Unterschiedlicher kann das Innovationstempo in der Gebäudetechnikbranche kaum sein. Während die Betreiber großer kommunaler und staatlicher Liegenschaften mit den Umbilden mehrerer Generationen an Gebäudeleittechnik- (GLT), Automations- und MSR-Systemen in offener und geschlossener Ausführung kämpfen, sind andere schon auf dem Sprung zum Gebäude 4.0. Die Protagonisten integrierter Managementsysteme für Real Estate, Gebäudeautomation (GA), Energiemanagement (EM) sowie Wartung und Service erhoffen sich aus den dann bereitstehenden gebäudetechnischen Massendaten neue Impulse zum Bau und Betrieb neuer, nach der BIM-Methode geplanter Gebäude mit einer stärkeren Ausrichtung an der Wirtschaftlichkeit des Gebäudekonzepts. Gleichzeitig geht es darum, die Bedienschnittstelle zwischen dem Gebäudesystem und dem Nutzer nach den heutigen Bedürfnissen und Fähigkeiten auszurichten. Auf der anderen Seite gilt es, die Migration bestehender Anlagen voranzutreiben und den Betrieb gegen nicht autorisierte Eingriffe durch Dritte im Einklang mit den neuen rechtsverbindlichen Sicherheitsstandards abzusichern. Es bedarf nicht viel Phantasie, dass durch verschärfte EnEV-Standards, BIM-Planungsmethoden, integrierte Managementsysteme und neue Bürokonzepte künftig ganz andere Anforderungen an die TGA gestellt werden als bisher.
Mehr Digitalisierung, mehr Energie-einsparung, mehr Wirtschaftlichkeit
Die klassische Gebäudeautomation (GA) mit den Funktionen Überwachen, Steuern, Regeln und Optimieren, scheint ein Auslaufmodell zu sein. Dem aktuellen Stand, gewerkeübergreifende Funktionen in nur noch ein Gebäudemanagementsystem zu integrieren, folgt Gebäude 4.0, das zusätzlich aus allen im Gebäude verfügbaren Daten einen Mehrwert für den Betreiber bzw. Nutzer generieren soll. Rainer Haueis, Siemens AG, umreißt die Entwicklungsstufen von der klassischen Gebäudeautomation zu einem künftigen Real Estate Cockpit so:
Generierung von Kennzahlen über Anlagen, Gebäude und Liegenschaften aus Planungs- und Betriebsdaten
Automatische Aufstellung von Ranglisten über wirtschaftliche Optimierungs-maßnahmen
Überprüfung von energetischen Verbesserungsmaßnahmen nach dem Motto, was haben wir bestellt, was haben wir bekommen
Plausibilitätskontrollen der GA- und Anlagenfunktionen anhand von Kenngrößen (typisches Problem: heizen und kühlen gleichzeitig)
Anpassung der GA-Strategie an die jeweilige Gebäudenutzung
Automatische Optimierung der Energieversorgung (Kosten, Energieverbrauch, Umweltparameter)
Das von Siemens gemeinsam mit SAP entwickelte Real Estate Cockpit soll neben den wichtigsten Geschäftsindikatoren (z. B. Portfolio Manager) auch benutzerspezifische Ansichten und spezifische Daten wie Wartungskosten je Einheit, Belegungsstruktur, Anzahl Serviceeinsätze, Mieterzufriedenheit, Leerstand, Altersstruktur von Gebäude und Anlagen, Portfolio und andere Daten per Dashboard bereitstellen. Dieses Dashboard müsse nutzerspezifisch in der gesamten Bandbreite der Real-Estate-Aufgaben definierbar sein. Haueis weist auf die Notwendigkeit hin, die in solchen Systemen anfallenden Datenmengen für die Planung künftiger Gebäude zu nutzen: Neubauten müssen konsequent anders geplant werden. Dabei wird BIM künftig allgegenwärtig sein.
VDMA-Einheitsblatt 24774 ist rechtsverbindlich
VDMA-Einheitsblätter widerspiegeln den Stand der Technik und sind damit rechtsverbindlich. Für die Hersteller, Planer, Installationsfirmen und Anwender von Gebäudeautomationssystemen bedeutet dies, dass sie über die Risiken von GA-Systemen im IT-Umfeld spätestens mit der Herausgabe der VDMA 24774 IT-Sicherheit in der Gebäudeautomation vom Juni 2016 Bescheid wissen bzw. Abwehrmaßnahmen getroffen haben müssten.
