Gebäudeautomation - Building automation

Gebäudeautomation ist die automatische zentrale Steuerung der HLK (Heizung, Lüftung und Klimatisierung) eines Gebäudes , der Elektrik, der Beleuchtung , der Beschattung, der Zutrittskontrolle , der Sicherheitssysteme und anderer zusammenhängender Systeme durch ein Gebäudemanagementsystem (BMS) oder ein Gebäudeautomationssystem (BAS .). ) . Die Ziele der Gebäudeautomation sind verbesserter Nutzerkomfort, effizienter Betrieb von Gebäudesystemen, Reduzierung des Energieverbrauchs, reduzierte Betriebs- und Wartungskosten, erhöhte Sicherheit, historische Leistungsdokumentation, Fernzugriff/-steuerung/-betrieb und verbesserter Lebenszyklus von Geräten und zugehörigen Dienstprogrammen .

Gebäudeautomation ist ein Beispiel für ein verteiltes Steuerungssystem – die Computervernetzung elektronischer Geräte, die die Systeme in einem Gebäude überwachen und steuern sollen.

Die BAS-Kernfunktionalität hält das Gebäudeklima innerhalb eines festgelegten Bereichs, versorgt Räume basierend auf einem Belegungsplan mit Licht (sofern keine offenen Schalter vorhanden sind), überwacht die Leistung und Geräteausfälle in allen Systemen und liefert Störungsalarme für das Gebäudewartungspersonal. Ein BAS soll die Energie- und Wartungskosten eines Gebäudes im Vergleich zu einem nicht kontrollierten Gebäude reduzieren. Die meisten kommerziellen, institutionellen und industriellen Gebäude, die nach 2000 gebaut wurden, enthalten eine BAS. Viele ältere Gebäude wurden mit einem neuen BAS nachgerüstet, was in der Regel durch Energie- und Versicherungseinsparungen sowie andere Einsparungen im Zusammenhang mit vorbeugender Wartung und Fehlererkennung finanziert wird.

Ein von einem BAS gesteuertes Gebäude wird oft als intelligentes Gebäude, „Smart Building“ oder (im Falle eines Wohnhauses) als „ Smart Home “ bezeichnet. Im Jahr 2018 wurde in Klaukkala , Finnland , eines der ersten Smart Houses der Welt in Form eines fünfstöckigen Wohnblocks gebaut, der die von KONE entwickelte Kone Residential Flow-Lösung verwendet , die sogar ein Smartphone als Hausschlüssel fungieren lässt. Gewerbliche und industrielle Gebäude haben sich in der Vergangenheit auf robuste, bewährte Protokolle (wie BACnet ) verlassen, während in Häusern proprietäre Protokolle (wie X-10 ) verwendet wurden. Jüngste IEEE- Standards (insbesondere IEEE 802.15.4 , IEEE 1901 und IEEE 1905.1 , IEEE 802.21 , IEEE 802.11ac , IEEE 802.3at ) und Konsortien wie nVoy (das die Einhaltung von IEEE 1905.1 überprüft) oder QIVICON haben eine auf Standards basierende Grundlage für heterogene Vernetzung vieler Geräte in vielen physischen Netzwerken für verschiedene Zwecke und Garantien für Servicequalität und Ausfallsicherung, die zur Unterstützung der menschlichen Gesundheit und Sicherheit geeignet sind. Dementsprechend verwenden kommerzielle, industrielle, militärische und andere institutionelle Benutzer jetzt Systeme, die sich von Heimsystemen hauptsächlich im Maßstab unterscheiden. Weitere Informationen zu Einstiegssystemen, nVoy, 1905.1 und den wichtigsten proprietären Anbietern, die diesen Trend zur Standardintegration implementieren oder widerstehen, finden Sie unter Heimautomatisierung.

Fast alle mehrstöckigen Green Buildings sind so konzipiert, dass sie eine BAS für die Energie-, Luft- und Wasserspareigenschaften aufnehmen. Die Anforderungsreaktion elektrischer Geräte ist eine typische Funktion eines BAS, ebenso wie die anspruchsvollere Lüftungs- und Feuchtigkeitsüberwachung, die für "dichte" isolierte Gebäude erforderlich ist. Die meisten grünen Gebäude verwenden auch so viele stromsparende Gleichstromgeräte wie möglich. Selbst ein Passivhaus Design sollte keine Nettoenergie verbrauchen auch immer der Regel eine BAS benötigt zu verwalten Wärmeerfassung , Beschattung und Belüftung und Planungsvorrichtung Verwendung.

