Gebäudesystemtechnik

Die Elektroinstallation in Gebäuden und deren Aufgaben haben sich im Laufe der letzten Jahre erheblich gewandelt. Schalten, Steuern, Anzeigen, Melden, Überwachen und Messen mithilfe geeigneter Computer gehören inzwischen zu den Aufgabenstellungen der Installationstechnik. Besonders bei Zweckbauten übertragen Installations-Bussysteme die Steuersignale getrennt von den Energieleitungen.

In Los Angeles beginnt ein Hochhaus plötzlich zu beben und bricht in einer Staubwolke zusammen. Die 40 Millionen Dollar teure Steuerung des modernsten Bürogebäudes aller Zeiten, eine mit Elektronik voll gestopfte ¿Hightech-Maschine¿, die alles und jedes im Griff hat, dreht durch. In einem ¿Spiel gegen den Programmierer¿ schaltet der Computer die Hydraulikzylinder der aktiven Erdbebenkompensatoren ein und zerstört den Neubau noch vor der Übergabe an die japanischen Auftraggeber. Philip Kerr bedient sich dieses makabren Techno-Szenarios in seinem spannenden Architekten-Thriller ¿Game over¿ aus 1995 (rororo Taschenbuch, DM 16,90).

Alles unter einem Hut

Die Realität der Gebäudeautomatisierung als Teil des Facility Management entpuppt sich als sehr viel harmloser. Sie bietet aber, richtig eingesetzt, ein hohes Maß an sicherem und automatisiertem Komfort. Im Prinzip geht es darum, alle Funktionen für den optimalen Betrieb von Gebäuden zu vernetzen und zu automatisieren. Das bedingt einerseits die Steuerung der mechanischen Funktionen durch elektrische und elektronische Einrichtungen sowie andererseits das Vereinbaren (Normen) von Schnittstellen, damit die einzelnen Funktionsgruppen nahtlos aneinander passen. Der europäische Installationsbus EIB hat sich inzwischen in einer großen Zahl von Anwendungen bewährt und dürfte heute in diesem Bereich führen. Zumal in Deutschland alle wichtigen Anbieter diesen Bus unterstützten.

Dies alles schreibt und liest sich leichter, als es in der Praxis zu verwirklichen ist. Schließlich gilt es, bereits beim Bau eine ganze Reihe unterschiedlichster Gewerke unter einen Hut zu bekommen und miteinander zu verknüpfen. Hier kommen insbesondere die ¿mechanischen¿ Bereiche wie Sanitär, Heizung, Klima, Lüftung aber auch Förder-, Umwelt- und Entsorgungstechnik kaum noch ohne elektrisch/elektronische Unterstützung aus.

Die Anforderungen

Der Gebäudenutzer ¿ ganz gleich ob gewerblich oder privat ¿ fordert von der Gebäudetechnik Komfort, Sicherheit, ein gewisses Maß an Intelligenz sowie den schonenden Umgang mit der Umwelt und den Ressourcen.

Beim Komfort haben wir uns daran gewöhnt, dass sich das Garagentor per Funk öffnen lässt, das Licht automatisch angeht und die Heizung uns zuverlässig angenehme Temperaturen verschafft. Das können einzelne Sensoren schon recht gut bewältigen. Miteinander verknüpft ergeben sich allerdings sehr viel sinnvollere Abläufe. So regelt sich die Heizung in einem Raum selbsttätig herunter, wenn ein Fenster geöffnet wird. Jalousien schließen sich sowohl bei Dunkelheit als auch bei starker Sonneneinstrahlung. Diese Komfortliste ließe sich noch ellenlang fortführen.

Sicherheit steht hier selbstverständlich gleich für mehrere Richtungen. Das beginnt mit dem zuverlässigen Betrieb aller Funktionen und setzt sich mit den vielfältigen Vorkehrungen gegen ungebetene Besucher fort. Die zentrale Überwachung von Türen und Fenstern mit Glasbruchsensoren, Bewegungsmeldern sowie das automatische Weiterschalten von Alarmmeldungen an eine Notrufzentrale sind mögliche Beispiele. Fast schon ein Übergang zum intelligenten Haus bietet die Vision, die Gewohnheiten der Nutzer aufzuzeichnen und bei Abwesenheit zu simulieren. Das automatische Reagieren auf Umwelteinflüsse wie Gewitter, Regen oder Sturm durch Schließen der Fenster, Einrollen der Markisen und ähnlichen Vorkehrungen funktioniert per Bus-Vernetzung sehr viel effizienter.

