Eine neue Direktive soll dazu beitragen, sowohl CO2-Emissionen als auch die Kosten für die Eigner zu reduzieren. Außerdem lassen sich intelligente Gebäudesysteme mit Sensorlösungen um zusätzliche Funktionen wie Sicherheit und höheres Wohlbefinden der Bewohner erweitern, denn es kommen in diesem Bereich regelmäßig neue Technologien auf den Markt, die intelligente Gebäudesysteme besser und günstiger machen.

Bilderkennung und Temperatursensonren

Omrons HVC-Modul ist das erste Vision-Modul speziell für Anwendungen wie die Gebäudeautomatisierung

Bild 1: Omrons HVC-Modul ist ein Vision-Modul speziell für Anwendungen wie die Gebäudeautomatisierung. Omron

Mit dem Einsatz von ursprünglich für Mobiltelefone entwickelter Bilderkennungstechnologie können Gebäudeautomatisierungssysteme Kamerabilder interpretieren. Sie können Stimmungsausdruck, Alter und Geschlecht einschätzen sowie auch Einzelpersonen erkennen. Mit solchen Sensoren ließen sich Sicherheits- und Gebäudeautomatisierungssysteme letztendlich zusammenfügen unter Verwendung eines einzigen Satzes von Bildverarbeitungsmodulen. Die gesammelten Daten lassen sich automatisch bearbeiten, zentral speichern oder erfassen und an einen Bearbeiter nur bei Bedarf weitergeben. Potenziell kann ein Büro eine Person also bei der Ankunft erkennen und Heizung und Licht nach Wunsch einschalten.

Eck-Daten

Seit das Bewusstsein für die Auswirkungen von verschwendeter Energie in Gebäuden steigt, hat sich das Technologieangebot zur Einsparung und Steuerung dieser Energie dramatisch verbessert. Sensoren und Relais versetzen Gebäudemanager in die Lage, sowohl Kosten als auch die CO2-Bilanz zu reduzieren. Mit der Entwicklung der Cloud müssen sie in einem Gebäude sogar gar nicht mehr selbst anwesend sein, um sich ein vollständiges Bild der Lage zu verschaffen.

Omrons HVC-Modul (Bild 1) ist ein Vision-Modul speziell für Anwendungen wie Building Automation, in niedrigen Stückzahlen verfügbar und integrierbar, ohne dass der Entwicklungsingenieur die komplexen Algorithmen verstehen muss, die zur Erkennung von Gesichtern, Gesichtsausdruck oder für das optische Design notwendig sind. Mit dieser voll integrierten steckerfertigen Komplettlösung sieht sich der Entwickler nur die Outputs an, um sein System für entsprechende Entscheidungen zu konfigurieren.

Geht es bei einer Anwendung nur um das Erfassen von Menschen, ohne Erkennung, sind Temperatursensoren eine fest etablierte Möglichkeit und eine wirkungsvolle Alternative zu Bewegungssensoren. In einem Gebäudeautomatisierungssystem lassen sich solche Sensoren auch auf vielerlei andere Weise verwenden, so dass sie einen wertvollen Beitrag zur Sicherheit leisten, indem sie potenzielle Probleme identifizieren, ehe sie sich zu einer größeren Gefahr entwickeln. Viele Brände beginnen beispielsweise mit einer lokalen Überhitzung; ein Wärmesensor erkennt eine mögliche Brandgefahr, ehe das Feuer ausbricht. Dies kann nicht nur Leben retten, sondern durch die Möglichkeit rechtzeitiger vorbeugender Wartung auch Kosten.

Bild 2: Weitwinkel-Temperatursensoren wie der Omron D6T 32 × 32 können einen kompletten Raum von nur einem Punkt aus abdecken und erkennen potenzielle Brandherde ebenso wie die Anwesenheit von Personen

Bild 2: Weitwinkel-Temperatursensoren wie der Omron D6T 32 × 32 können einen kompletten Raum von nur einem Punkt aus abdecken und erkennen potenzielle Brandherde ebenso wie die Anwesenheit von Personen. Omron

Um in einer Gebäudeautomatisierungsumgebung von Nutzen zu sein, benötigen solche Sensoren ein weites Sichtfeld zur akkuraten und zuverlässigen Anwesenheits- und Standorterkennung und anderen raumgebundenen Aspekten in einem Raum. Omrons MEMS-Temperatursensoren des Typs D6T basieren auf einem IR-Sensor (Infrarot), der die Oberflächentemperatur des Zielobjekts kontaktlos misst mittels einer Thermosäule, die dessen abgestrahlte Energie absorbiert. Neu ist eine Weitwinkelversion aus 32 × 32 Elementen. Der D6T-32L-01A (Bild 2) betrachtet 90° × 90° und ist damit in der Lage, ein breites Feld wie einen kompletten Raum von nur einem Punkt aus abzudecken.

