Ver­gleich der Funk­pro­to­kolle im Umfeld von Smart Buildings

Foto: innogy

Das Mün­che­ner IGT – Insti­tut für Gebäu­de­tech­no­lo­gie gibt monat­lich Tipps heraus, mit denen Mietern, Ver­wal­tern und TGA-Ver­ant­wort­li­chen die Steue­rung der Haus­tech­nik leicht gemacht werden soll. Im Oktober nun geht es um den Ver­gleich der Funk­pro­to­kolle im Umfeld von Smart Buildings.

Im Umfeld der Raum­au­to­ma­tion kommen zuneh­mend funk­ba­sierte Über-tragungsprotokolle zum Einsatz. Dabei steht eine Viel­zahl an Pro­to­kol­len zur Auswahl und es drängt sich die Frage nach einem Eig­nungs­ver­gleich auf. D.h. wie gut oder schlecht ist ein Funk­pro­to­koll im Ver­gleich zu den anderen?

Dabei ist es für den Ver­gleich aus­ge­spro­chen wichtig, die Anwendungs-fälle vorab zu klären, welche für die funk­ba­sier­ten Pro­to­kolle ein­ge­setzt werden. Nur so lassen sich die Anfor­de­run­gen fest­schrei­ben, gegen die die Eigen­schaf­ten der Pro­to­kolle ver­gli­chen werden.

Anwen­dungs­fälle in moder­nen Gebäuden

Grund­lage für die Eig­nungs­be­wer­tung von funk­ba­sier­ten Über­tra­gungs­pro­to­kol­len sind die abzu­de­cken­den Anwen­dungs­fälle (use cases). Denn erst, wenn man fest­legt, was zu auto­ma­ti­sie­ren ist, kann bewer­tet werden, wie ange­mes­sen oder nicht die mög­li­chen Pro­to­kolle sind.

Im Bereich der klas­si­schen Raum- und Anla­gen­au­to­ma­tion sind das u.a. die Folgenden:

  • Die Raum­tem­pe­ra­tur wird raum­in­di­vi­du­ell unter Berück­sich­ti­gung von Präsenz sowie Fens-terzuständen geregelt.
  • Die Lüftung und Kühlung wird raum­in­di­vi­du­ell unter Berück­sich­ti­gung von Luft­tem­pe­ra­tur, Luft­qua­li­tät (CO2 und/oder VOC) und Luft­feuchte geregelt.
  • Die Beleuch­tung wird raum­in­di­vi­du­ell gedimmt. Taster zur Bedie­nung steuern je nach Be-darf ein­zelne Leuch­ten oder kom­plette Licht­sze­nen für mehrere Leuch­ten. Zusätz­lich kann für die Beleuch­tungs­stärke die Präsenz bzw. die vor­han­dene Tages­licht­hel­lig­keit berück-sichtigt werden.
  • Die Rollläden/Jalousien fahren in Abhän­gig­keit der Raum­tem­pe­ra­tur (som­mer­li­cher Wär-meschutz).
  • Die Posi­tion von Tastern für die Beleuch­tung und Ver­schat­tung ist orts­ver­än­der­lich, um die-se bei Ver­än­de­run­gen von z.B. Trenn­wän­den oder Möbeln ent­spre­chend anpas­sen zu können. Zudem sind einige Taster auch als Hand­sen­der verfügbar.
  • Die Wär­me­ver­sor­gung der Heiz­kreise bzw. Käl­te­ver­sor­gung der Käl­te­kreise erfolgt bedarfs­ab­hän­gig und unter Berück­sich­ti­gung zukünf­ti­ger Lasten (inklu­sive Aspekte für Vor­lauf­tem­pe­ra­tu­ren und Dreh­zahl­re­ge­lun­gen der Pumpen).
  • Bei meh­re­ren Wärme- bzw. Käl­te­er­zeu­gern werden diese gemäß einer las­t­ori­en­tier­ten Prio­ri­tä­ten­steue­rung betrieben.
  • In Bezug auf die Wär­me­rück­ge­win­nung bei Lüf­tungs­an­la­gen werden Ver­ei­sun­gen und Über­hit­zun­gen erkannt bzw. vermieden.
  • Feh­ler­mel­dun­gen, Betriebs­stun­den und Ener­gie­ver­bräu­che werden pro­to­kol­liert und ausgewertet.