Energie und damit Kosten sparen, gilt zurzeit noch als ein wichtiges Motiv, für den Einsatz moderner Gebäudetechnik. Das Steuern von Heizung, Klima und Lüftung zusammen mit dem Einsatz und der Regelung von Jalousie- und Beschattungssystemen bieten hier vielfältige Möglichkeiten. Moderne, intelligente Fassadensysteme, die Energie erzeugen und ihren Wärmedämmwert an die jeweilige Situation anpassen können, erweitern dieses Spektrum.

Dies alles setzt einen erheblichen Investitionsaufwand voraus, der erfahrungsgemäß zwischen 30 und 60 Prozent der Baukosten liegt. Als kritisch erweisen sich die bemerkenswerten Unterschiede in der Lebensdauer. Technik muss etwa alle 20 Jahre ausgetauscht werden, um als modern zu gelten. Die Bausubstanz hält dagegen mindestens 80 Jahre. Daraus ergibt sich die Forderung nach einer flexiblen, möglichst einfach zu verändernden Installationstechnik, was in Zweckbauten sehr viel leichter zu realisieren ist, als in Wohnbauten.

Die Busse

Konventionelle Installationen, im Allgemeinen als Inseln realisiert, benötigen wegen ihrer sternförmigen Verdrahtung einen erheblichen Installationsaufwand und lassen sich nur schlecht an veränderte Bedingungen anpassen. In Installations-Bussystemen werden dagegen alle Verbraucher über baumförmige Leitungssysteme sowohl mit elektrischer Energie als auch mit Daten und Steuersignalen versorgt. Einzelne Geräte werden durch adressierte Datentelegramme gesteuert, wobei eingebaute Elektronikchips die Erkennung des richtigen Telegramms und dessen Dekodierung übernehmen.

Während bei älteren Anlagen von der zentralen Elektroverteilung aus einzeln abgesicherte, drei- bis fünfadrige Versorgungsleitungen mit niedrigem Querschnitt sternförmig zu den Betriebsmitteln und Geräten führen, erfordert die Busverdrahtung allenfalls noch je eine fünfadrige Energie-Busleitung mit großem Querschnitt für die Beleuchtung und gegebenenfalls für die übrigen Anschlüsse. Von diesem Bus zweigen Stichleitungen zu den jeweiligen Verbrauchern ab. Hier müssen dann dezentral zwischengeschaltete selektive Leitungsschutzschalter dafür sorgen, dass eine Störung in einem untergeordneten Zweig nicht die ganze Anlage lahm legen kann.

Die eigentliche Datenübertragung erfolgt beim EIB über eine ¿ vom Energietransport ¿ getrennte Zweidrahtleitung und busfähige Installationsgeräte. Die hierarchisch gegliederte Struktur umfasst jeweils Linien mit maximal 64 Teilnehmern und 1000 Metern größter Gesamtkabellänge. Bereichskoppler und Linienverstärker erweitern diese Grenzen erheblich.

Vorhandene konventionelle Anlagen umzurüsten, bereitet wegen der erforderlichen Busleitungen oft Probleme. Hier könnte das Powernet-EIB von Busch- Jäger die Lücke füllen. Es benutzt als Medium die normale 230-Volt-Leitung, auf der mit Trägerfrequenzen von 105,6 und 115,2 Kilohertz übertragen wird. Selbstverständlich finden Sie im Programm dieses Unternehmens eine komplette Familie geeigneter Geräte für die Gebäudeautomatisierung.

Noch eleganter können Sie vorhandene Gebäude mithilfe des Funk-Bussystems nachrüsten. Beim Funkbus-EIB kommen Sie völlig ohne zusätzliche Steuerleitungen aus. Die Signalübertragung übernehmen kleine batteriebetriebene Sender und Empfänger in den jeweiligen Komponenten. Das System arbeitet bei 433,42 Megahertz mit Sendeleistungen von unter zehn Milliwatt. Passende Schnittstellen zum leitungsgebundenen EIB sichern die Zusammenarbeit in größeren Anlagen.

