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Über dieses Buch

Dieses Fachbuch vermittelt anhand von Praxis-Beispielen verschiedener Gebäudearten die wichtigsten Aspekte der Gebäudeautomation. Dem Architekten und Planer als Hauptzielgruppe werden alle notwendigen Grundlagen und Zusammenhänge vermittelt, die er für das Fachgespräch mit dem Fachingenieur oder für die Beratung seines Bauherren zu dieser Thematik benötigt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Herausforderung Digitalisierung

Zusammenfassung
Unser Leben wird digital. Stimmt diese These tatsächlich? Es scheint so, dass viele Menschen ohne Smartphone und Internet nicht mehr auskommen können und meist in digitaler Form mit der sie umgebenden Welt kommunizieren. Der Entwicklungsprozess betrifft auch die Gebäude. In der Gebäudetechnik vollzieht sich ein Wandel von individuellen Einzelanwendungen hin zu fernsteuerbaren kooperierenden Geräten und Installationen. Moderne Anlagen der technischen Gebäudeausrüstung sollen effektiv zusammenarbeiten, das Energieangebot optimal ausnutzen und nutzerfreundlich gesteuert werden können. Damit wird ein hoher Anspruch an die Planung gestellt, aber auch ein hoher Spezialisierungsgrad bei der technischen Umsetzung verlangt. Die oft sehr hohen Komforterwartungen der Bauherren und Nutzer führen dazu, dass Gebäude umfassend klimatisiert und damit auch umfassend automatisiert werden müssen. Angesichts der zunehmenden Spezialisierung wird niemand erwarten, dass Architekten die digitalen Systeme bis ins kleinste Detail kennen. Aber als führende Akteure, die den Planungs- und Bauprozess steuern, sollten Architekten wissen, dass die Gestaltung des Gebäudes, die Art der Nutzung und die Steuerung der technischen Anlagen eng miteinander zusammenhängen.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

2. Grundlagen der Gebäudeautomation

Zusammenfassung
Die Gebäudeautomation (GA) nimmt in den Lebenszyklen eines Gebäudes eine wichtige Rolle ein. Die mit dem Klimaschutz einhergehende fortschreitende Verschärfung der Wärmeschutz- und Energiesparverordnungen, der zuverlässige Betrieb komplexer Anlagen und die flexible Nutzung von Gebäuden erfordern Gewerke übergreifende Funktionen der Koordinierung von Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA). Ein energieeffizienter Betrieb der Anlagen ist nur bei einem entsprechend hohen Automatisierungsgrad möglich. Der gewünschte Nutzen der Energieversorgung eines Gebäudes sind Behaglichkeit bzw. Raumluftqualität. Die klimatischen Vorgänge im Gebäude, also die zeitlichen Änderungen von Temperatur und Feuchte im Raum, sind jedoch nicht statische sondern dynamische Vorgänge, die mit Steuer- und Regelungen beeinflusst werden. Das Verständnis von der Funktionsweise eines Regelungssystems erfordert jedoch ein hohes Maß an Abstraktion. Die Strukturen, die Grundelemente und deren typischen Eigenschaften eines Regelkreises werden erläutert und an Beispielen die Funktionsweise demonstriert.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

3. Wohngebäude

Zusammenfassung
Wohngebäude sind die zahlenmäßig größte Gruppe im Gebäudebestand. In diesem Kapitel werden die haustechnischen Systeme von Wohngebäuden dargestellt. Der Schwerpunkt liegt bei den Heizungsanlagen, da diese den größten Nutzenergieverbrauch bei Wohngebäuden verursachen.
Ausgehend von der Grundstruktur von geschlossenen Pumpenwarmwasserheizung werden die typischen Aufgaben der Steuerung und Regelung herausgearbeitet. Betrachtet werden z. B. die Regelung der Raumtemperatur der Wärmeerzeuger sowie weiterer wichtiger Aggregate.
Abschließend wird der Einfluss der Steuerung und Regelung auf die Energieeffizienz von Wohngebäuden analysiert.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

4. Unterrichtsgebäude

Zusammenfassung
In Unterrichtsgebäuden ist die Lüftung der Klassen-, bzw. Seminarräume ein wichtiges Thema. Demzufolge werden neben typischen Heizungsanlagen die in der Praxis verwendeten Lüftungssysteme gezeigt. Außerdem wird kurz auf Beleuchtungssysteme eingegangen.
Steuer- und Regelungsaufgaben für die Heizung, die Lüftung und die Beleuchtung werden herausgearbeitet.
Für Schulen sind Einzelraumregelungssysteme der Heizung ein interessanter Ansatz zur Steigerung der Energieeffizienz. Es wird ein Verfahren zur überschlägigen Abschätzung der Energieeinsparung durch diese Systeme vorgestellt.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

5. Bürogebäude

Zusammenfassung
In Bürogebäuden sind die Klimaanlagen das dominierende Thema. Es werden die in der Praxis vertretenen Klimaanlagen strukturiert und systematisch dargestellt. Man erhält damit einen Überblick über die relevanten Grundsysteme. Weiterhin werden verschiedene Technologien für die Kältebereitstellung gezeigt und es wird auf Beleuchtungssysteme eingegangen.
Steuer- und Regelungsaufgaben für die Heizung, die Klimatisierung und die Beleuchtung werden herausgearbeitet.
Im Rahmen der Planung der Gebäudetechnik und Gebäudeautomation von Bürogebäuden werden in den Bilanzierungsverfahren so genannte Effizienzklassen der Gebäudeautomation definiert. An Hand eines Beispiels wird der Einfluss der Gebäudeautomation auf die Energieeffizienz abgeschätzt.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