 

In Bezug auf weitere Mehr­wert­dienste ent­wi­ckeln sich derzeit Anwen­dungs­fälle wie u.a.:

  • Sowohl Bespre­chungs­räume als auch Arbeits­plätze in Groß­raum­bü­ros können per Smart-phone dyna­misch gebucht und wieder frei­ge­ge­ben werden. Dabei kann ein vor­zei­ti­ges En-de von Bespre­chun­gen bzw. Nicht­be­le­gun­gen von Arbeits­plät­zen erkannt werden, welches wie­derum zu einer ent­spre­chen­den Frei­gabe führt.
  • Sen­so­ren zur Erken­nung der Anwe­sen­heit von Per­so­nen ermög­li­chen Nut­zungs­ana­ly­sen von Bespre­chungs­räu­men, Erken­nung von Ressourcenauslastung/Nutzung, dem Aufzeich-nen von No-shows in Bespre­chungs­räu­men, der Ver­wal­tung von Raum­aus­las­tun­gen sowie der Ver­wal­tung von z.B. Catering- Dienste.
  • Durch die Analyse von Aus­las­tungs­mus­tern können Mit­ar­bei­tern bestimmte Arbeits­plätze zuge­wie­sen werden. Die unge­nutz­ten Gebäu­de­be­rei­che können anschlie­ßend in einen Ener­gie­spar­mo­dus ver­setzt werden. Kosten für Heizung, Kühlung und Elek­tri­zi­tät werden dadurch verringert.
  • Die Bele­gung im Gebäude kann gra­phisch über »Heat Maps« oder »Moving Trails« ange­zeigt werden. So kann ermit­telt werden, wie viele Per­so­nen sich wo auf­hal­ten. Das Ver­ständ­nis dazu hilft bei der Flä­chen­pla­nung (z.B. Raum­grö­ßen, Posi­tion von Bespre­chungs­zo­nen etc.).
  • Mit­ar­bei­ter und Gäste können durch das Gebäude navi­giert werden. Das kann genutzt werden, um schnel­ler zu einem gewünsch­ten Bespre­chungs­raum etc. zu finden, was bei wech-selnden Stand­or­ten hilf­reich ist.
  • Die Kan­ti­nen­aus­las­tung (d.h. vor­aus­sicht­li­che War­te­zeit bei der Essens­aus­gabe) wird erfasst und kann vom Arbeits­platz aus ein­ge­se­hen werden.
  • Die Nut­zungs­in­ten­si­tät von Toi­let­ten wird erfasst, um die Rei­ni­gungs­in­ter­valle anzupassen.
  • Aufzüge, Kaf­fee­ma­schi­nen etc. melden Ihre Nut­zungs­da­ten bzw. Betriebs­zu­stände, um Ser­vice­inter­valle anzupassen.
  • Sen­sor­da­ten in der Gebäu­de­tech­nik (wie Pumpen, Kehr­ma­schi­nen, Hei­zungs­an­la­gen und Aufzüge) über­wa­chen das Ver­hal­ten und melden Unre­gel­mä­ßig­kei­ten. Dadurch wird die Genau­ig­keit bei der Feh­ler­su­che ver­bes­sert und Stö­rungs­wahr­schein­lich­kei­ten können vor-hergesagt werden.
    Ent­schei­dungs­kri­te­rien für die Eig­nungs­be­ur­tei­lung von funk­ba­sier­ten Über-tragungsprotokollen

 

Auf Basis der auf­ge­führ­ten Anwen­dungs­fälle lassen sich Kri­te­rium für die funk­ba­sier­ten Übertra-gungsprotokolle ablei­ten. Im Fol­gen­den wird verwendet:

