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Co-Working hatte bereits in der Vergangenheit einen großen Einfluss auf die Leistung und Nutzung von Gewerbeimmobilien. Mehrere Schlüsselfaktoren haben diese Entwicklung ermöglicht: der leichte Zugang zu Büroräumen in der gewünschten Lage, der Wunsch nach flexiblen Arbeitsumgebungen, die sich leicht an die wechselnde Zahl der Beschäftigten anpassen lassen, und der Wunsch nach einer Zusammenarbeit in einer offenen, kreativen Atmosphäre, die den Austausch mit anderen Menschen anregt. Kurz gesagt – agile Arbeitsmodelle erfordern agile Gebäude.
Aufgaben in agilen Gebäuden
Agile Gebäude, die gemeinsam genutzte Büroräume ermöglichen, müssen eine Reihe von Hauptmerkmalen aufweisen: eine für den Benutzerkomfort optimierte Architektur, eine flexible Gebäudeinfrastruktur mit der Möglichkeit zur ständigen Neukonfiguration, eine IT- und Dateninfrastruktur, die eine Datenanalyse zur Überwachung und Optimierung der Leistungskennzahlen ermöglicht, sowie ein Dienstleistungsangebot.
Speziell für die Gebäudeautomation ist die individuelle Anpassung der Arbeitsplatzbeleuchtung nach den Wünschen der Benutzer eine der wichtigsten Anforderungen. Einige Gebäude könnten zusätzlich die Steuerung von Fensterjalousien und sogar Heizung und Lüftung durch den Nutzer erlauben, aber dies ist noch immer eher die Ausnahme.
Ständige Neukonfigurationen bedeuten, dass Installationskabel und -geräte in festen Positionen an und so viel Infrastruktur wie möglich in der Decke untergebracht werden sollte, um die Raumaufteilung möglichst wenig zu behindern. Die Datenanalyse erfordert eine flexible Sensor-Infrastruktur, die in der Lage ist, Schlüsselparameter wie die Tisch- und Raumnutzung, die Überwachung des Versorgungsgrades und die bedarfsgerechte Reinigung unter Berücksichtigung von Aktivität und Nutzung zu steuern.
Schließlich müssen die durch diese Datenanalyse generierten Ergebnisse leicht innerhalb von Dienstleistungsmodellen sowohl des Gebäudebetreibers als auch externer Dienstleister nutzbar sein.
Dateninfrastrukturen für agile Gebäude
Daten sind die Grundlage für agile Gebäude. Es gibt sie in vielen Formen – sie können Nutzerwünsche darstellen, Informationsaustausch ermöglichen und Schlüsselparameter überwachen.
Für den Datenaustausch ist eine geeignete Infrastruktur erforderlich, die bestimmte Anforderungen hinsichtlich der auszutauschenden Datenmenge, der Entfernung zwischen den Datenaustauschpartnern, des Transportmediums und der verfügbaren Leistung erfüllt. Im Idealfall würde eine Infrastruktur alle diese Anforderungen abdecken. Dies ist jedoch in der Regel nicht möglich. Ein Blick auf die verschiedenen verfügbaren Technologien erklärt, warum:
- Glasfaser-, Ethernet- oder Kupferkabel sind ideale Medien, um große Datenmengen mit minimaler Latenzzeit und höchster Zuverlässigkeit durch ein ganzes Gebäude zu transportieren. Ihre Flexibilität ist jedoch sehr begrenzt, da sie die Installation einer dedizierten Verkabelung erfordern.
- Wi-Fi hingegen ist ideal, um große Datenmengen über begrenzte Entfernungen mit größerer Flexibilität auszutauschen. Aufgrund seines Stromverbrauchs ist es jedoch nicht gut für drahtlose Steuerungen und Sensoren geeignet.
- Dedizierte drahtlose Low-Power-Protokolle wie Zigbee, Bluetooth oder Enocean hingegen verbinden einen geringen Stromverbrauch mit drahtloser Flexibilität. Sie lassen sich jedoch nicht dazu nutzen, große Datenmengen zu transportieren oder ganze Gebäude abzudecken.
Klassifizierung des Datenaustauschs nach Transportmedium und IP-Protokoll. Enocean
Dateninfrastrukturen innerhalb eines Gebäudes sind daher von Natur aus meist Hybride, die sich nach ihrem Transportmedium (Kabel versus drahtlos) und ihrer Verwendung des IP-Protokolls klassifizieren lassen.
Drahtgebundener versus drahtloser Datentransport
Der Hauptnachteil einer verkabelten Dateninfrastruktur ist ihre inhärente Inflexibilität. Die Notwendigkeit einer dedizierten Verkabelung macht eine schnelle Umgestaltung schwierig. Einfache Aufgaben wie das Verschieben eines Lichtschalters an einen anderen Ort erfordern erhebliche Bauarbeiten. Dies ist keine Option für agile Gebäude. Daher sind drahtlose Lösungen als Ergänzung zur kabelgebundenen Infrastruktur immer attraktiver geworden.