Umgebungssensoren und Luftqualität

Das sensorische System eines Menschen überwacht seine nähere Umgebung ständig, oft unbewusst. Wir reagieren auf ein Lüftchen, das über das Gesicht streicht, eine Bewegung im peripheren Sichtfeld, ein kleiner Druckunterschied im Ohr oder an den Fußsohlen. Ein intelligentes Gebäude muss dasselbe tun und auf Veränderungen des Umfeldes reagieren, um die Energieeffizienz und den Nutzerkomfort zu optimieren.

Mehrzweck-Umgebungssensoren ermöglichen die Bewerkstelligung zahlreicher Messaufgaben auf ziemlich einfache Weise mit nur einem kleinen Sensor. Das spart Entwicklungszeit durch diverse kundenkonfigurierbare Optionen. Ob es darum geht, die optimale Büroarbeitstemperatur aufrechtzuerhalten oder dass in einem Museumsraum die richtige Luftfeuchte und Beleuchtung zum Schutz der Exponate herrschen – diese Sensoren bieten leicht interpretierbare Daten, die sich anschließend analysieren, in der Cloud speichern und dazu verwenden lassen, Parameter einzustellen oder Echtzeit-Anpassungen vorzunehmen.

Es gibt sieben Kernparameter die Umgebungssensoren für Gebäude-und Industrie-Automatisierungssysteme überwachen können sollten: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Licht, UV-Index, Luftdruck, Störgeräusche und Beschleunigungsverhalten. Sensoren wie der 2JCIE (Bild 3) können all dies überwachen und übermitteln ihre Daten über bekannte drahtgebundene und drahtlose Datenschnittstellen wie USB und Bluetooth. Trotz seiner kleinen Bauform verfügt der 2JCIE über einen eignen integrierten Speicher für die Datenaufzeichnung und um die Umgebung im Blick zu behalten.

Bild 3: Der Omron 2JCIE misst sieben gängige Umgebungsparameter in einer kompakten Einheit.

Bild 3: Der Omron 2JCIE misst sieben gängige Umgebungsparameter in einer kompakten Einheit. Omron

Außerdem sind die Belüftung und eine angemessene Luftqualität im Gebäude ein wichtiges Thema. Bauvorschriften stellen detaillierte Vorgaben zu mechanischen Luftaustauschraten in Räumlichkeiten auf, einschließlich der nicht bewohnbaren wie Toiletten, Badezimmern/Duschanlagen, Küchen und Abstellkammern in Wohnhäusern. Während Bauingenieure dafür sorgen, dass solche Räume mit vorschriftsmäßigen Ventilatoren und anderen Arten von Lüftungen ausgestattet sind, müssen die Gebäudemanager diese Lüftungen instandhalten und sicherstellen, dass deren Leistung nicht verschleißbedingt oder durch Schmutzablagerungen im Luftweg unter das geforderte Niveau abfällt. Für diese Aufgabe stehen jedoch geeignete Sensoren zur Verfügung.

Bild 4: Der Omron D6-PH erkennt, wenn Verschleiß und Schmutz die Leistung von Belüftungsgebläsen beeinträchtigt.

Bild 4: Der Omron D6-PH erkennt, wenn Verschleiß und Schmutz die Leistung von Belüftungsgebläsen beeinträchtigt. Omron

Der Digitaldrucksensor D6F-PH (Bild 4) zur Erkennung von Luftströmung und verschmutzten Filtern in Wärmerückgewinnungsgeräten bewerkstelligt dies durch die Erfassung des Differenzialdrucks vor und nach dem Ventilator oder Filter. So erkennt er einen Leistungsrückgang durch Verschmutzung und warnt, dass eine Reinigung oder Ersatz erforderlich ist. Eine kompaktere Alternative ist der Luftdrucksensor 2SMPB. Der D-6FV verbessert den Wirkungsgrad durch die Überwachung des exakten Luftdurchsatzes, mit dem die Luft abgesaugt wird.