Andreas Wetzel, Sauter-Cumulus GmbH, Freiburg, warnt deshalb vor einer sorglosen Aufschaltung, insbesondere bestehender GA-Systeme, auf IT-Infrastrukturen, denn Altanlagen seien besonders anfällig gegenüber gezielten Hackerangriffen oder Datenklau. Vielen Betreibern, Anlagenbauern oder GA-Planern sei nicht bewusst, welche Konsequenzen die Veröffentlichung des VDMA-Einheitsblattes 24774 für sie habe. So müsse künftig die IT-Sicherheit von GA-Systemen in Leistungsverzeichnissen dezidiert ausgewiesen werden. Gleichzeitig müsse der Bauherr bzw. der Nutzer der Gebäudeautomation die IT-Sicherheit seiner Anlagen offensiver einfordern. Ebenso müssten Hersteller entsprechende Technologien in ihren Produkten und Projekten an-bieten. Wetzel räumt ein, dass bei BACnet-Systemen Sicherheitslücken bestehen und die vorhandenen Controller oft nicht die erforderliche Rechnerleistung zur Umsetzung der IT-Sicherheit aufweisen. Als erste Maßnahme zur Verbesserung der Sicherheit empfiehlt Wetzel, den physikalischen Zugang zu Schaltschränken zu limitieren und die entsprechenden Firewalls zu überprüfen. Auch Funkübertragungsstrecken müssten auf den sicherheitstechnischen Prüfstand. Wetzel rät, bestehende Funktionalitäten von GA-Systemen darauf zu überprüfen, ob diese überhaupt gebraucht werden. Ein wichtiges Hilfsmittel zur Identifizierung und Umsetzung von IT-Sicherheitsmaßnahmen seien die IT-Grundschutz-Webseiten des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI, www.bsi.de ).
Gebäude systematischer in Betrieb nehmen
Auch Karl-Heinz Belser, Johnson Controls Systems & Service, Stuttgart, betont, wie wichtig künftig die geplante IT-Sicherheit bei Gebäudeautomationssystemen ist. Mehr Vernetzung und mehr Sensorik bedeuten noch größere Datenmengen und damit auch mehr Angriffspunkte. Um die TGA-Gewerke einheitlich in das GA-System einzubringen, sei es notwendig, die VDI-Richtlinie 3814 Gebäudeautomation dem aktuellen Stand zuzupassen. Wegen der zunehmenden Komplexität des GA-Gewerks spiele das Inbetriebnahme-Management als Teil der Projektentwicklung und der gewerkeübergreifenden Fachplanung künftig eine wichtigere Rolle. Das zeige beispielsweise die Green Building-Zertifizierung nach LEED-Standard, die eine grundlegende Inbetriebnahme (fundamental commissioning) der gebäudetechnischen Gewerke als unabdingbare Voraussetzung zum Erreichen der 35 Punkte im Bereich Energie und Atmosphäre vorschreibe.
Analog zur Entwicklung Industrie 4.0 sieht Belser die Planungsmethode BIM als Start in den Evolutionsstandard Gebäude 4.0. Die Nutzung der damit einhergehenden Massendaten sei dann der Einstieg in das Internet der Dinge und damit in neue Gebäudetechnologien.
Vereinigung VDI 3813 und VDI 3814zur neuen VDI 3814
Nachdem die bauklimatischen Einsparmöglichkeiten bei Gebäuden weitgehend ausgereizt sind, konzentriert sich die TGA-Branche mehr auf die Effizienzverbesserung bei den Komponenten sowie auf einen effizienteren Anlagenbetrieb. Dabei spielt die Gebäudeautomation als zentrales Werkzeug zur Generierung weiterer Effizienz-Strategien künftig eine tragende Rolle, so der allge- meine Tenor auf der GLT-Anwendertagung.
Um die Planungs- und Ausführungsqualität von Gebäude- und Raumautomation zu verbessern und den Anforderungen einer IT-basierenden Gebäudeautomation gerecht zu werden, arbeitet der VDI als Regelsetzer derzeit daran, die bisher getrennten Richtlinienreihen VDI 3813 (Raumautomation) und VDI 3814 (Gebäudeautomation) miteinander zu verbinden.