Automatisierungssystem

Der Begriff Gebäudeautomationssystem , lose verwendet, bezieht sich auf jedes elektrische Steuersystem, das verwendet wird, um ein Gebäudeheizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagensystem (HLK) zu steuern. Moderne BAS können auch Innen- und Außenbeleuchtung sowie Sicherheit, Feuermelder und praktisch alles andere, was im Gebäude elektrisch ist, steuern. Alte HLK-Steuerungssysteme , wie kabelgebundene 24-V-DC-Thermostate oder pneumatische Steuerungen, sind eine Form der Automatisierung, denen jedoch die Flexibilität und Integration moderner Systeme fehlt.

Busse und Protokolle

Die meisten Gebäudeautomationsnetzwerke bestehen aus einem primären und sekundären Bus, die übergeordnete Steuerungen (im Allgemeinen spezialisiert auf die Gebäudeautomation, aber auch generische speicherprogrammierbare Steuerungen ) mit untergeordneten Steuerungen, Ein-/Ausgabegeräten und einer Benutzerschnittstelle (auch bekannt als ein Human Interface Device). Das offene Protokoll BACnet von ASHRAE oder das offene Protokoll LonTalk legen fest , wie die meisten dieser Geräte zusammenarbeiten. Moderne Systeme verwenden SNMP zum Verfolgen von Ereignissen und bauen auf der jahrzehntelangen Geschichte mit SNMP-basierten Protokollen in der Computernetzwerkwelt auf.

Die physische Konnektivität zwischen Geräten wurde in der Vergangenheit durch dedizierte Glasfaser , Ethernet , ARCNET , RS-232 , RS-485 oder ein spezielles drahtloses Netzwerk mit niedriger Bandbreite bereitgestellt . Moderne Systeme basieren auf standardbasierten heterogenen Multiprotokoll- Netzwerken, wie sie im IEEE 1905.1- Standard spezifiziert und durch das nVoy- Prüfzeichen verifiziert sind . Diese unterstützen normalerweise nur IP-basierte Netzwerke, können jedoch jede vorhandene Verkabelung nutzen und auch Powerline-Netzwerke über Wechselstromkreise, Power-over-Ethernet -Gleichstromkreise mit geringem Stromverbrauch, drahtlose Netzwerke mit hoher Bandbreite wie LTE und IEEE 802.11n und IEEE 802.11 . integrieren ac und integrieren diese häufig über den gebäudespezifischen drahtlosen Mesh-Open-Standard ZigBee ).

Proprietäre Hardware dominiert den Controller-Markt. Jedes Unternehmen hat Controller für spezifische Anwendungen. Einige sind mit eingeschränkten Kontrollen und keiner Interoperabilität ausgestattet, wie z. B. einfach verpackte Dachgeräte für HLK. Software lässt sich normalerweise nicht gut mit Paketen anderer Anbieter integrieren. Die Zusammenarbeit erfolgt ausschließlich auf Zigbee/BACnet/LonTalk-Ebene.

Aktuelle Systeme bieten Interoperabilität auf Anwendungsebene, sodass Benutzer Geräte verschiedener Hersteller kombinieren und mit anderen kompatiblen Gebäudesteuerungssystemen integrieren können . Diese stützen sich typischerweise auf SNMP , das seit langem für denselben Zweck verwendet wird, um verschiedene Computernetzwerkgeräte in ein kohärentes Netzwerk zu integrieren.

Arten von Ein- und Ausgängen

Sensoren

Analoge Eingänge werden verwendet, um einen variablen Messwert zu lesen. Beispiele sind Temperatur- , Feuchtigkeits- und Drucksensoren, die Thermistor- , 4–20 mA , 0–10 Volt oder Platin- Widerstandsthermometer (Widerstandstemperaturdetektor) oder drahtlose Sensoren sein können .

Ein digitaler Eingang zeigt an, dass ein Gerät ein- oder ausgeschaltet ist. Einige Beispiele für digitale Eingänge wären ein Türkontaktschalter, ein Stromschalter, ein Luftstrom sein , Schalter oder ein spannungsfreien Relaiskontakt (Trockenkontakt). Digitaleingänge könnten auch Impulseingänge sein, die die Impulse über einen Zeitraum zählen. Ein Beispiel ist ein Turbinen-Durchflussmesser, der Durchflussdaten als Impulsfrequenz an einen Eingang überträgt.

