Die Betreiber und Nutzer von Gebäudeautomationssystemen großer Liegenschaften haben – was Planung, Aufbau, Bedienung und Systempflege anbelangt – oftmals ganz andere Vorstellungen als die Hersteller, so der Eindruck des Chronisten,der die sehr praxisorientierte Veranstaltung erstmals besuchte. Wie der Name schon sagt, handelt es sich um eine Fachtagung der Anwender von GLT-Systemen, die von den Mitgliedern des GLT-Anwenderkreises für die Mitglieder organisiert wird. Turnusgemäß wurde die Tagung in diesem Jahr von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) in Frankfurt am Main aus-gerichtet.
Allgemeiner Tenor der Veranstaltung: Das von der Gebäudeautomations-Industrie favorisierte BACnet-Protokoll gilt inzwischen als Kostentreiber, da die viel zitierte Offenheit in der Realität so nicht erreicht wird und Systemänderungen und Erweiterungen mit viel Aufwand verbunden sind. Auch die Vielzahl an Standards und Protokollen und die daraus resultierende Komplexität der Systeme bremse die Entwicklung und führe zu Frust beim Bedienpersonal.
TCP / IP anstatt Protokoll-Wirrwarr
Warum kommen die Automatisierung von Gebäuden und das Internet der Dinge so schleppend voran? Die Antwort scheint aus Sicht von Prof. Dr. Dirk Timmermann, Fakultät für Informatik und Elektrotechnik (IET) der Universität Rostock, relativ einfach zu sein. Die Automationsbranche sei selbst daran schuld, beziehungsweise die unzähligen Protokolle und Standards, die an den Turmbau zu Babel erinnern. Insbesondere bei der Konzeption von Smart Homes sei es wichtig, auf vorhandene preisgünstige Lösungen zurückzugreifen, beispielsweise auf das Internetprotokoll TCP / IP. Allerdings gebe es hier noch Nachholbedarf bei Sicherheit und Datenschutz. Optimieren Sie das Vorhandene, planen Sie keine eigene Systemarchitektur und legen Sie Wert auf geringen Datenverkehr“, rät Timmermann. Auch bei den in der TGA- und ELT-Branche üblichen Standardprotokollen sei Sicherheit und Datenschutz nicht immer gewährleistet. Mit Blick auf die vergleichsweise hohen Lebenszykluskosten eines Automationssystems sollten vermehrt Open-Source-Lösungen in Betracht gezogen werden, denn, so Timmermann: Die Smart-X-Industrie hat kein Interesse, ein System 20 Jahre lang zu pflegen.“ Und: Bei vielen Protokollen entsteht der Eindruck, dass es hier in erster Linie um Marktabschottung geht.“
Ein wichtiges Entscheidungskriterium für eine Smart-X-Anwendung sei die einfache Integration zusätzlicher Aktoren und Sensoren in ein vorhandenes System. Aktuell sei dazu meist noch die Hilfe eines Experten notwendig. Ziel künftiger Smart-X-Systeme müsse sein, die Geräte und Sensoren per Knopfdruck oder mittels Smartphone-App ohne die Hilfe einer zentralen Instanz anzumelden.
EnEV 2014 begünstigt Gebäudeautomation
Auch wenn die Betreiber und Nutzer von den Vorzügen eines Gebäudeautomationssystems aktuell wenig überzeugt sind (siehe Kasten Podiumsdiskussion Zukunft der Gebäudeautomation“) dürfte die ab Januar 2016 gültige verschärfte EnEV 2014 den Markt für GA-/GLT-Systeme weiter beflügeln. Neu ist, dass ab diesem Zeitpunkt auch der Automationsgrad gebäudetechnischer Anlagen in die Berechnung des Jahres-Primärenergiebedarfs mit einfließt, egal ob der Nutzer mit seinem Automatisierungssystem zurechtkommt oder nicht. Prof. Dr.-Ing.Manfred Krödel, Fachgebiet Gebäudeautomation/Gebäudetechnik/Datenverarbeitung, Fachhochschule Rosenheim, legt den TGA- und MSR-Planern nahe, sich intensiver mit den Auswirkungen der EnEV 2014 auseinanderzusetzen, denn das Thema induziere einen hohen Beratungsbedarf. Die Bewertungsgrundlagen dazu sind fixiert in DIN V 18599 Energetische Bewertung von Gebäuden – Berechnung des Nutzen-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trinkwarmwasser und Beleuchtung“, die Bewertung der Gebäudeautomation (Teil 11) ist größtenteils in EN 15232 Energieeffizienz von Gebäuden – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement“ dokumentiert. Das Institut für Gebäudetechnologie (www.igt-institut.de) bietet, so Krödel, eine Online-Schnellbewertung über das mögliche Energieeinsparpotenzial durch zusätzliche Automatisierungsfunktionen an.