Jörg Balow, Arup Deutschland GmbH, Berlin, wies bei der Vorstellung der neuen VDI 3814 darauf hin, dass Planer und Bauherren künftig sehr viel mehr Zeit in die Erarbeitung der Grundlagen für ein Leistungsverzeichnis investieren müssen. Dabei ist die Vorgehensweise in Blatt 2.1 in Form von Checklisten vorgegeben, nach dem Motto, wie ist zu planen und was muss getan werden. Das neu erarbeitete Blatt 3 habe den Vorteil, dass es wie ein Baukasten aus Funktionen und Funktionsmakros aufgebaut ist.
Blatt 5 Energieeffizienz beschreibt, mit welchen Funktionen die Energieeffizienzziele der Bundesregierung im Neubau wie auch im Gebäudebestand erreicht werden. Blatt 6 Qualifizierung von Personen kommentiert Balow kurz und knapp: Wir haben zu wenig Personal, das zudem nicht ausreichend ausgebildet ist.
Eine besondere Herausforderung sieht Balow in der VOB-gerechten Umsetzung der VDI 3814. Das Leistungsverzeichnis muss der neuen VOB-DIN 18386, Teil 0, entsprechen. Teil 0 ist für Planer verpflichtend! Dabei gelte es, besonders die neuen Punkte 0.2.13 (Funktionsbeschreibung), 0.2.14 (Anforderungen an Energieeffizienz und Energiemanagement), 0.2.15 (Vorgaben von Gutachtern) und 0.2.16 (Vorgaben digitaler Datenaustausch) zu beachten. Bei Nichtbeachtung drohen den GA-Planern Schadenersatzklagen, so Balow, da VDI-Regeln rechtsverbindlich sind.
Fehler im GA-System automatisch erkennen
Dieser Fehler scheint symptomatisch für das regelungstechnische Zusammenspiel von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage zu sein: Es wird geheizt und gleichzeitig gekühlt. Oft reicht ein defektes Ventil aus, und die Anlagen spielen verrückt. Thorsten Müller-Eping, Fraunhofer ISE, Freiburg, bemängelt, dass weder bestehende noch neue Gebäudeautomationssysteme mit Fehleranalysefunktionen ausgestattet sind. Selbst wenn entsprechende Informationen zur Verfügung stehen, würden diese nur in den seltensten Fällen genutzt. Hinzu kämen schrumpfende Budgets und begrenzte Personalressourcen, die sich negativ auf den Gebäudebetrieb und damit auf die Gebäudeenergieeffizienz auswirkten. Erfahrungen mit professionell angewendeten Energiemanagementsystemen und Analysemethoden hätten jedoch gezeigt, dass in solchen Fällen durch geringinvestive Maßnahmen, wie zum Beispiel eine sorgfältige Betriebsführung, 5 bis 30 Prozent an Energie eingespart werden könne.
Müller-Eping fordert, künftige Gebäudeautomationssysteme mit regelungsbasierenden Fehlererkennungs-Programmen auszurüsten. In einem nächsten Schritt könnten modellbasierende Diagnosesysteme auf der Basis von Messdaten und Simulation Eingang finden. Auch sei eine große Rechen- bzw. Speicherkapazität im GA-System erforderlich. Aktuell sei die automatische Fehlererkennungs-Methode nahe an der Markteinführung. Die Amortisationszeit soll bei ein bis drei Jahren liegen.
Besseres Image durch Geschäftsmodell GA-Qualitätskontrolle
Mehr Wärmeschutz geht nicht, die bauphysikalischen Möglichkeiten sind ausgereizt. Deshalb werde der Gebäudeautomation bei der Umsetzung der Energiewende bei Gebäuden ein höherer Stellenwert als bisher beigemessen. Diese Erkenntnis war auf der Tagung gleich mehrfach zu hören. Allerdings müsse die Qualität der Planung, der Ausführung auch des Betriebs deutlich verbessert werden, mahnt Stefan Plesser, Synavision GmbH, Bielefeld. Sein Urteil: Die Planung ist oft schlecht und zu komplex. Die Planer machen häufig große Versprechungen, liefern aber nicht. Der Bauherr bzw. Auftraggeber muss sich fragen, ob er das bekommt, was er bestellt hat. Eine unabhängige Qualitätssicherung von GA-Systemen sei notwendig, denn es mache keinen Sinn, dass TGA-/GA-Planer die von ihnen geplanten Anlagen selbst prüfen. Plesser und Kollegen haben deshalb 2010 die Synavision als Spin-off der TU Braunschweig (Gebäude-Engineering) und der RWTH Aachen (Software-Engineering) gegründet und ein Konzept zur Prüfbaren Gebäudeperformance entwickelt, erprobt und umgesetzt. Seit 2015 bietet das Unternehmen den Digitalen Prüfstand für Gebäudeperformance als Dienstleistung für Gebäudebetreiber und als Software-Lizenz für Ingenieure an.
