HEIZUNG/LÜFTUNG/ELEKTRIZITÄT Energietechnik im Gebäude     BAU & ENERGIE

10.4 Leittechnik

10.1 Aufgaben der Gebäudeautomation
10.2 Grundlagen Messen, Steuern, Regeln
10.3 Regelkonzepte
10.4 Leittechnik

Die Leittechnik umfasst die selbstständigen Regelgeräte in den technischen Anlagen und deren über­ge­ord­ne­te Leitzentrale, die eigentliche Be­die­nungs­stel­le. Mit ihr werden die Anlagen u.a. op­ti­mal über­wacht. Dabei funktionieren die einzelnen An­la­gen nach wie vor selbstständig. Der An­wen­dungs­be­reich erstreckt sich vom einzelnen grösseren Ge­bäu­de bis zu Gebäudekomplexen. An die Leittechnik kön­nen alle haustech­ni­schen Anlagen angeschlossen wer­den, von der Beleuchtung bis zur Sto­ren­steu­e­rung.

Durch die kostengünstige Web-Anbindung wird eine Leittechnik für jede Anlage, ja sogar für eine kleine Steuerung möglich. Damit können Leittechnikfunktionen und vor allem eine Fernüberwachung durch die Anlageersteller/Unternehmer realisiert werden. Für die Betriebsführung komplexer Gebäude ist es vorteilhaft, den Betrieb aller Anlagen zentral überwachen zu können.

10.4.1 Autonome Steuerung und Regelung

10.4.1 Autonome Steuerung und Regelung – 10.4.2 Gebäudeautomation mit Leittechnik – 10.4.3 Aufbau der Gebäudeautomation – 10.4.4 Bussysteme in der Gebäudeautomation

Bild 10.15 zeigt ver­bin­dungs­pro­gram­mier­te Steuerung und analoge Re­ge­lung. Die Aufgaben der Be­triebs­füh­rung, wie Ko­or­di­na­ti­on zu anderen Anlagen, Ener­gie­ma­na­ge­ment, Ser­vice- und Unterhaltsorganisation und die Störungs­lo­ka­li­sie­rung, werden mit Rund­gän­gen si­cher­ge­stellt.

Konventionelle Anlage mit personalintensiver Überwachung
Bild 10.15 Konventionelle Anlage mit per­so­na­lin­ten­si­ver Überwachung

 

10.4.2 Gebäudeautomation mit Leittechnik

10.4.1 Autonome Steuerung und Regelung – 10.4.2 Gebäudeautomation mit Leittechnik – 10.4.3 Aufbau der Gebäudeautomation – 10.4.4 Bussysteme in der Gebäudeautomation

Hier sind Steu­e­rung, Re­ge­lung und Leittechnik voll integriert gemäss Bild 10.16. Da­bei wer­den häu­fig schon im Regelsystem Op­ti­mie­rungs­funk­tio­nen rea­li­siert, die früher Ge­gen­stand der Leittech­nik wa­ren. Die Ten­denz zur Ver­la­ge­rung der Rech­ne­rin­tel­li­genz von der Zentrale in die Un­ter­sta­ti­on ist un­ver­kenn­bar. Der Vor­teil des in­te­grier­ten Re­gel- und Leit­sy­stems be­steht darin, dass die Regelung zu­sätz­lich die Da­ten­ak­qui­si­ti­on für die Leittechnik und die Be­triebs­­­über­wa­chung über­nimmt. Für Anlagen können Energiemanagementaufgaben sowie verflochtene Re­gel- und Steu­er­s­tra­te­gi­en durch­ge­führt wer­den, die mit autonomen Systemen kaum zu be­wäl­ti­gen sind.

Integriertes Regel- und Leitsystem
Bild 10.16 Integriertes Regel- und Leitsystem

 

10.4.3 Aufbau der Gebäudeautomation

10.4.1 Autonome Steuerung und Regelung – 10.4.2 Gebäudeautomation mit Leittechnik – 10.4.3 Aufbau der Gebäudeautomation – 10.4.4 Bussysteme in der Gebäudeautomation

Der Aufbau ist hierarchisch. Folgende Systemebenen sind zu unterscheiden (Bild 10.17):

  • Die Feldebene umfasst die Gesamtheit der Sensoren, mit denen Daten erfasst werden (Fühler, Bewegungsmelder, Lichtschalter usw.), und der Aktoren, mit denen in die Prozesse eingegriffen wird (Ventile, Motoren, Klappen usw.).
  • Auf der Automationsebene werden die von den Sensoren erfassten Informationen verarbeitet. Die Istwerte werden mit den fest eingestellten oder nach ökonomischen und ökologischen Kriterien optimierten Sollwerten verglichen. Daraus ergeben sich die Befehle, um die Sollwerte zu erreichen.
  • Die Managementebene dient der Betriebsfüh­rung. Sie gibt für die Prozesse Sollwerte bzw. zugehörige Kriterien (Zeitprogramme usw.) vor. Sie dient der Überwachung und löst Alarm aus beim Überschreiten von Grenzwerten, die nicht schon durch die untergeordneten Ebenen behandelt werden konnten. Es werden die Prozesse benutzergerecht dargestellt, statistische Auswertungen gemacht, der Betriebsverlauf dokumentiert und Abrechnungen erstellt.
Funktionale Ebenen der Gebäudeautomation
Bild 10.17 Funktionale Ebenen der Gebäudeautomation