Öffentliches Vergaberecht hemmt E-Controlling
Glaubt man den bunten Prospekten der GA-Hersteller, dann entstehen zwischen Gebäudeautomations- (GA) und Energiemanagementsystemen (EM) kaum Schnittstellenverluste. Dass die Zusammenarbeit in der Praxis aus den verschiedensten Gründen nur in den wenigsten Fällen funktioniert, verdeutlichten Bernd Walther und Robert Langermann in ihrem Vortrag über das Energiemanagement auf dem KfW-Campus am Standort Frankfurt am Main. Dabei muss man vorausschicken, dass der gewachsene“ Campus sich wie ein Forschungslabor für innovative Gebäudekonzepte präsentiert.
Aktuell arbeiten sich 40 GA-Server und3 460 Controller an 419 169 physikalischen und virtuellen Datenpunkten ab, dargestellt durch 6 141 Prozessbilder. Hinzu kommen ein Energiemonitoringsystem mit 2 614 Da-tenpunkten sowie 747 Zähler, davon sind 492 auf die Gebäudeautomation aufgeschaltet. Die Anfänge des Energiemonitorings bei der KfW gehen auf das ForschungsprogrammEnergieoptimierter Neubau“ zurück. Beispielsweise wurde der Neubau der Ostar-kade mit Unterstützung der Universität Karlsruhe von 2007 bis 2011 wissenschaftlich untersucht. Seither begleiten Wissenschaftler und Fachplaner die Bauabteilung der KfW bei der Implementierung von Energiemonitoring-Projekten. Zu den wichtigsten Erfahrungen und Erkenntnissen zählen:
Daten aus der GA können zum großen Teil auch für das EM genutzt werden
Ein automatisiertes Zählermanagement ist aufwendig in Bezug auf Aufschaltung und eindeutige Kennzeichnung
Der Zeitaufwand für die Auswertung der großen Datenmengen ist enorm
Die durch das öffentliche Vergabewesen vorgegebene wiederkehrende Ausschreibung der Gebäudedienstleistungen wirkt sich kontraproduktiv auf eine kontinuierliche Analyse und Optimierung der Anlagen aus
Schwachstelle war die interne Daten-auswertung durch die externe Betreibergesellschaft aufgrund fehlender Qualifikation und fehlendem Fachwissens.
Diese Erkenntnisse führten zu einer organisatorischen Neuausrichtung des Technischen Gebäudemanagements der KfW-Liegenschaft mit einer eigens geschaffenen Stelle eines Energiemanagers. Gleichzeitig wurde das Energiemonitoring neu strukturiert, die Anzahl der Zähler und Messstellen erweitert und der Fokus stärker auf Energieeffizienz gelegt. Wichtigste Neuerung ist die automatisierte Messwerterfassung sowie eine neue Energiemanagement-Software, die in das GA-Netzwerk eingebunden ist. Die neue Software erlaubt jetzt Soll-Ist-Vergleiche zur Optimierung von Prozessen, beispielsweise bei der Kälteerzeugung. Im Tageslastgang konnten hiermit durchschnittlich 50 kW an elektrischer Leistung eingespart werden. Robert Langermann zum Schluss: Die automatisierte Messwerterfassung ist der Schlüssel zum Energiemanagement. Allerdings ist die Implementierung eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Inzwischen kennen wir jeden Zähler mit Vornamen.“
Bei Kühltürmen genauer hinschauen
Im Industriebereich heißt es oftmals, Hauptsache die Systeme laufen und die Produktion ist sichergestellt. Werner Steiner und Ute Bartels von der Robert Bosch GmbH, Bereich Gasoline, Standort Schwieberdingen (85 Gebäude mit rund 290 790 m2 Nettogeschossfläche), gaben sich mit der Funktionsweise ihrer Kälteanlagen und Rückkühler (Kühltürme) nicht zufrieden. Steiner: Wir hatten die neun Kühltürme (je 1 880 kW Kühlleistung) schon lange als Stromfresser im Verdacht.“ Eine Ist-Aufnahme über die Dauer eines Jahres von Außentemperatur sowie der relevanten Parameter von Rückkühlwerk, Kalt- und Kühlwasserpumpen der Kältemaschinen und der Pumpen des Nahkältenetzes als 5-Minuten-Werte ergaben, Zitat, wahnsinnig hohe Abweichungen“ von den geplanten Werten. Folgende Probleme wurden daraufhin analysiert:
