. Das reduziert den Aufwand für die Systemintegration.

Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Anwendungen, die zusätzlich Informationen über das Internet austauschen. So lässt sich das Gebäude als System lokal verbessern – beispielsweise durch eine an die aktuelle Nutzung angelehnte Kälte- und Wärmeerzeugung –, aber auch ein Gebäudeverbund optimiert betreiben. Letzteres ist wichtig, wenn die Gebäude Bestandteil eines Smart Grids sind und die Energieversorgung eines Quartiers über die lokale Betriebsführung unterstützen.

Die erarbeiteten Anwendungen sollen sich auf andere Gebäude übertragen lassen. Vorbild dieser Architekturen ist das Smartphone, auf das weitere Funktionen als Apps geladen werden können. Einen ersten Schritt stellt die Implementierung umfangreicher Überwachungsfunktionen dar. Anschließend werden im EBZ Effizienz-Indikatoren entwickelt, die über einen Soll-/Istvergleich schnell in die Betriebsführung des Gebäudes einfließen. Die offene Schnittstelle zur Gebäudeautomation erlaubt die Einbindung zusätzlicher Komponenten für das Nutzer-Monitoring und -Feedback sowie die Überprüfung der Wirkungsweise der daraus abgeleiteten Maßnahmen.

Erhebliche Reduzierung des Engineering- und Verkabelungsaufwands

Beim Neubau des EBZ war Phoenix Contact schon während der ersten Planungsschritte beteiligt. Gemeinsam mit dem Beratungsunternehmen Drees & Sommer wurde seinerzeit eine zukunftweisende Automatisierungsstruktur geplant. Alle Gewerke des Gebäudes sind mit Smart Devices ausgestattet, die über den Building-IoT-Controller ILC 2050 BI von Phoenix Contact mit der Managementplattform Emalytics kommunizieren.

Emalytics verbindet dabei die Gebäudeleittechnik mit dem aktiven Energiemanagement. Drei Steuerungen vom Typ ILC 2050 BI leiten die Daten aus der Feldebene an das überlagerte System weiter. Die IoT-basierten Controller auf der Grundlage des Niagara Frameworks agieren als Smart Devices, die sämtliche Daten der Gewerke normalisiert an die Managementplattform übertragen. Auf diese Weise lassen sich sowohl die klassischen Sensoren und Aktoren als auch neue intelligente IP-basierte Feldgeräte einfach und schnell in das System integrieren. Auf der Grundlage der erfassten Informationen ermöglicht Emalytics nun eine vorausschauende Wartung der verbauten Geräte.

Der IoT-Controller unterstützt alle in der Gebäudetechnik etablierten Standards wie Bacnet IP, Bacnet MS/TP, M-Bus, KNX/TP, SNMP oder oBIX. Entsprechende Module des I/O-Portfolios der Produktfamilie Inline koppeln gängige Bussysteme wie Dali, Modbus/TCP oder Modbus/RTU an. Durch die protokollunabhängige Einbindung der Feldgeräte in die IoT-basierte Steuerung reduziert sich der Engineering- und Verkabelungsaufwand erheblich.

Permanente Überprüfung der Gerätelaufzeiten und -zustände

Sämtliche Veranstaltungs- und Besprechungsräume, das Foyer und der Plenarsaal werden bedarfsgerecht klimatisiert. Die Beschattung und Belüftung erfolgen in Abhängigkeit von der Witterung und Raumnutzung. Über installierte Kontakte kann der Zustand der einzelnen Fenster auf einen Blick überwacht werden. Das erspart den zeitraubenden abendlichen Rundgang durch das Gebäude. Ferner sind alle Multimediageräte – wie die Beamer – an das Gebäudemanagement angebunden. So lassen sich die jeweilige Verwendung, Laufzeiten und Zustände überprüfen und auswerten. Der Personenaufzug ist ebenfalls an das Monitoring-Konzept angekoppelt, um Wartungen bedarfsgerecht durchzuführen und so Ausfälle zu vermeiden. Nicht zu vergessen die Ladesäulen für die Elektrofahrzeuge: Über Emalytics können die Facility Manager die Ladezustände und Energienutzung dauerhaft kontrollieren.

Der Neubau des EBZ belegt damit, dass sich die Energieeffizienz auf Basis der Informationstechnik nachhaltig steigern lässt. Die IoT-Technologie macht die Vorgänge in der Anlagentechnik und im Gebäude transparent. Aus den gewonnenen Daten leiten sich dann Handlungsempfehlungen für das Facility Management sowie die Nutzer ab. Ziel ist hier nicht das vollständig automatisierte Gebäude, das mit verschiedenen Schwierigkeiten behaftet ist, sondern ein assistives Gebäude mit hoher Akzeptanz und Energieeffizienz.

* Farina Georgi, Branchenmarketing Gebäudetechnik, Phoenix Contact, Blomberg; Prof. Dr.-Ing. Viktor Grinewitschus, Inhaber der Techem-Stiftungsprofessur für Energiefragen der Immobilienwirtschaft an der EBZ Business School, Bochum

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