8.1 Gebäudesystemtechnik - Grundlagen

8.1.1 Gebäudesystemtechnik – Grundlage einer modernen Gebäudeinstallation

Sicherheit, Komfort und auch Energieeffizienz, das sind Anforderungen an eine Gebäudetechnik, die zwar nicht neu sind, aber zunehmend an Bedeutung gewinnen. Insbesondere vor dem Hintergrund der künftigen Energiesituation, die sich durch umfangreiche Gesetzgebung hin zu mehr Energieeffizienz und Klimaschutz zeigt, ist die Vernetzung der verschiedenen Energieversorgungsgewerke eines Gebäudes vom Wasser über die Heizung und Klimatisierung bis hin zur Elektrizität eine durchaus neue Herausforderung für zu errichtende Gebäude im Wohn- und Zweckbau. Bauherren, die sich diesen Herausforderungen stellen, kommen an der Gebäudesystemtechnik nicht mehr vorbei.

8.1.2 Grenzen der konventionellen Elektroinstallation

Der Wunsch nach umfangreicher Sicherheit, nach mehr Komfort und nach einem energiesparenden Betrieb des Gebäudes, erfordert bei Einsatz einer herkömmlichen Elektroinstallation einen hohen Installationsaufwand. Bestimmte Funktionen der Gebäudetechnik sollen weitestgehend automatisiert und energieoptimiert ablaufen. Energieverbrauchsgeräte sollen möglicherweise energie- und verbrauchsoptimiert betrieben werden, ohne dass damit Einschränkungen der Gebrauchstauglichkeit oder des Komforts verbunden sind. Eine gute Sicherheitstechnik soll die Nutzer des Gebäudes und deren Eigentum schützen.

Die dafür notwendigen Mess-, Steuer-, Regel- und Verbrauchseinrichtungen sind in großer Anzahl im Gebäude vorhanden und weit verteilt. Die Vernetzung dieser Einrichtungen mit Hilfe herkömmlicher Installationstechnik erfordert einen hohen Aufwand, insbesondere an Installationsleitungen, die letztendlich zu einem unübersichtlichen Gesamtsystem führen. Bei Störungen oder Nutzungsänderungen ist dieses System dann nur schwer handhabbar. Außerdem hat diese Elektroinstallation einen erheblichen Platzbedarf, sie erhöht in bestimmten Bereichen die Brandlast, erfordert einen hohen Planungs- und Installationsaufwand und ist somit in der Planung, Errichtung und im Betrieb mit hohen Kosten verbunden.

Hier hat die konventionelle Elektroinstallation ihre Grenzen.

Steuer- und Regelaufgaben im technischen Gebäudesystem mit herkömmlicher Elektroinstallation

Bild 1: Aufwändige Realisation vielfältige Steuer- und Regelaufgaben im technischen Gebäudesystem mit herkömmlicher Elektroinstallation (Quelle: HEA)

8.1.3 Gebäudesystemtechnik für Sicherheit, Komfort und Energieeffizienz

Bei Anwendung von Gebäudesystemtechnik erfolgt die Übertragung von Energie und Information getrennt. Auf der Informationsseite befinden sich die Mess-, Steuer- und Regeleinrichtungen, sogenannte Sensoren, die Energieseite versorgt die Verbrauchsmittel sowie deren direkte zugeordnete Schalteinrichtungen, das sind die Aktoren, die diese Verbrauchsmittel ein- und ausschalten. Sensoren sind über ein System miteinander vernetzt und in der Lage Informationen miteinander auszutauschen. Die Energie wird ohne Umwege über Installationsleitungen direkt zu den Verbrauchsmitteln bzw. zu dem im Verbrauchsmittel oder in seiner Nähe installierten Schaltgerät geführt.

Mit Hilfe dieser Gebäudesystemtechnik wird der Installationsaufwand reduziert. Die Struktur der Installation ist leichter zu handhaben, sie lässt sich einfacher planen und ausführen als bei der herkömmlichen Elektroinstallation. Bei Nutzungsänderungen oder Änderungen der Raumaufteilung kann sie problemlos anpasst und erweitert werden, vielfach ohne dass Installationsleitungen neu zu verlegen sind. Das ist besonders im Zweckbau von großer Bedeutung.

Kennzeichnend für die konventionelle Elektroinstallation ist das wahlfreie Einsetzen (Kompatibilität) und das problemlose Zusammenarbeiten (Interoperabilität) von Installationsgeräten verschiedener Hersteller in einer gemeinsamen Elektroinstallation. Architekten, Planer, Elektroinstallateure und Betreiber können unter Design , Funktionalitäts und Kostengesichtspunkten entscheiden, welche Produkte welcher Hersteller in dieser Elektroinstallation einzusetzen sind.

Diese Wahlfreiheit soll natürlich auch bei einer Elektroinstallation unter Nutzung der Gebäudesystemtechnik sichergestellt sein. Mit einer zeitgemäßen und zukunftssicheren Elektroinstallation werden sowohl im Zweckbau als auch im Wohnbau alle Sicherheits-, Komfort-, und Energieeffizienzanforderungen erfüllbar und die Voraussetzungen für eine Gebäude bzw. Haus-Automation geschaffen. Hierbei steht die Bus-Technik für getrennte Systeme von Datenübertragung und Energieübertragung.

Andere Systeme arbeiten mit Informationsübertragung über die 230-Volt Installation (PLC-Technik) oder nutzen die Funkübertragung.

Getrennte Übertragung von Energie und Information

Bild 2: Getrennte Übertragung von Energie und Information im technischen Gebäudesystem mit Hilfe der Bus-Technik (Quelle: HEA).

