Gebäudeleitsysteme für die Steuerung von Grossgebäuden

Was sind Gebäudeleitsystem oder Gebäudeleittechnik?

Ein Gebäudeleitsystem oder die Gebäudeleittechnik (die Begriffe werden ungefähr gleichbedeutend genutzt) bezeichnet die Gesamtheit von Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen in (meist grossen) Gebäuden. Darin enthalten sind Heizung und Klimatisierung ebenso wie Zugangskontrolle und Sicherheit. Im engeren Sinn wird der Begriff auch nur zur Bezeichnung der Software benutzt, die alle technischen Funktionen eines gesamten Gebäudes als übergeordnete Instanz steuert und überwacht. Die Leittechnik gehört damit zur technischen Gebäudeausrüstung. Bei einem Gebäudeleitsystem werden ganz unterschiedliche Systeme, Lösungen und Technologien wie etwa Heizung, Kühlung, Brandmeldetechnik oder auch Zutritts- und Aufzugssteuerung zentral zusammengefasst und durch die Leittechnik gesteuert. Die moderne Gebäudeleittechnik ersetzt damit das klassische System aus Verkabelungen, die Schalter mit Aktoren verbunden haben. Wesentliche Elemente eines Gebäudeleitsystems sind:

• Heizungs- und Klimasteuerung bis zur Einzelraumregulierung
• Beleuchtungssteuerung
• Sonnenschutzsteuerung
• Aufzugssteuerung
• Zutrittsregelung mit Berechtigungen für unterschiedliche Gebäudebereiche
• Alarmmeldesyssteme (bei unbefugtem Zutritt oder Brandereignissen)

Was ist Gebäudeautomation?

Da viele Vorgänge der Gebäudeleittechnik in modernen Gebäuden automatisiert ablaufen, spricht man von Gebäudeautomation. Dabei werden Funktionsabläufe automatisch überwacht und gesteuert, indem spezielle Software Informationen von Sensoren auswertet, um Bedienelemente und andere technische Einheiten im Gebäude zu steuern. Dafür ist eine weitgehende Vernetzung dieser Elemente notwendig. Die Gebäudeautomation kann auf diese Art eine automatische Einhaltung vorgegebener Parameter gewährleisten. So können Heizung und Klimaanlagen, aber auch Sonnenschutz automatisch gesteuert und geregelt werden. Weitere wichtige Aufgaben der Gebäudeautomation sind die Optimierung des Energieverbrauchs durch das Energiemanagementsystem sowie die Überwachung der Gebäudesicherheit. Ein Eingreifen durch den Menschen wird durch die Gebäudeautomation weitgehend unnötig gemacht und auf Sonderfälle beschränkt.

Aus welchen Komponenten besteht eine Gebäudeautomation?

Die Gebäudeautomation besteht aus drei Ebenen:

• Feldebene
• Automationsebene
• Managementebene

Das Gebäudeleitsystem bildet dabei die oberste Ebene, die Managementebene. Es leitet quasi das gesamte System. Das Gebäudeleitsystem dient auch als Nutzerinterface, das die Daten der Gebäudeautomatisation verständlich abbildet und einen Zugriff durch menschliche Bediener ermöglicht. Ganze Gebäude oder einzelne Komponenten werden damit am Computer oder sogar durch Apps überwacht und gesteuert. Auf diese Art können durch Fernzugriff auch Gebäude in grösserer Entfernung oder mehrere Gebäude zentral gesteuert werden. Auf der Feldebene verbindet ein Feldbus die sogenannten Feldgeräte wie Sensoren mit den Stellgliedern, den Aktoren. Mittels Speicherung langfristiger Messdaten in einer Datenbank kann das System auch "lernen" und unterschiedliche Szenarien berücksichtigen. Kern der Gebäudeautomation ist die Steuerungssoftware, die in der Regel auf einem Server läuft. Das System erhält Informationen von Sensoren (wie Temperatur-, Feuchtigkeits-, Helligkeits- oder CO2-Sensoren). Die Software sammelt diese Daten, verarbeitet sie und steuert wiederum andere Geräte über sogenannte Aktoren. Ein Aktor ist ein Steuerungsgerät, das ein anderes Gerät, etwa ein Fenster, bedient.

Welchen Stellenwert hat das Energiemanagement und dessen Steuerung?

Ein wichtiger Bestandteil eines Gebäudeleitsystems ist das Energiemanagement. Dafür werden Energieverbrauchswerte über einen längeren Zeitraum beobachtet und diese Daten in einem Messdatenserver gespeichert (Energiemonitoring). Die Daten können dann als Basis für das zukünftige Energiemanagement dienen. Auch andere Systeme können auf diese gespeicherten Energiedaten zugreifen.

Wie wird die Kommunikation der einzelnen Komponenten gewährleistet?

Da die Gebäudeleittechnik Daten von unterschiedlichsten Messstellen berücksichtigt und eine grosse Anzahl von Parametern steuern muss, sind vor allem die Schnittstellen entscheidend, die den schnellen und reibungslosen Austausch grosser Datenmengen gewährleisten müssen. Dafür wird heute überwiegend der KNX-Standard genutzt, ein herstellerübergreifender Standard, der sich als Nachfolger des EIB (Europäischer Installations Bus) etabliert hat. KNX nutzt ein Steuerungsnetz mit 30 Volt Gleichspannung, das vom Energieversorgungsnetz unabhängig ist.

In welchen Gebäuden ist ein Gebäudeleitsystem notwendig?

Das Ziel eines Gebäudeleitsystems ist ein Gewinn an Effizienz, Sicherheit und Komfort. Gebäudeleitsysteme sind bisher nur bei grossen Gebäuden wie etwa Bürokomplexen üblich, bei denen sie nahezu unersetzbar sind. Aber auch bei Wohnhäusern können sie in kleinem Massstab im Rahmen eines Smart Homes sinnvoll sein. In diesem Zusammenhang wird meist die Bezeichnung "intelligentes Gebäude" gewählt. Das betrifft in der Regel Anwendungen, die den Komfort der Nutzer steigern sollen: So können sich etwa die Jalousien je nach Sonneneinstrahlung automatisch öffnen und schliessen, die Pflanzen bewässert und die Beleuchtung automatisch geregelt werden.

Warum ist die Sicherheit so ein grosses Thema?

Ein wichtiger Aspekt in der Gebäudeleittechnik ist die Sicherheit: Ein Gebäudeleitsystem kann die Sicherheit des Gebäudes durch Zutrittsregelung und Risikoerkennung (etwa bei einer Brandentwicklung) verbessern, aber auch selbst zum Risiko werden. Ein auf Software basierendes Gebäudeleitsystem ist grundsätzlich anfällig gegen Angriffe durch Hacker, die über das Netzwerk dann im schlimmsten Fall auf das gesamte Gebäude zugreifen können. Auf diese Art bringt mehr Vernetzung ein grösseres Sicherheitsrisiko mit sich, weil eine zentrale Zugriffsmöglichkeit immer auch eine zentrale Angriffsmöglichkeit bedeutet. Die Gebäudeleittechnik unterliegt deshalb gesetzlichen Regelungen, etwa durch die EU-Richtlinie 2006/42/EG ("Maschinenrichtlinie"), die in der Schweiz in nationales Recht übernommen wurde.