Entsprechend den Systemebenen werden auch hierarchische Kommunikationsebenen unterschieden, über die der Datenaustausch abgewickelt wird:

  • Feldbussysteme, wie z.B. KNX oder LON,
  • Automationsbussysteme, wie z.B. BACnet,
  • Netzwerke auf der Managementebene mit TCP/IP.

 

10.4.4 Bussysteme in der Gebäudeautomation

10.4.1 Autonome Steuerung und Regelung – 10.4.2 Gebäudeautomation mit Leittechnik – 10.4.3 Aufbau der Gebäudeautomation – 10.4.4 Bussysteme in der Gebäudeautomation

Die Bussysteme dienen der Signalübertragung im ganzen Gebäude. Es ist gleichgültig, an welchem Ort einzelne Komponenten auf den Bus geschaltet werden. Die Bussysteme sind installationsmässig einfacher als die konventionelle Technik. Sie ermöglichen damit, wesentlich komplexere Aufgaben zu lösen. Die Software wird in der Regel durch den Gerätehersteller entwickelt. Zur Software gehört auch ein klarer Anforderungskatalog (kann nicht einfach an den Softwareersteller delegiert werden). Funktionsänderungen sind frei programmierbar ohne Verdrahtungsänderungen (Achtung, dass sich keine Fehler einschleichen!). In einfacheren Fällen wird Standardsoftware eingesetzt.

Nachstehend einige wichtige heute verwendete Bussysteme:

KNX ist der wichtigste Feldbus der Gebäudeautomation und wird im Wohnbereich wie auch im komplexen Zweckbau eingesetzt. KNX ist eine Weiterentwicklung des EIB und ist auch mit diesem kompatibel. In einem KNX-Bussystem ist es möglich, eine bedarfsabhängige Steuerung und Regelung zu realisieren und Beleuchtung, Heizung, Kühlung, Lüftung, Storen usw. energieeffizient zu vernetzen.

LON: «Local Operating Network» ist ein Feldbus-Standard für höhere Anforderungen. Gegenüber dem KNX ist LON schneller und kann somit für eine stetige Regelung eingesetzt werden. Das Prinzip LON basiert auf einer direkten Sensor-Aktor-Kommunikation, was zu einer Entlastung in der Bus-Kommunikation führt.

Enocean: Drahtlose Datenübertragung auf der Basis von Piezo-Technologie. Erlaubt die Platzierung von Temperaturfühlern und Bedientastern auf Glas.

BACnet: «Building Automation and Control Networks» steht in der GA für die Einbindung von Anlageteilen wie Kältemaschinen, Heizkessel usw. Die Kommunikation ist relativ schnell und robust.

MP-Bus: Der MP-Bus (Belimo AG, Hinwil) hat das Ziel, den Verdrahtungsaufwand in der HLK-Anlage zu reduzieren. Obwohl kein offizieller Standard, hat sich der MP-Bus in der Schweiz für eine energieoptimale Volumenstromregelung (VAV) oder Temperaturregelung etabliert.

M-Bus: Der «Meter-Bus» ist ein Feldbus für die Verbrauchsdatenerfassung. Die Übertragung erfolgt mit einer Zweidrahtleitung von einem Slave (Messeinrichtung) zu einem Master (Datenauswertung). Der M-Bus hat sich von einem Wärmezählerbus zu einem universellen Feldbussystem entwickelt, bei dem auch Temperaturen und Volumenströme zu Regelzwecken übertragen werden können.

DALI: «Digital Addressable Lighting Interface» ist der Standard für Beleuchtungssteuerungen. Beliebt ist DALI für die Realisierung von «Szenen» oder «Licht-Stimmungen», bei denen der einzelne Beleuchtungskörper eine vordefinierte Leuchtstärke einnimmt. An eine DALI-Insellösung können bis zu 64 Geräte (Leuchtkörper) angeschlossen werden.

DigitalStrom ist aus einem Spinoff der ETH Zürich entstanden, mit dem Ziel, über die bestehende elektrische Installation im Gebäude intelligente Funktionen zu realisieren. Die Kernfunktionen sind Beleuchtung, Storen, Gerätesteuerung und Verbrauchsmessung. Die Verbreitung ist vorläufig auf die Schweiz konzentriert