Die nicht-intrusive Lastüberwachung ist eine Software, die auf digitalen Sensoren und Algorithmen beruht, um Geräte- oder andere Lasten anhand der elektrischen oder magnetischen Eigenschaften des Stromkreises zu erkennen. Es erkennt das Ereignis jedoch auf analoge Weise. Diese sind im Betrieb äußerst kostengünstig und nicht nur zur Identifizierung, sondern auch zur Erkennung von Anlauftransienten , Leitungs- oder Gerätefehlern usw.

Kontrollen

Digitale Ausgänge steuern die Geschwindigkeit oder die Position einer Vorrichtung, wie beispielsweise einen Antrieb mit variabler Frequenz , ein IP ( Strom zu Pneumatik ) Wandler oder ein Ventil oder Dämpfer Aktuator . Ein Beispiel ist ein Heißwasserventil, das sich um 25 % öffnet, um einen Sollwert beizubehalten . Ein weiteres Beispiel ist ein Frequenzumrichter , der einen Motor langsam hochfährt, um einen harten Start zu vermeiden.

Analogausgänge werden zum Öffnen und Schließen von Relais und Schaltern sowie zum Ansteuern einer Last auf Befehl verwendet. Ein Beispiel wäre, die Parkplatzbeleuchtung einzuschalten, wenn eine Fotozelle anzeigt, dass es draußen dunkel ist. Ein weiteres Beispiel wäre das Öffnen eines Ventils, indem 24 VDC/AC durch den Ausgang geleitet wird, der das Ventil versorgt. Analoge Ausgänge könnten auch Ausgänge vom Impulstyp sein, die eine Frequenz von Impulsen über einen gegebenen Zeitraum emittieren. Ein Beispiel ist ein Energiezähler, der kWh berechnet und entsprechend eine Pulsfrequenz aussendet.

Infrastruktur

Regler

Controller sind im Wesentlichen kleine, speziell angefertigte Computer mit Ein- und Ausgabefunktionen. Diese Controller sind in verschiedenen Größen und Fähigkeiten erhältlich, um Geräte zu steuern, die häufig in Gebäuden zu finden sind, und um Subnetzwerke von Controllern zu steuern.

Eingänge ermöglichen es einem Controller, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Stromfluss, Luftfluss und andere wesentliche Faktoren abzulesen. Die Ausgänge ermöglichen es der Steuerung, Befehls- und Steuersignale an Slave-Geräte und an andere Teile des Systems zu senden. Ein- und Ausgänge können entweder digital oder analog sein. Digitale Ausgänge werden je nach Hersteller manchmal auch als diskret bezeichnet.

Steuerungen für die Gebäudeautomation können in drei Kategorien eingeteilt werden: speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), System-/Netzwerksteuerungen und Endgerätesteuerungen. Es kann aber auch ein Zusatzgerät vorhanden sein, um Fremdsysteme (zB ein Insel-Klimasystem) in ein zentrales Gebäudeautomationssystem einzubinden.

Terminal Unit Controller eignen sich in der Regel für die Steuerung von Beleuchtung und/oder einfacheren Geräten, wie z. B. einem Dachgerät, einer Wärmepumpe, einer VAV-Box, einem Gebläsekonvektor usw. Der Installateur wählt normalerweise eine der verfügbaren vorprogrammierten Persönlichkeiten aus, die am besten für das Gerät geeignet sind gesteuert werden und muss keine neue Steuerungslogik erstellen.

Belegung

Präsenz ist eine von zwei oder mehr Betriebsarten für ein Gebäudeautomationssystem. Unbelegt, Aufwärmen am Morgen und Nachtabsenkung sind weitere gängige Modi.

Die Belegung richtet sich in der Regel nach den Tageszeiten. Im Präsenzmodus zielt das BAS darauf ab, ein angenehmes Klima und eine angemessene Beleuchtung bereitzustellen, oft mit zonenbasierter Steuerung, sodass Benutzer auf einer Seite eines Gebäudes einen anderen Thermostat (oder ein anderes System oder Untersystem) haben als Benutzer auf der gegenüberliegenden Seite Seite.

Ein Temperatursensor in der Zone liefert Rückmeldung an den Regler, damit dieser je nach Bedarf heizen oder kühlen kann.

Wenn aktiviert, erfolgt der morgendliche Aufwärmmodus (MWU) vor der Belegung. Während der Aufwärmphase am Morgen versucht das BAS, das Gebäude rechtzeitig zur Belegung auf den Sollwert zu bringen . Die BAS berücksichtigt häufig Außenbedingungen und historische Erfahrungen, um MWU zu optimieren. Dies wird auch als optimierter Start bezeichnet .