Die geforderte Rückkühlleistung führte aufgrund des knapp bemessenen Aufstellraumes zu einer Sonderkonstruktion mit verstärkten Verdunstungspaketen, ergo zu einer höheren Stromaufnahme der Ventilatoren (rund 30 Prozent)
Mängel bei der Wasseraufbereitung (Versagen der Abspeisung, Wasserverluste, Rohwassernachführung), dadurch Verkleben der Verdunstungspakete
Längere Betriebszeiträume mit Taupunkt über dem mittleren Maximum überforderten die Anlage
Idealer Betriebspunkt der Kältemaschinen wurde oft nicht erreicht
Kühltürme, die außer Betrieb waren, beeinflussten die Umlaufwassermenge
10/40-kW-Stufung der Ventilatoren war zu grob; Forderung: stufenloser Betrieb.
Steiner und Bartels entwickelten auf Basis der Messwerte sowie der lokalisierten Mängel folgende neue Regelungsstrategie für Kältemaschinen und Kühltürme, ohne dass die Verdunstungspakete vergrößert werden mussten:
Ventilatorleistung den jeweiligen Betriebsparametern anpassen
Gleiten der Solltemperatur der Kältemaschine entsprechend der Taupunkttemperatur
Regelung der Kühl-wasserpumpen auf Düsen-vordruck (Anpassen des Sprühbilds an das Verdunstungspaket der Kühltürme)
Zuschaltung der Kühltürme in Ab-hängigkeit der Umlaufwassermenge und nicht nach Anzahl der sich in Betrieb befindlichen Kältemaschinen.
Als periphere Maßnahmen zur neuen Regelungsstrategie wurden die Wasseraufbereitungsanlage für die Kühltürme vergrößert und die Instandhaltungsintervalle erhöht. Im Hinblick auf die Legionellenproblematik von Kühltürmen werde künftig der Wasseraufbereitung mehr Beachtung geschenkt, so die beiden Referenten, und weiter, Wir überprüfen das Kühlwasser inzwischen täglich.“
Big Data als Geschäftsmodell
An der Sinnhaftigkeit von Big Data scheiden sich die Geister: Die einen halten die Verarbeitung von Massenkundendaten zur Erstellung von Kundenprofilen für einen Haufen Mist, wie beispielsweise der scheidende Vorsitzende des Vorstands und kaufmännische Direktor der Stadtwerke Hannover, Michael G. Feist (auf dem 10. Deutschen Energiekongress in München), für andere ist Data Mining das Geschäft der Zukunft mit ungeahnten Möglichkeiten zur Verbesserung von Energieeffizienz, Produktivität und Einkommen. Daniel Schulz, Big-Data-Spezialist vom Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme (www.iais.fraunhofer.de) sieht im Internet der Dinge und den daraus generierbaren Daten einen Milliardenmarkt, der den Immobilienmarkt und damit auch die gebäudetechnischen Gewerke erfassen wird. Zur Unterstützung der Wirtschaft bei der Auswertung von Massendaten haben 26 Fraunhofer-Institute ihre Kompetenz zu einer Big Data Factory gebündelt (www.bigdata.fraunhofer.de).Diese Allianz will Unternehmen bei der Umsetzung von Big-Data-Strategien begleiten und gleichzeitig Fach- bzw. Führungskräfte zu Data Scientists ausbilden. Ein Beispiel aus der Praxis sei das Geschäftsmodell von Rolls Royce, die Wartungskosten von Flugzeug-Triebwerken nach Flugstunden und nicht mehr nach Ersatzteilen abzurechnen. Dazu sei die Turbine mit rund 3 000 Sensoren ausgestattet worden, um die Flugbetriebsdaten aufzuarbeiten und zu analysieren.