6. Die Regelung von Heizungsanlagen

Zusammenfassung
Die Regelung der Raumtemperatur stellt eine Aufgabe dar, die gerade auch vom Nutzer am deutlichsten wahrgenommen wird. Es werden Möglichkeiten der Einzelraumregelung und Gerätelösungen dargestellt, die unterschiedlichen Anforderungen genügen. Die Regelung von Wärmeerzeugern und deren Zusammenspiel mit den Regelungen in den Nutzbereichen des Gebäudes spielt eine zentrale Rolle. Wärmeerzeuger werden nach dem Wärmebedarf des beheizten Gebäudes betrieben. Die Fahrweise eines Heizkessels nach einem Referenzraum oder in Abhängigkeit der Außentemperatur sind bekannte Methoden. Eine bedarfsgerechte Heizkesselsteuerung tauscht über ein Kommunikationssystem mit den individuellen Nutzeranforderungen der Einzelraumregelungen Informationen im Sinne einer Regelung mit Informationsverbund aus. Auch haben sich Verfahren der automatischen Adaption der Heizkurve in der Praxis gut bewährt. Die Regelungen beispielsweise der Warmwasserbereitung, von Wärmepumpen und Fernwärmestationen runden das Kapitel ab.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

7. Die Regelung von Lüftungs- und Klimaanlagen

Zusammenfassung
Durch unkontrollierte Fensterlüftung kommt es häufig entweder zu einem zu hohen oder zu einem niedrigen Luftwechsel. Die Folgen können ein zu hoher Wärmeverbrauch, Unbehaglichkeiten durch belastete Raumluft und Zugerscheinung durch geöffnete Fenster sein. Im Vergleich zu Wohngebäuden sind vor allem Klassenräume mit deutlich mehr Personen besetzt, so dass deren Versorgung mit Sauerstoff eine Herausforderung darstellt. Das automatisierte Öffnen und Schließen der Fenster und die Steuerung der Lüftungsanlagen müssen deshalb mit der Heizungsregelung geeignet koordiniert werden. Für Bürogebäude werden die Möglichkeiten der Steuer- und Regelung von Klimaanlagen mit konstantem und variablem Volumenstrom behandelt. Das betrifft die Automatisierung der Gesamtanlagen und auch die Regelungen der Einzelaggregate. Neben Anlagen, die Luft, Wasser oder Kältemittel als Trägermedium für den Wärme- und Kältetransport einsetzen, weist das kombinierte Luft-Wasser-System Vorteile für Bürogebäude auf und stellt eine Herausforderung für dessen Automatisierung dar. Die Regelung von Kälteerzeugern schließt das Kapitel ab.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

8. Beleuchtungssteuerung

Zusammenfassung
Infolge des gewachsenen Anteils der Beleuchtung am Gesamtenergiebedarf nimmt die Bedeutung neuartiger Beleuchtungssysteme und der Beleuchtungssteuerung zu. Einleitend wird auf die Definitionen lichttechnischer Größen und die Möglichkeiten deren Messung eingegangen. Die Helligkeit im Raum wird in Abhängigkeit des Tageslichtes und der Anwesenheit von Nutzern geregelt. Die Jalousiesteuerung dient zusätzlich dem Blendschutz und der Erhöhung der Lichtmenge zur Reduzierung der Beleuchtungsenergie. Aus den Zielstellungen zur Energieeinsparung, Bedienkomfort und visueller Behaglichkeit in Bürogebäuden mit sehr unterschiedlich genutzten Räumen und wechselnder Belegung ergibt sich die Notwendigkeit, Methoden des Lichtmanagements zu realisieren.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

9. Smart Home und Gebäudeleittechnik

Zusammenfassung
Eine bestimmte Mindestausstattung mit Einrichtungen der Gebäudeautomation ist gesetzlich festgeschrieben. In komplexen Nichtwohngebäuden ist die Gebäudeleittechnik für die technischen Anlagen die Kernaufgabe der Gebäudeautomation. Damit konzentriert sich die Anwendung dieser Systeme auf z.B. große Verwaltungsgebäude, Banken und Versicherungen, Kaufhäuser, Industrieanlagen, Handelszentren, Krankenhäuser, Universitäts-, Schulgebäude sowie Freizeitzentren. Mit dem Smartphone als zentrales Bediengerät, Kabel- und Funknetzen, energiesparenden Funk-Sensoren, miniaturisierten Regel- und Steuergeräten einschließlich der Vernetzung mit der technischen Gebäudeausrüstung und Haushaltgeräten werden technische Lösungen, die früher großen Nichtwohngebäuden vorbehalten waren, in Wohngebäude übertragen. Smart Home bezeichnet Produkte und Dienstleistungen für den privaten Wohnbereich, die mit digitalen Methoden neuartige, innovative Anwendungen möglich machen. Darüber hinaus zwingen Themen wie Mobilität, Gesundheit, Wohnen und Komfort zukünftig zu ganzheitlichen Lösungen.
Gunter Lauckner, Jörn Krimmling

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