Ein Override ist ein manuell eingeleiteter Befehl an das BAS. Viele wandmontierte Temperatursensoren verfügen beispielsweise über einen Druckknopf, der das System für eine bestimmte Anzahl von Minuten in den Präsenzmodus zwingt. Wo vorhanden, ermöglichen Webschnittstellen den Benutzern, eine Überschreibung des BAS aus der Ferne zu initiieren.

Einige Gebäude verlassen sich auf Präsenzsensoren , um Beleuchtung oder Klimatisierung zu aktivieren. Angesichts der möglichen langen Vorlaufzeiten, bevor ein Raum ausreichend kühl oder warm wird, wird die Klimatisierung oft nicht direkt von einem Präsenzsensor eingeleitet.

Beleuchtung

Die Beleuchtung kann mit einem Gebäudeautomations- oder Lichtsteuerungssystem basierend auf der Tageszeit oder über Präsenzmelder, Fotosensoren und Zeitschaltuhren ein-, ausgeschaltet oder gedimmt werden . Ein typisches Beispiel ist das Einschalten des Lichts in einem Raum für eine halbe Stunde, nachdem die letzte Bewegung wahrgenommen wurde. Eine Lichtschranke außerhalb eines Gebäudes kann Dunkelheit und Tageszeit erkennen und Licht in Außenbüros und auf dem Parkplatz modulieren.

Beleuchtung ist auch ein guter Kandidat für Demand Response , da viele Steuersysteme die Möglichkeit bieten, das Licht zu dimmen (oder auszuschalten), um DR-Anreize und Einsparungen zu nutzen.

In neueren Gebäuden kann die Lichtsteuerung auf dem Feldbus Digital Addressable Lighting Interface (DALI) basieren . Lampen mit DALI-Vorschaltgeräten sind voll dimmbar. DALI kann auch Lampen- und Vorschaltgeräteausfälle an DALI-Leuchten erkennen und Ausfälle signalisieren.

Beschattung und Verglasung

Beschattung und Verglasung sind wesentliche Komponenten des Gebäudesystems, sie beeinflussen den visuellen, akustischen und thermischen Komfort der Bewohner und ermöglichen den Bewohnern den Blick ins Freie. Automatisierte Beschattungs- und Verglasungssysteme sind Lösungen zur Kontrolle von solaren Wärmegewinnen und Blendung. Es bezieht sich auf den Einsatz von Technologie zur Steuerung von externen oder internen Beschattungsvorrichtungen (wie Jalousien und Jalousien) oder der Verglasung selbst. Das System reagiert aktiv und schnell auf verschiedene sich ändernde Außendaten (wie Sonne, Wind) und auf sich ändernde Innenumgebungen (wie Temperatur, Beleuchtungsstärke und Nutzeranforderungen). Beschattungs- und Verglasungssysteme von Gebäuden können sowohl unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung als auch des Komforts zur Verbesserung der Wärme- und Beleuchtungssysteme beitragen.

Dynamische Beschattung

Dynamische Beschattungsgeräte ermöglichen die Steuerung von Tageslicht und Sonnenenergie in die bebaute Umgebung in Abhängigkeit von Außenbedingungen, Tageslichtbedarf und Sonnenstand. Die gemeinsamen Produkte sind Jalousien , Rollos , Jalousien , und Fensterläden. Sie werden wegen des geringen Wartungsaufwands meist auf der Innenseite des Verglasungssystems montiert, können aber auch im Außenbereich oder in einer Kombination aus beidem eingesetzt werden.

Luftbehandlungsgeräte

Die meisten Luftbehandlungsgeräte mischen Rückluft und Außenluft, sodass weniger Temperatur-/Feuchtigkeitskonditionierung erforderlich ist. Dies kann Geld sparen, indem weniger gekühltes oder erwärmtes Wasser verwendet wird (nicht alle AHUs verwenden Kühl- oder Warmwasserkreisläufe). Etwas Außenluft wird benötigt, um die Luft des Gebäudes gesund zu halten. Um die Energieeffizienz zu optimieren und gleichzeitig eine gesunde Raumluftqualität (IAQ) aufrechtzuerhalten , passt die bedarfsgesteuerte (oder kontrollierte) Lüftung (DCV) die Menge der Außenluft basierend auf der gemessenen Belegung an.

Analoge oder digitale Temperatursensoren können im Raum oder Raum, den Rück- und Zuluftkanälen und manchmal auch der Außenluft platziert werden. An den Heiß- und Kaltwasserventilen, den Außenluft- und Rückluftklappen sind Stellantriebe angebracht. Der Zuluftventilator (und ggf. der Rücklauf) wird je nach Tageszeit, Temperatur, Gebäudedruck oder einer Kombination gestartet und gestoppt.