In Deutschland soll das Projekt MONALIsa, ausführlich Automatisiertes Monitoring, Alarming und Visualisieren von Sensordaten der technischen Gebäudeausrüstung zur Erschließung niedrig investiverEnergiesparpotenziale“ (ein Projekt des Bundesinstituts für Bau-, Stadt- und Raumforschung), den Blick über die richtige Fahrweise“ von Gebäuden und deren technischeAnlagen erweitern. Ziel der Big-Data-Allianz ist auch hier, eher schon bekannte Schwachstellen im Gebäudebetrieb durch eine zusätzliche, in das Energie- und Gebäudemanagement integrierte Big-Data-Architektur zu verfeinern. Erste MONALIsa-Projekte sind das Umweltbundesamt in Dessau und das Bundesministerium für Gesundheit in Bonn.
Hersteller sind zu datenschonendenGeräten verpflichtet
Smart Home, Smart Building, Smart City, Smart-X – der Smart-Hype macht das Leben nicht nur bequemer, sondern für alle Beteiligten auch indiskreter. Dr. Christian Ritzer von der international tätigen Rechtsanwaltskanzlei Norton Rose Fulbright weist auf die Tücken und Gefahren eines unkritischen Einsatzes smarter Lösungen im Gebäudebetrieb hin. So müssen laut geplanter EU-Datenschutzgrundverordnung die Hersteller von technischen Geräten künftig bereits bei der Herstellung darauf achten, dass die Geräte datenschonend ausgestattet sind, das heißt, dass sie nur so viele Daten generieren, wie für ihre Funktion notwendig sind. Ritzer weiter: Der Datenschutz rund um Gebäude und gebäudetechnische Anlagen sollte aus datenschutzrechtlichen Gründen Teil der Planung sein. Dies gelte insbesondere für Gebäudeautomationssysteme und Data Mining aus Gebäudedaten, die nur zweckgebunden und nicht zur Gewinnung personenbezogener Daten oder Profile verwendet werden dürfen. Ritzer warnt vor zu eifrigem Datensammeln: Jede Datenerhebung in Büro- und Zweckgebäuden ist in der Regel rechtfertigungsbedürftig.“ Dazu zählen beispielsweise automatisierte Zeiterfassungssysteme oder personenbezogene Aufzugssteuerungen (Chipkarten), deren Datenerfassung und Datennutzung mit dem Betriebsrat abzustimmen seien.
In jedem Fall müsse künftig nachprüfbar sein, wer für die Daten verantwortlich und unter welchen Voraussetzungen die Verwendung personenbezogener Daten möglich ist. Auch die Verarbeitung von Daten durch externe Gebäudebetreiber oder beauftragte Wartungsunternehmen unterliege dem (europäischen) Datenschutz. Das sei insofern wichtig, da international tätige Unternehmen ihre Kundendaten inklusive Daten aus Wartungsarbeiten oft auf Server in den USA überspielen. Das Risiko des Missbrauchs von Daten steige, je stärker gebäudetechnische Systeme in IT-Infrastrukturen eingebunden und je mehr Daten zusammengeführt werden, so Ritzer. Dadurch wachse auch die Gefahr, dass über die sich rasch entwickelnde Big-Data-Technologie Nutzerprofile erstellt werden, aus denen Präferenzen der allgemeinen Lebensführung, des Verbraucherverhaltens oder von Anwesenheitszeiten ausgelesen werden können.
Fazit
Bestehende Gebäudeautomations-Anwendungen geraten zunehmend an ihre Grenzen. Ursache sind neben höheren Anforderungen an Sicherheit und Datenschutz auch der Wunsch nach Koppelung von Gebäudeautomations- und Energiemanagementsystemen sowie die Implementierung von netzdienlichen Betriebsweisen. Unüberhörbar ist die Kritik, dass die Vielzahl der Busprotokolle die Entwicklung hemmt beziehungsweise die Erhaltungskosten in die Höhe treibt. Forderungen nach einfacheren und damit preisgünstigeren Systemen auf der Basis des Internetprotokolls TCP/IP werden lauter. Eher nüchtern werden aktuell die Möglichkeiten gesehen, mittels Data Mining zusätzliche Erlöse zu erwirtschaften, da die Auswirkungen der geplanten EU-Datenschutzgrundverordnung noch nicht abzuschätzen sind.