Neue Bürowelt bei Bosch ohne Heizkörper
Die neue Bürowelt ohne Einzelbüros, dafür mit strukturierten Arbeits- und Kommunikationszonen, eng gesetzten Einheitsschreibtischen, großzügigen Teeküchen mit Lounge-Bereichen sowie separaten Zonen für Besprechen und Telefonieren stellen ganz neue Anforderungen an das Heizungssystem, die Raumtemperaturregelung und die Raumakustik.
Bei einem Umzug aus einem konventionellen Bürogebäude in ein Niedrigenergiegebäude vom Typ neue Bürowelt scheint die Vorbereitung der Mitarbeiter und die damit einhergehende Abkehr von Einzelbüros und anderen Privilegien zumindest in der Übergangsphase notwendig und sinnvoll zu sein.
Werner Steiner und Ute Bartels, Robert Bosch GmbH, berichteten am Beispiel des Bürogebäudes SI 125 (36 x 72 m) am Bosch-Standort Schwieberdingen von ihren Umzugserfahrungen und den Ergebnissen eines wissenschaftlich begleiteten Nutzer-Feedbacks. Abgesehen von den bekannten Tücken und Besonderheiten der schönen neuen Bürowelt ging es auch darum, wie sich ein nach Niedrigenergiestandard geplantes Low-Budget-Bürogebäude (1 500 Euro/m2, 3-Scheiben-Wärmeschutzglas, 20 bis 25 cm starke Wärmedämmung, luftdichte Gebäudehülle, kompakter Baukörper) auf das Befinden der Mitarbeiter auswirkt.
So wurde beispielsweise außer in den Treppenhäusern auf statische Heizkörper verzichtet, d. h. die Heizfunktion wird von der Lüftung übernommen. Raumfunktionen wie Raumtemperaturregelung, Lüftung und Beleuchtung werden nur noch zentral gesteuert, ebenso die Sonnenschutzanlage. Um sich ein möglichst professionelles Bild über die Akzeptanz der neuen Bürowelt zu verschaffen, wurde das Fraunhofer-Institut für Bauphysik in das sogenannte Change Management eingebunden, das ein umfassendes Bewertungs- und Analysetool für das alte Bürogebäude, den Umzug und die erste Nutzungsphase entwickelte.
Kulturfrage Komfort am Arbeitsplatz
Bei der Frage, was ist Komfort am Arbeitsplatz und wie erreiche bzw. sichere ich ihn langfristig ab, gibt es unterschiedliche Auffassungen. Achim Zerbst, Energiemanager bei der Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KG, Minden, bringt das komplexe Thema auf einen einfachen Nenner: Wenn an einem Büroarbeitsplatz oder in der Produktion niemand friert, wird Energie verschwendet. Zerbst ist überzeugt, dass der rein regelungstechnisch vorgegebene thermische Komfort nicht automatisch Behaglichkeit erzeugt. Vielmehr gelte es, das Wärme- bzw. Kälteempfinden der betroffenen Nutzergruppe auszuloten und dann den Sollwert knapp darüber zu legen. Eine hohe Zufriedenheit könne man erreichen, wenn eine Bandbreite bei der Raumtemperatur von ±1,5 K eingeräumt werde. Auf keinen Fall dürfe man das Komfortbedürfnis der Beschäftigten der Energieeffizienz unterordnen, denn Komfort am Arbeitsplatz sei auch ein Ausdruck der Firmenkultur.