Klimageräte mit konstantem Volumen

Die weniger effiziente Art von Luftbehandlungsgerät ist eine "Luftbehandlungseinheit mit konstantem Volumen" oder CAV. Die Ventilatoren in CAVs haben keine drehzahlvariablen Steuerungen. Stattdessen CAVs Öffnen und Schließen von Klappen und Wasserzufuhrventile Temperaturen im Gebäuderäumen aufrechtzuerhalten. Sie heizen oder kühlen die Räume, indem sie Kalt- oder Warmwasserventile öffnen oder schließen, die ihre internen Wärmetauscher speisen . Im Allgemeinen bedient ein CAV mehrere Räume.

Raumklimageräte mit variablem Volumen

Eine effizientere Einheit ist eine " Variable Air Volume (VAV) Air-Handling Unit" oder VAV. VAVs versorgen VAV-Boxen mit Druckluft, normalerweise eine Box pro Raum oder Bereich. Ein VAV-Luftbehandlungsgerät kann den Druck zu den VAV-Boxen ändern, indem die Geschwindigkeit eines Ventilators oder Gebläses mit einem Frequenzumrichter geändert wird oder (weniger effizient) indem Einlassleitschaufeln zu einem Ventilator mit fester Drehzahl bewegt werden. Die Luftmenge wird durch den Bedarf der von den VAV-Boxen versorgten Räume bestimmt.

Jede VAV-Box versorgt einen kleinen Raum, wie ein Büro, mit Luft. Jede Box hat eine Klappe, die geöffnet oder geschlossen wird, je nachdem, wie viel Heizung oder Kühlung in ihrem Raum benötigt wird. Je mehr Kästen geöffnet sind, desto mehr Luft wird benötigt und eine größere Luftmenge wird vom VAV-Klimagerät geliefert.

Einige VAV-Boxen verfügen auch über Warmwasserventile und einen internen Wärmetauscher. Die Ventile für Warm- und Kaltwasser werden je nach Wärmebedarf der versorgten Räume geöffnet oder geschlossen. Diese beheizten VAV-Boxen werden manchmal nur am Perimeter verwendet und die Innenzonen kühlen nur.

An den VAV-Boxen muss ein minimaler und maximaler CFM eingestellt werden, um eine ausreichende Belüftung und einen angemessenen Luftausgleich zu gewährleisten.

Luftbehandlungseinheit (AHU) Ablufttemperaturregelung

Luftbehandlungsgeräte (AHU) und Dachgeräte (RTU), die mehrere Zonen bedienen, sollten den AUSLASSLUFTTEMPERATUR-SOLLWERT automatisch im Bereich von 55 F bis 70 F ändern. Diese Einstellung reduziert den Energieverbrauch für Kühlung, Heizung und Lüfter. Wenn die Außentemperatur unter 70 °C liegt, verringert bei Zonen mit sehr geringen Kühllasten eine Erhöhung der Zulufttemperatur die Nutzung der Nachheizung auf Zonenebene.

VAV-Hybridsysteme

Eine andere Variante ist ein Hybrid zwischen VAV- und CAV-Systemen. In diesem System arbeiten die Innenzonen wie in einem VAV-System. Die äußeren Zonen unterscheiden sich dadurch, dass die Heizung durch ein Heizgebläse an zentraler Stelle in der Regel mit einem vom Hauskessel gespeisten Heizregister versorgt wird. Die erwärmte Luft wird zu den äußeren Doppelkanal-Mischkästen und -Klappen geleitet, die vom Zonenthermostat gesteuert werden und je nach Bedarf entweder gekühlte oder erwärmte Luft anfordern.

Zentralwerk

Um die Lüftungsgeräte mit Wasser zu versorgen, wird eine zentrale Anlage benötigt. Es kann ein Kaltwassersystem , ein Warmwassersystem und ein Verflüssigerwassersystem sowie Transformatoren und Hilfsaggregate für die Notstromversorgung versorgen. Wenn sie gut verwaltet werden, können sich diese oft gegenseitig helfen. Einige Kraftwerke erzeugen beispielsweise in Zeiten mit Spitzenbedarf mithilfe einer Gasturbine Strom und verwenden dann die heißen Abgase der Turbine, um Wasser zu erhitzen oder eine Absorptionskältemaschine anzutreiben .