Steuerung der Ausgänge

Wenn diese Sensoren die Augen und Ohren eines Gebäudeautomatisierungssystems sind, so bedarf es aber auch der Hände um daraufhin zu handeln. Es gilt die Ausgänge zu steuern: Heizungen, Beleuchtungen, Lüftungen und andere Elemente. Relais sind noch immer eine geeignet Lösung. In so gut wie allen Gebäudeautomatisierungssystemen finden sich am Output elektromechanische Leiterplattenrelais. Das mag angesichts so vieler verfügbarer alternativer Schalttechnologien, einschließlich Halbleiter-Schalter, überraschen, doch es gibt vier Gründe hierfür:

Relais haben einerseits einen oder mehrere Relaiskontakt-Ausgänge und andererseits lassen sich die Kontakte mit einem Wechsler-Ausgang versehen, der sich für Verriegelungs- oder Abtastschaltungen nutzen lässt. Außerdem können Relais AC-oder DC-Spannungen einzeln schalten und viertens erfüllen sie gleichzeitig die Anforderungen der Isolations- und Glühdrahtprüfung.

Bild 5: Der Omron G5Q-1A-EL2 ist für kapazitive Einschaltströme im µs-Bereich ausgelegt.

Bild 5: Der Omron G5Q-1A-EL2 ist für kapazitive Einschaltströme im µs-Bereich ausgelegt. Omron

Aufgrund erheblicher Lastenunterschiede und neuer Anforderungen an Relais durch jüngste Technologien haben Hersteller wie Omron Plattform-Relaisserien entwickelt, die all diesen unterschiedlichen Ansprüchen Rechnung tragen. Beispielsweise bietet die G5Q-Familie verschiedene Spezifikationen mit dem gleichen Leiterplattenanschluss für verschiedene Schaltbedarfe.

Auch Relaishersteller sehen sich vor der Herausforderung, ihre Komponenten immer kompakter zu gestalten. Waren früher 30 mm lange Relais völlig akzeptabel, ist dies heute nicht mehr der Fall. Das G5Q zum Beispiel ist ein Industrierelais für hohe Spezifikationen, jedoch nur 20 mm lang, 15 mm hoch und 10,3 mm tief.

Spezielle Anwendungen haben ihre eigenen speziellen Herausforderungen. LED-Beleuchtung, Wasserpumpen und kapazitive Eingangsfilter mit Leistungsfaktorkorrektur beispielsweise erzeugen hohe Einschaltströme. Das bedeutet extreme Lasten für die Relaiskontakte. Verschmelzen Relaiskontakte, zerstört dies das Relais und somit das Gerät. Das G5Q-1A-EL2 (Bild 5) ist für kapazitive Einschaltströme im µs-Bereich entwickelt. Relais dieser Art können Einschaltströme von 40 A/100 µs und Nenn-Ausschaltströme von 1 A/250 VAC bis zu hunderttausend Mal schalten.

Bild 6: Omrons G5RL-U kann bis zu 16A schalten und bewältigt hohe Einschaltströme bis zu 150 A.

Bild 6: Omrons G5RL-U kann bis zu 16 A schalten und bewältigt hohe Einschaltströme bis zu 150 A. Omron

Das gleiche Konstruktionsprinzip gibt es für induktive Motorlasten (zum Beispiel Lüfter) mit Einschaltströmen im ms-Bereich. Das G5Q-1A-EL3 ist entsprechend konzipiert und schafft etwa 300.000 Schaltspiele mit 250 VAC/30 A und 500 ms Einschaltströmen (induktive Last) mit einem Ausschaltstrom von 3 A.

Das G5Q-1A-EL bewältigt Schaltaufgaben in allgemeinen Standardanwendungen (resistive Last) mit hohen Kontaktlasten (10 A/250 VAC), bei denen Relais oft einem starken Temperaturanstieg ausgesetzt sind, und das bei einer langen Lebensdauer (100.000 Schaltspiele). Schließlich gibt es noch stromsparsame bistabile Relais wie das G5RL-U (Bild 6), das G5RL-K und das G5RL-HR. Diese schalten bis zu 16A und bekommen hohe Einschaltströme von bis zu 150A in den Griff.