  • Eignung des Fre­quenz­ban­des (K.O. – Kri­te­rium): Auf Basis der Anwen­dungs­fälle ergibt sich die For­de­rung nach kleinen Daten­pa­ke­ten (10 bis 100 Bytes), Latenz­zei­ten im Bereich von 0,1 Sekunde bis 1 Sekunde und anwen­dungs­ty­pisch erfor­der­li­chen Reich­wei­ten (ca. 10 m bis 100 m). Dabei ist die Eignung des Fre­quenz­ban­des ein K.O.-Kriterium – denn wenn bereits die grund­le­gen­den Über­tra­gungs­kri­te­rien nicht oder nur ein­ge­schränkt erfüllt werden, kann sich für die ganz­zeit­li­che Bewer­tung eines Über­tra­gungs­pro­to­kolls kein posi­ti­ve­res Gesamt­bild ergeben.
  • Her­stel­ler­ab­hän­gig­keit: Im Inter­esse des Nutzers sollte mög­lichst keine Her­stel­ler­ab­hän­gig­keit gegeben sein. Somit sollte das Über­tra­gungs­pro­to­koll stan­dar­di­siert sein und Produkte/Komponenten von unter­schied­li­chen Her­stel­lern inter­ope­ra­bel sein.
  • Infra­struk­tur: Idea­ler­weise muss keine eigene Infra­struk­tur auf­ge­baut werden. Das ist dann der Fall, wenn die Übertragungs-Reichweite des Funk­si­gnals sehr hoch ist. Diese Va-riante hat ins­be­son­dere dann Vor­teile, wenn eine geringe Dichte an Sen­so­ren instal­liert wird. Im Gegen­zug muss eine Infra­struk­tur wie z.B. kabel­sei­tig ver­netzte Anten­nen bzw. Gate­ways auf­ge­baut oder die Bildung von ver­masch­ter Kom­mu­ni­ka­tion unter­stützt werden.
  • Inte­gra­ti­ons­fä­hig­keit: Idea­ler­weise ist eine breite Unter­stüt­zung des Pro­to­kolls von markt-üblichen Controller-Herstellern sowie Ver­füg­bar­keit ent­spre­chen­der Gate­ways von mehre-ren Her­stel­lern gegeben und nach­weis­li­che Praxis-Referenzprojekte liegen vor.
  • Markt­ver­füg­ba­res Angebot von kon­kre­ten Kom­po­nen­ten: Die für die auf­ge­führ­ten An-wendungsfälle erfor­der­li­chen Sen­so­ren sollten alle als bestell­bare Kom­po­nente ver­füg­bar sein.
  • Mess- und Prüf­mög­lich­kei­ten: Zur Feh­ler­ana­lyse sollten Mess- und Prüf­ge­räte samt Do-kumentation zur Anwendung/Bedienung ver­füg­bar sein.
  • Span­nungs­ver­sor­gung: Der Vorteil funk­ba­sier­ter Sen­so­ren liegt darin, diese orts­ver­än­der­lich posi­tio­nie­ren zu können. Dazu ist eine externe kabel­ge­bun­dene Span­nungs­ver­sor­gung hin­der­lich. Idea­ler­weise sind Sen­so­ren eigen­ener­gie­ver­sorgt; im Falle von Bat­te­rie­be­trieb ist zumin­dest ein gerin­ger Eigen­ener­gie­ver­brauch wichtig.
  • Ver­schlüs­se­lung: Daten­si­cher­heit und Inte­gri­tät sollten durch die Unter­stüt­zung von Ver­schlüs­se­lung gewähr­leis­tet werden.

Eine aus­führ­li­chere Beschrei­bung (Steck­briefe der unter­such­ten Pro­to­kolle; genauere Beschrei­bung der Her­lei­tung der Kri­te­rien sowie Durch­füh­rung der Bewer­tung) ist in einem umfang­rei­chen 44-seitigen White­pa­per beschrie­ben und hier kos­ten­los verfügbar.

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