Kaltwassersystem

Gekühltes Wasser wird häufig verwendet, um die Luft und die Ausrüstung eines Gebäudes zu kühlen. Das Kaltwassersystem verfügt über Kühler (n) und Pumpen . Analoge Temperatursensoren messen die Kaltwasservor- und Rücklaufleitungen . Die Kältemaschine(n) werden sequenziell ein- und ausgeschaltet, um die Kaltwasserversorgung zu kühlen.

Ein Chiller ist ein Kühlaggregat, das zur Erzeugung von kaltem (gekühltem) Wasser für Raumkühlungszwecke entwickelt wurde. Das gekühlte Wasser wird dann zu einem oder mehreren Kühlschlangen zirkuliert, die sich in Lüftungsgeräten, Gebläsekonvektoren oder Induktionsgeräten befinden. Die Kaltwasserverteilung wird nicht durch die 100-Fuß-Trennungsgrenze eingeschränkt, die für DX-Systeme gilt, daher werden Kaltwasser-basierte Kühlsysteme typischerweise in größeren Gebäuden verwendet. Die Leistungsregelung in einem Kaltwassersystem wird normalerweise durch Modulation des Wasserflusses durch die Register erreicht; somit können mehrere Kühlschlangen von einem einzigen Kühler bedient werden, ohne die Steuerung einer einzelnen Einheit zu beeinträchtigen. Chiller können entweder nach dem Dampfkompressionsprinzip oder nach dem Absorptionsprinzip arbeiten. Dampfkompressionskühler können Hubkolben-, Zentrifugal-, Schrauben- oder Rotationskompressorkonfigurationen verwenden. Hubkolbenkühler werden üblicherweise für Kapazitäten unter 200 Tonnen verwendet; Zentrifugalkühler werden normalerweise verwendet, um höhere Kapazitäten bereitzustellen; Rotations- und Schraubenkühler werden weniger häufig verwendet, sind aber nicht selten. Die Wärmeabfuhr von einem Kühler kann über einen luftgekühlten Kondensator oder einen Kühlturm (beide unten diskutiert) erfolgen. Dampfkompressionskältemaschinen können mit einem luftgekühlten Verflüssiger gebündelt werden, um eine verpackte Kältemaschine bereitzustellen, die außerhalb der Gebäudehülle installiert wird. Dampfkompressionskühler können auch so konstruiert werden, dass sie getrennt von der Verflüssigungseinheit installiert werden; normalerweise würde ein solcher Kaltwassersatz in einem geschlossenen zentralen Anlagenraum installiert. Absorptionskältemaschinen sind so konzipiert, dass sie getrennt vom Verflüssigungssatz installiert werden.

Kondensatorwassersystem

Kühltürme und Pumpen werden verwendet, um kaltes Verflüssigerwasser zu den Chillern zu liefern . Da die Verflüssigerwasserzufuhr zu den Kühlern konstant sein muss, werden bei den Kühlturmventilatoren üblicherweise Antriebe mit variabler Drehzahl zur Temperaturregelung verwendet. Die richtige Kühlturmtemperatur stellt den richtigen Kältemittelkopfdruck in der Kältemaschine sicher. Der verwendete Kühlturmsollwert hängt vom verwendeten Kältemittel ab. Analoge Temperatursensoren messen die Wasservor- und -rücklaufleitungen des Verflüssigers.

Warmwassersystem

Das Warmwassersystem versorgt die Lüftungsgeräte des Gebäudes oder die VAV-Box- Heizregister zusammen mit den Warmwasser-Heizregistern ( Calorifier ) mit Wärme . Das Warmwassersystem verfügt über einen (mehrere) Boiler und Pumpen. Analoge Temperaturfühler werden im Warmwasservor- und -rücklauf platziert. Normalerweise wird ein Mischventil verwendet, um die Temperatur des Heizwasserkreislaufs zu regeln. Der (die) Kessel und die Pumpen werden nacheinander ein- und ausgeschaltet, um die Versorgung aufrechtzuerhalten.