Die Technik

Die erforderliche Technik lässt sich grob in drei Bereiche einteilen: Die Sensoren zum Erfassen der Umgebungsbedingungen und Stellgrößen, die Aktoren als Stellglieder zum Ausführen der gewünschten Funktionen sowie die Systemtechnik, um die Grundfunktionen bereitzustellen.

Da inzwischen mehr als hundert Unternehmen den EIB unterstützen gibt es ein sehr umfangreiches Angebot an Komponenten und Baugruppen. Es reicht vom kleinen Einbaugerät für die Schalterdose bis zur größeren Zentrale für umfangreiche Aufgaben. Dazwischen liegen Geräte für den Einbau in Installationskanalsysteme, Fernsteuerungen per Funk oder Infrarot sowie Schnittstellen fürs Mobiltelefon.

Gerade im Hinblick auf die schnellen Wechsel in der Aufgabenstellung, die manche schon als Änderungswut bezeichnen, scheint mir der Trend zur steckbaren Installation mit konfektionierten Leitungen ein viel versprechender Ansatz. Solche Systeme bieten schnelle Änderungs- und Erweiterungsmöglichkeiten ohne beispielsweise den laufenden Betrieb unterbrechen zu müssen. Obwohl letztendlich der spitze Rechenstift über solche Investitionen entscheidet, stehen hier viele Vorteil auf der Habenseite.

Heimsysteme

Auch wer nicht gleich Millionen Dollar in sein Haus einbaut, wie Bill Gates, konnte sich bisher schon an den Segnungen der vernetzten Haustechnik erfreuen. So richtig ins Geschäft mit den Häuslebauern wollen die Hersteller und Anbieter aber erst noch kommen.

Als Beispiel für diese Entwicklung, die sich vor allem als erweiterungsfähige Einstiegsplattform für alle möglichen neuen Trends darstellt, mag das Siemens Home Electronic System (HES), auf Basis des EIB dienen. Damit hält, so versichern die Regensburger, wo diese Systeme entwickelt und gebaut werden, kein futuristisches Computersystem Einzug in die eigenen vier Wände, sondern der neue Standard der elektrischen Installationstechnik. Die Haustechnik und alle elektrischen Geräte, die bisher als Einzelsysteme arbeiteten, kommunizieren jetzt mittels EIB direkt miteinander: von der Heizung und Lüftung über die Beleuchtung, Türschlösser, Telefon und Unterhaltungselektronik bis hin zu Waschmaschine, Küchenherd und Kühl-/Gefrierschrank.

Wenn alles funktioniert...

Diese schöne neue Welt bietet ein wahres Füllhorn von angenehmen Möglichkeiten, erzeugt aber auch einen Rattenschwanz von Abhängigkeiten. Ein kleines Beispiel mag dies verdeutlichen: Vor einiger Zeit erreichte ich während eines Gewitters mit dem Auto die heimatliche Garage. ¿Gottseidank haben wir einen funkgesteuerten Garagentorantrieb und müssen nicht raus in den Regenguss¿, strahlte ich meine Frau an. Leider rührte sich nichts. Quitschnass gelangte ich durch einen Nebeneingang ins finstere Haus. Ein direkter Blitzeinschlag und eine hohe Überspannungsspitze aus einer nahen Umspannstation hatten große Teile der Elektrik und Elektronik im Haus und in der Umgebung lahm gelegt. Die neue vollelektronische Tankstelle im Ort musste die Kunden zur Eröffnungsfeier zum ¿nur elektrifizierten¿ Konkurrenten schicken.

Ich kenne selbstverständlich die Antworten einiger Zeitgenossen: ausreichenderer Blitzschutz, besserer Überspannungsschutz, automatische Notstromversorgung und, und, und ¿ wie geschrieben, Abhängigkeiten! Ich bin viel zu sehr Techniker, um mir dadurch den Spaß an der Gebäudesystemtechnik verderben zu lassen. Auf eines sollten Sie allerdings höllisch aufpassen: Vermeiden Sie aktive Erdbebenkompensatoren im Keller!

Bernhard Siegmund

Links: http://www.wieland-electric.com, http://www.busch-jaeger.de