Podiumsdiskussion Zukunft der Gebäudeautomation“ – Nicht immer nur BACnet
Für die einen ist das Internet der Dinge (Internet of Things, IOT) die logische Konsequenz, Geräte und Anlagen unkompliziert zu vernetzen mit dem Ziel, Komfort und Energieeffizienz zu verbessern und komplexe Funktionen zu vereinfachen. Für die Skeptiker steckt hinter dem vermeintlichen Fortschritt eine unberechenbare Datenkrake, die auf Schritt und Tritt Daten nicht nur sammelt und aufbereitet, sondern auch mit bereits vorhandenen Daten abgleicht, um daraus verkaufbare Datensätze über Personen, Produkte, Gebäude, Liegenschaften, Straßenzüge, Stadtteile, Städte etc. zu generieren. Wie immer lockt das große Geld: In einer Studie des VDI über das Internet der Dinge werden die Bereiche Gesundheit, Telematik, Haus- und Gebäudeautomation, individuelle Produktion und Logistik als die auch kommerziell aussichtsreichen Anwendungen angesehen.
Im Rahmen der Podiumsdiskussion unter Leitung von Prof. Dr. Manfred Büchel (VDI), Westfälische Hochschule, Gelsenkirchen, Labor für Gebäudeautomation, über die Zukunft der GLT zeigte sich, dass die Gebäudeautomationssysteme trotz solidem Wachstum bei der Kundschaft an Popularität verloren haben. Büchel zitierte eine Umfrage unter den 11 000 Mitgliedern der VDI-Gesellschaft Bauen und Gebäudetechnik“ vom August 2015. Auf die Frage, Ist Gebäudeautomation für Nutzer leicht verständlich und bedienbar“ antworteten rund 70 Prozent mit Nein“ und etwa 15 Prozent mit weiß nicht“. Entsprechend nüchtern fallen auch die Antworten zur Akzeptanz der GLT durch den Nutzer aus: Nur 30 Prozent der Befragten akzeptieren eine GLT, 70 Prozent stimmen mit Nein“ oder weiß nicht“. Auch gegenüber vollständig vernetzten und damit hochautomatisierten Gebäuden herrscht Skepsis: Nur 30 Prozent der Befragten halten eine vollständige Vernetzung für besser.
Die Ursachen der kritischen Haltung der Betreiber von GLT-Systemen sind vielfältig, aber aus Sicht der Diskussionsteilnehmer nachvollziehbar. Eine Auswahl an Äußerungen zu diesem Thema:
Die Planer wollen sich mit ihrer GLT-Planung selbst verwirklichen, ohne Rücksicht auf den Betreiber bzw. Nutzer (Ruedi Brunner, ETH Zürich)
Die Funktionsprüfung der GLT ist oft nicht ausreichend (Holger Wallmeier, Siganet)
Die Rolle des Nutzers beim Betrieb von GLT-Systemen wird unterschätzt, dieser ist oft überfordert (Jörg Deitermann, Hermes Systeme)
Komplexität der Bedienung ist zu groß im Vergleich zur Bedienoberfläche eines Smartphones oder eines SmartPads (Martin Hardenfels, Wago)
Die Systempflege ist aufwendig, insbesondere wenn weitere Aktorik und Sensorik eingepflegt werden muss (Prof. Dirk Timmermann, Uni Rostock)
BACnet passt nicht immer zu unserer Management-Schnittstelle. Unsere Leute sind damit schlichtweg überfordert und müssen sich weiterbilden ohne Ende (Brunner)
Einig waren sich die GLT-Fachleute darin, dass künftige Gebäudeautomationssysteme ähnlich einfach zu konfigurieren sein sollten wie Smart-Home-Systeme. Es müssten auch nicht immer komplexe BACnet-Lösungen sein, denn oft seien einfachere Systeme viel wirkungsvoller, da man sie ohne Spezialausbildung betreiben könne.
Wolfgang Schmid,
freier Fachjournalist für Technische Gebäudeausrüstung, München