Durch die Installation und Integration von Frequenzumrichtern kann der Energieverbrauch der Umwälzpumpen des Gebäudes auf etwa 15 % des bisherigen Verbrauchs gesenkt werden. Ein Frequenzumrichter funktioniert durch Modulation der Frequenz der Elektrizität, die dem Motor zugeführt wird, den er antreibt. In den USA verwendet das Stromnetz eine Frequenz von 60 Hertz oder 60 Zyklen pro Sekunde. Frequenzumrichter können die Leistung und den Energieverbrauch von Motoren senken, indem sie die Frequenz der dem Motor zugeführten Elektrizität senken, jedoch ist die Beziehung zwischen Motorleistung und Energieverbrauch nicht linear. Wenn der Frequenzumrichter dem Motor bei 30 Hertz Strom liefert, beträgt die Leistung des Motors 50 %, da 30 Hertz geteilt durch 60 Hertz 0,5 oder 50 % ist. Der Energieverbrauch eines Motors, der mit 50 % oder 30 Hertz läuft, beträgt nicht 50 %, sondern etwa 18 %, da die Beziehung zwischen Motorleistung und Energieverbrauch nicht linear ist. Die genauen Verhältnisse von Motorleistung oder Hertz zum Motor (die praktisch gleich sind) und der tatsächliche Energieverbrauch der Frequenzumrichter/Motor-Kombination hängen von der Effizienz des Frequenzumrichters ab. Da der Frequenzumrichter beispielsweise selbst Strom benötigt, um mit dem Gebäudeautomationssystem zu kommunizieren, seinen Kühlventilator zu betreiben usw., wenn der Motor bei installiertem Frequenzumrichter immer mit 100 % lief, würden die Betriebskosten oder der Stromverbrauch tatsächlich mit dem neuen Frequenzumrichter installiert. Die Energiemenge, die Frequenzumrichter verbrauchen, ist nominell und ist bei der Berechnung der Einsparungen kaum zu berücksichtigen, es musste jedoch beachtet werden, dass VFDs selbst Energie verbrauchen. Da die Frequenzumrichter selten mit 100 % laufen und sich die meiste Zeit im Leistungsbereich von 40 % aufhalten und die Pumpen jetzt bei Nichtbedarf komplett abschalten, haben die Frequenzumrichter den Energieverbrauch der Pumpen auf ca 15% von dem, was sie zuvor verwendet hatten.

Alarme und Sicherheit

Alle modernen Gebäudeautomationssysteme verfügen über Alarmfunktionen. Es bringt wenig, eine potenziell gefährliche oder kostspielige Situation zu erkennen, wenn niemand benachrichtigt wird, der das Problem lösen kann. Die Benachrichtigung kann über einen Computer (E-Mail oder Textnachricht), einen Pager , einen Mobiltelefon-Sprachanruf, einen akustischen Alarm oder alle diese erfolgen. Aus Versicherungs- und Haftungsgründen führen alle Systeme Protokolle darüber, wer wann und wie benachrichtigt wurde.

Alarme können jemanden sofort benachrichtigen oder nur benachrichtigen, wenn Alarme eine gewisse Schwere oder Dringlichkeit erreichen. An Standorten mit mehreren Gebäuden können kurzzeitige Stromausfälle Hunderte oder Tausende von Alarmen von abgeschalteten Geräten auslösen – diese sollten unterdrückt und als Symptome eines größeren Ausfalls erkannt werden. Einige Standorte sind so programmiert, dass kritische Alarme in unterschiedlichen Intervallen automatisch erneut gesendet werden. Beispielsweise kann ein wiederholter kritischer Alarm (einer unterbrechungsfreien Stromversorgung im „Bypass“) nach 10 Minuten, 30 Minuten und danach alle 2 bis 4 Stunden ertönen, bis die Alarme behoben sind.

Allgemeine Temperaturalarme sind: Raum, Zuluft, Kaltwasserversorgung, Warmwasserversorgung.
Druck-, Feuchtigkeits-, biologische und chemische Sensoren können feststellen, ob Lüftungssysteme mechanisch ausgefallen sind oder mit Schadstoffen infiziert sind, die die menschliche Gesundheit beeinträchtigen.
Differenzdruckschalter können an einem Filter angebracht werden, um festzustellen, ob dieser verschmutzt ist oder anderweitig nicht funktioniert.
Statusalarme sind üblich. Wenn ein mechanisches Gerät wie eine Pumpe zum Starten aufgefordert wird und der Statuseingang anzeigt, dass es ausgeschaltet ist, kann dies auf einen mechanischen Fehler hinweisen. Oder, schlimmer noch, ein elektrischer Fehler, der eine Brand- oder Stromschlaggefahr darstellen kann.
Einige Ventilantriebe haben Endschalter, um anzuzeigen, ob das Ventil geöffnet hat oder nicht.
Kohlenmonoxid- und Kohlendioxidsensoren können feststellen, ob diese in der Luft zu hoch sind, sei es aufgrund von Feuer oder Belüftungsproblemen in Garagen oder in der Nähe von Straßen.
Kältemittelsensoren können verwendet werden, um ein mögliches Kältemittelleck anzuzeigen.
Stromsensoren können verwendet werden, um niedrige Stromzustände zu erkennen, die durch rutschende Keilriemen, verstopfte Siebe an Pumpen oder andere Probleme verursacht werden.