Ein GA-/EM-System für 160 Gebäude
Warum mehrere GA-Systeme parallel betreiben, wenn ein System für das Gebäude- und Energiemanagement nicht nur ausreicht, sondern auch einen Mehrwert generiert. Björn Brecht, Kieback & Peter, Berlin, zeigte am Beispiel der 160 Gebäude umfassenden Liegenschaft Uni Rostock, welche Möglichkeiten ein integriertes Gebäude- und Energiemanagement eröffnet. Die Aufgabe war, ein stark zerklüftetes, über Jahrzehnte gewachsenes GA-System so zu migrieren bzw. zu erneuern, dass es die heutigen Anforderungen eines modernen Universitätsbetriebes erfüllt. Realisiert wurde das integrierte Gebäudeleit- und Energiemanagementsystem auf der Basis des Qanteon-Systems von Kieback & Peter. Björn Brecht: Durch unser Softwaredesign haben wir den Kostenblock Schulung drastisch reduzieren können, denn die Bedienung ist einfach und sie macht Spaß. Mit weniger Aufwand stehen nun sehr viel mehr Funktionen zur Verfügung.
BMW setzt auf simulationsgestützte Optimierung
Auch professionell betriebene Gebäude und Liegenschaften verfügen über ein großes Energieeinsparpotenzial. So konnte beim IT-Center der BMW Group in München (Baujahr 2007, 59 000 m² BGF, 3 000 Mitarbeiter, vollklimatisiert durch RLT mit Bauteilaktivierung, Fußbodenheizung, Kühldecken) durch den Einbau einer simulationsgestützten Optimierung der Energieverbrauch nachweislich um 25 Prozent gesenkt werden. Vorteil des von Meteoviva, Jülich, entwickelten Verfahrens ist der geringe Investitionsbedarf durch die Nutzung des vorhandenen GLT-Systems, denn die sogenannte MeteoVivaBox wird einfach dem GLT-System vorgeschaltet und per Internet oder UMTS über eine VPN-Verbindung mit dem Rechenzentrum von Meteoviva verbunden. Laut Dr. Rainer Angerhöfer, Leiter Energiemanagement, BMW Group, hat der anfangs von Woche zu Woche wechselnde Fahrbetrieb mit und ohne Meteoviva Climate (MVC)-Steuerung den Nachweis erbracht, dass sich die Investition innerhalb von drei Jahren amortisiert. Umgesetzt wurde das Projekt im Rahmen von Energie-Einspar-Contracting mit einer Laufzeit von fünf Jahren. Durch die Nutzung der vorhandenen GLT-Datenpunkte war es möglich, auch die bestehenden Zonen- und Raumtemperatur-Regelkreise individuell über die MVC-Daten anzusteuern. Dadurch wird nicht nur die individuelle Behaglichkeit an den Büro- und IT-Arbeitsplätzen verbessert, auch defekte Geräte, Sensoren und Aktoren werden erkannt und angezeigt. Typisch für die neue Fahrweise nach MVC-Kriterien sind die bedarfsgesteuerten Heizzeiten in Abhängigkeit der Speicherwirkung der jeweiligen Regelzone, die Aufschaltung der Wetterprognose sowie die Berücksichtigung der vorausberechneten solaren Einstrahlung ( www.meteoviva.com ).
Fazit
Das Thema Gebäudeautomation ist inzwischen vielschichtiger als in den Fachmedien dargestellt. Während die Betreiber öffentlicher und kommunaler Liegenschaften aktuell noch mit kostenintensiven Migrationsprojekten und der Sicherheit vor Hackerangriffen beschäftigt sind, bereiten GA-Hersteller ihre Systeme bereits auf das Gebäude 4.0 vor. Begrüßt werden vor allem GA-Systemvarianten mit automatischer Fehlererkennung, automatisch erstellten Energiemanagement-Berichten sowie der Option, alle das Gebäude betreffend technischen und kaufmännischen Daten jederzeit in aufbereiteter Form abrufen zu können.
Eine wichtige Rolle wird künftig der Planungsmethode BIM sowie der Auswertung von Massendaten aus den der Gebäudeautomation übergeordneten Real Estate-Managementsystemen beigemessen. Erste Projekte der Kategorie schöne neue Bürowelt lassen erkennen, dass für Gebäude der Generation 4.0 womöglich völlig neue Energie- und Gebäudetechnikkonzepte notwendig sind.
Die nächste GLT-Anwendertagung findet vom 6. bis 8. September 2017 an der Technischen Universität Ilmenau statt.
Wolfgang Schmid,
freier Fachjournalist für Technische Gebäudeausrüstung, München