8.1.4 KNX – der Standard für eine zukunftsfähige Elektroinstallation

Die Gewährleistung von Kompatibilität und Interoperabilität der Bus-Geräte, ist eine der Hauptaufgaben der KNX-Association mit Sitz in Brüssel. In ihr sind heute mehr als 100 Hersteller zusammengeschlossen, die weltweit über 7000 Produktgruppen vertreten und KNX-Geräte für die verschiedensten gebäudesystemtechnischen Anwendungen in ihren Katalogen anbieten. Jedes KNX-Produkt ist zertifiziert und erhält erst nach einer strengen, herstellerunabhängigen Prüfung das KNX-Warenzeichen als Qualitätsmerkmal.

KNX-Warenzeichen

Bild 3: KNX-Warenzeichen (Quelle: KNX-Deutschland)

Das macht KNX gegenüber anderen Bus-Systemen einzigartig.

Der inzwischen europaweit genormte KNX-Standard für Gebäudesystemtechnik wurde als eine handwerkergemäße Technik entwickelt, da der Elektroinstallateur weiterhin das einwandfreie Funktionieren der Elektroinstallation und die Einhaltung der Vorschriften zur Vermeidung von Personen und Sachschäden durch elektrischen Strom gewährleisten muss.

Zur Planung, Projektierung, Inbetriebnahme, Fehlersuche und Dokumentation dieser Gebäudesystemtechnik ist ein spezielles Software-Werkzeug erforderlich. Um den Elektroinstallateuren nicht eine unübersichtliche Vielzahl herstellerspezifischer Varianten mit unterschiedlichen Leistungsmerkmalen, verschiedenartigen Bedienoberflächen und Bedienabläufen zuzumuten, wurde im Auftrag der KNX ein einheitliches, herstellerneutrales und gewerkeübergreifendes Software Werkzeug, die ETS (Enginieering Tool Software) entwickelt.

Natürlich müssen der Umgang mit der Technik von KNX und das Arbeiten mit der ETS erlernt werden. Zahlreiche Schulungsstätten in mehreren Ländern bieten heute hierzu Schulungskurse an.

KNX-Schulungsplatz

Bild 4: KNX-Schulungsplatz (Quelle: Fa. Albrecht Jung)

Diese Schulungsstätten werden durch die KNX-Association in Brüssel zertifiziert. Damit die Schulungen überall gleich gut erfolgen, hat die KNX-Association Kursinhalte, Slideshows, Übungsaufgaben und Unterlagen der Systemkurse zum KNX und zur ETS standardisiert. Die Kurse sind didaktisch ausgerichtet auf die Hauptzielgruppe, die Elektroinstallateure.

8.1.5 Anwendungen und Nutzen von Gebäudesystemtechnik

Zu den Aufgaben (Bild 5), die die Gebäudesystemtechnik im Zweckbau und im Wohnbau übernehmen kann, gehören

  • die individuelle Steuerung der Beleuchtung innen und außen,
  • die helligkeits-, zeit- und bedarfsgerechte Steuerung von Rollläden, Jalousien und Markisen (Beschattung),
  • die raumbezogene Regelung der Heizungstemperatur in Abhängigkeit von persönlichen Wünschen und Bedürfnissen (Einzelraumregelung),
  • die bedarfsgerechte Lüftung der Räume über Fenster oder Lüfter,
  • das Zusammenwirken von Heizungs- Lüftungs- und Jalousiesteuerung für ein energieoptimiertes und angenehmes Klima,
  • die Steuerung von Audio-, Video- und anderen Geräten der Unterhaltungselektronik,
  • die Fernschaltbarkeit der Hausgeräte über zentrale Ein- oder Ausschaltfunktionen beim Verlassen des Hauses,
  • vielfältige Überwachungs und Sicherheitsfunktionen für den Schutz des Gebäudes, seiner Bewohner oder Nutzer und ihres Eigentums,
  • die zeitabhängige Steuerung von Beleuchtung, Heizung, Jalousien, Rollläden und Hausgeräten (Urlaubssteuerung),
  • ein intelligentes Energie und Lastmanagement für die Optimierung des Energieverbrauchs und der Energiekosten,
  • das Anzeigen und Protokollieren aller relevanten betriebstechnischen Daten des Gebäudes sowie das Bedienen und Überwachen aller wichtigen Gebäudefunktionen, auf Wunsch auch über das world wide web,
  • der Fernservice und die Kommunikation mit anderen Systemen. 
Aufgaben der Gebäudesystemtechnik rund um das Gebäude

Bild 5: Aufgaben der Gebäudesystemtechnik rund um das Gebäude (Quelle: KNX-Deutschland)

Schließlich bietet eine Elektroinstallation mit Gebäudesystemtechnik folgende Vorteile:

  • vereinfachte Planung und kürzere Montagezeiten für die Mess- Steuer- und Regelungstechnik gegenüber der konventionellen Elektroinstallation,
  • Reduzierung der Leitungsmengen und des Platzbedarfs für Leitungswege,
  • Zukunftsträchtigkeit durch schnelles und einfaches Nachrüsten zusätzlicher Funktionen,
  • hohe Flexibilität bei Nutzungsänderungen von Räumen bzw. deren Anpassung an neue Anforderungen, z.B. barrierefreies oder seniorengerechtes Wohnen,
  • Gewerke übergreifender Einsatz der Produkte verschiedener Hersteller (insbesondere bei Nutzung von KNX),
  • hohe Energieeffizienz durch optimierten Energiebedarf und optimierte Betriebskosten aufgrund von Last und Energiemanagement, verbunden mit der schonenden Nutzung der Energieressourcen,
  • hohe Gebrauchstauglichkeit der technischen Gebäudesysteme bis hin zur komfortablen Betriebsweise,
  • hohe Sicherheit gegen Feuer, Rauch, Gas, Wasser und Einbruch.