Sicherheitssysteme können mit einem Gebäudeautomationssystem verriegelt werden. Sind Präsenzmelder vorhanden, können diese auch als Einbruchmelder eingesetzt werden. Da Sicherheitssysteme oft absichtlich sabotiert werden, sollten zumindest einige Detektoren oder Kameras über Batterie-Backup und drahtlose Konnektivität sowie die Möglichkeit verfügen, beim Trennen Alarm auszulösen. Moderne Systeme verwenden normalerweise Power-over-Ethernet (das eine Schwenk-Neige-Zoom-Kamera und andere Geräte mit bis zu 30–90 Watt betreiben kann ), die in der Lage ist, solche Batterien aufzuladen und drahtlose Netzwerke für wirklich drahtlose Anwendungen wie Backup freizuhalten Kommunikation ausgefallen.

Brandmeldezentralen und die dazugehörigen Rauchmeldesysteme sind normalerweise fest verdrahtet, um die Gebäudeautomation zu übersteuern. Beispiel: Wird der Rauchmelder aktiviert, schließen sich alle Außenluftklappen, um das Eindringen von Luft ins Gebäude zu verhindern, und eine Absauganlage kann den Brand isolieren. Ebenso können elektrische Fehlererkennungssysteme ganze Stromkreise abschalten, unabhängig davon, wie viele Alarme dies auslöst oder Personen dies beunruhigen. Fossile Brennstoff Verbrennungsvorrichtungen neigen auch dazu , ihre eigenen Überfahrten, wie beispielsweise haben Erdgasspeiseleitungen , die ausgeschaltet werden , wenn langsamer Druckabfall festgestellt werden (ein Leck anzeigt), oder , wenn überschüssiges Methan wird in der Gebäudeluftzufuhr erfaßt.

Gute BAS kennen diese Übersteuerungen und erkennen komplexe Fehlerbedingungen. Sie senden keine übermäßigen Warnungen und verschwenden auch keine wertvolle Backup-Energie für den Versuch, Geräte wieder einzuschalten, die durch diese Sicherheitsüberschreibungen ausgeschaltet wurden. Ein schlechtes BAS sendet fast per Definition einen Alarm für jeden Alarm und erkennt keine manuelle, Feuer- oder elektrische oder Kraftstoffsicherheitsübersteuerung. Dementsprechend bauen gute BAS oft auf Sicherheits- und Brandschutzsystemen auf.

Informationssicherheit

Mit dem wachsenden Spektrum an Fähigkeiten und Verbindungen zum Internet der Dinge wurden Gebäudeautomationssysteme wiederholt als anfällig gemeldet, sodass Hacker und Cyberkriminelle ihre Komponenten angreifen können. Gebäude können von Hackern ausgenutzt werden, um ihre Umgebung zu vermessen oder zu verändern: Sensoren ermöglichen die Überwachung (zB Überwachung von Bewegungen von Mitarbeitern oder Gewohnheiten von Bewohnern), während Aktoren Aktionen in Gebäuden ermöglichen (zB Türen oder Fenster für Einbrecher öffnen). Mehrere Anbieter und Gremien haben damit begonnen, die Sicherheitsfunktionen ihrer Produkte und Standards zu verbessern, darunter KNX, ZigBee und BACnet (siehe aktuelle Standards oder Standardentwürfe). Forscher berichten jedoch von mehreren offenen Problemen bei der Sicherheit der Gebäudeautomation.

Raumautomation

Raumautomation ist eine Teilmenge der Gebäudeautomation und hat einen ähnlichen Zweck; es ist die Konsolidierung eines oder mehrerer Systeme unter zentraler Kontrolle, in diesem Fall jedoch in einem Raum.

Das gebräuchlichste Beispiel für Raumautomation sind Unternehmenskonferenzräume, Präsentationssuiten und Hörsäle, in denen die Bedienung der großen Anzahl von Geräten, die die Raumfunktion definieren (wie Videokonferenzgeräte , Videoprojektoren , Lichtsteuerungssysteme , Beschallungsanlagen usw. ) würde die manuelle Bedienung des Raumes sehr aufwendig machen. Es ist üblich, dass Raumautomationssysteme einen Touchscreen als primäre Möglichkeit zur Steuerung jedes Vorgangs verwenden.

Siehe auch

Protokolle und Industriestandards

Verweise

Externe Links

Medien zum Thema Gebäudeautomation bei Wikimedia Commons
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