Eine zentrale Herausforderung beim Übergang zu wirklich drahtlosen Lösungen ist die Frage, wie diese Geräte mit Strom versorgt werden können. Batterien sind weit verbreitet und weiterhin ein attraktives Angebot für Fälle, in denen die Anschaffungskosten im Vordergrund stehen und die Wartung für den Batteriewechsel keine Rolle spielt.
Wartung – eine Frage der Energiequelle
Die Auswirkungen von Wartungsarbeiten werden in größeren Gebäuden, in denen Tausende von Sensoren auf mehrere Stockwerke und Büros verteilt sind, schnell deutlich. Oftmals ist in diesen Fällen der Batteriewechsel eine Herausforderung und ein zeitraubender Aufwand.
Mit der Energy-Harvesting-Technologie von Enocean hat sich eine zuverlässige Alternative zu Batterien als Energiequelle für drahtlose Geräte etabliert. Selbstversorgte Sensoren beziehen die gesamte für ihren Betrieb benötigte Energie aus der Umgebung. Ein Beispiel dafür ist der Energy-Harvesting-Funkschalter, der seine Energie aus der kinetischen Bewegung beim Drücken erzeugt. Andere Quellen, die für energieautarke Sensoren verwendet werden, sind Licht (innen und außen) oder Temperaturunterschiede zur Erkennung von Belegung, Lichtintensität, Temperatur, Feuchtigkeit, Zugang oder sogar Beschleunigung, um nur einige zu nennen.
Energy Harvesting-Geräte erfordern naturgemäß keine Wartung und können sich daher positiv auf die Gesamtkosten und den Betriebsaufwand auswirken. Zudem verleihen sie Anlagen mit Energiesparfunktionen einen umweltfreundlichen Charakter, indem sich Tonnen von Batterieabfällen vermeiden lassen. Die Enocean-Technologie kann heute eine Vielzahl verschiedener Low-Power-Funkprotokolle wie Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee PRO Green Power und EnOcean Sub-1-GHz-Funk unterstützen, die die IP-Infrastruktur eines Gebäudes ergänzen können.
Prominentes Beispiel für Funkprotokolle im Bereich der Gebäudeautomatisierung und Beleuchtungssteuerung ist der internationale Enocean-Standard (ISO/IEC 14543-3-1X), der weltweit von mehr als 400 Mitgliedsunternehmen der Enocean Alliance unterstützt wird.
Über die Mesh Network-Topologie lässt sich die Kommunikationsreichweite von Blutoothsystemen stark erweitern. Es nutzt dazu Zwischengeräte zwischen Quelle und Ziel. Enocean
Während viele Protokolle wie Bluetooth, Wi-Fi und Zigbee im 2,4-GHz-Frequenzband arbeiten, nutzt dieses Protokoll die Funkbänder unterhalb von 1 GHz. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer gegebenen Sendeleistung aufgrund der geringeren Signaldämpfung wesentlich höhere Kommunikationsentfernungen möglich sind. Diese Dämpfung steigt für eine gegebene Distanz direkt mit der Frequenz wie in Formel 1 berechnet.
Die Verwendung niedrigerer Frequenzen bietet daher bei einer gegebenen Sendeleistung eine viel bessere Abdeckung und ist somit optimal für Protokolle, die auf niedrigsten Energieverbrauch abzielen.
Minimierung von Infrastruktur-Upgrades
Die Notwendigkeit, die Infrastruktur des Gebäudenetzes zu verbessern, um neue datengesteuerte Dienste zu unterstützen, stellt ein erhebliches Hindernis dar. In vielen Umgebungen führen solche Upgrades zu nachteiligen Geschäftsunterbrechungen, die schwer zu rechtfertigen sein könnten. Daher wurden verschiedene Systeme vorgeschlagen, um solche Unterbrechungen durch die Wiederverwendung der bestehenden Infrastruktur zu minimieren. Ein vielversprechender Ansatz ist die Aufrüstung von Wi-Fi-Zugangspunkten, um Daten von drahtlosen Geräten mit geringem Stromverbrauch erfassen zu können.
Paradigmen von morgen
Zukünftige agile Gebäude, die eine hochflexible Zusammenarbeit und Raumnutzung ermöglichen, werden große Mengen an Sensordaten benötigen, um Nutzung und Betrieb kontinuierlich zu analysieren und zu optimieren. Die Erstellung, Erfassung und Bereitstellung solcher Daten erfordert eine flexible Netzwerkinfrastruktur, die sich kontinuierlich an neue Nutzungsszenarien anpassen kann.
Matthias Kassner
(prm)
