Vorsprung: eingebaut - Integrale Gebäudeautomation für Investoren, Planer und Techniker - Beckhoff
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Vorsprung: eingebaut. Integrale Gebäudeautomation für Investoren, Planer und Techniker © Simon Bauer
Integrated Building Kapitel 1 Integrated Building Automation Automation 04 Gebäudeautomation als Zukunftsfaktor 06 Energieeffizienz ist das Kriterium Nr. 1 08 Das leistungsfähige Beckhoff-Automationssystem 10 Bausteine für die intelligente Gebäudeautomation Mit diesem Katalog möchten wir Investoren, Planern und Tech- 12 Meilensteine für die Gebäudeautomation nikern Lösungen an die Hand geben, um sowohl bei Neubau- als auch bei Modernisierungsprojekten zukunftssichere Entschei- 14 Offene Kommunikationsplattform dungen treffen zu können. Wir erklären detailliert intelligente 16 Cloudbasierte Analyse von Gebäudedaten Gebäudeautomationskonzepte, welche den aktuellen globalen mit TwinCAT IoT und Analytics und demografischen Entwicklungen gezielt Rechnung tragen: 18 Integration externer Systeme wachsende Bevölkerungszahlen, zunehmende Urbanisierung, 20 Referenzen steigende Umweltbelastung und zugleich immer knapper wer- dende Energieressourcen, die dringend ein Umdenken erfordern. Kapitel 2 30 Planung l Gewerke l Lösungen Kapitel 3 60 Produktdaten 3
Energieverbrauch weltweit Energieverbrauch in Gebäuden elektrische Energie 15 % Transport 28 % Gebäude 41 % Heizen, Kühlen 85 % Industrie 31 % Quelle: Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e. V. Gebäudeautomation als Zukunftsfaktor Weltweit entfallen 41 % des gesamten Primär- zu 30 % erschließen, das sich unmittelbar auf die energiebedarfs auf Gebäude. Etwa 85 % davon Rentabilität eines Investments auswirkt. werden für das Heizen und Kühlen der Räume aufgewendet, 15 % für die Beleuchtung. Damit Wie lässt sich dies realisieren? Die Antwort lautet: wird sofort klar, dass die Frage eines Investments mit einer gewerkeübergreifenden, ganzheitlichen in Neubau- oder Modernisierungsprojekte vor Automationslösung, die zu jedem Zeitpunkt über allem eine Frage der optimalen Energieeffizienz alle Informationen aller Gewerke verfügt und diese ist – und zwar aus mehreren Gründen: Die früh- Informationen gezielt zur Effizienzoptimierung zeitige Bedarfsermittlung bei der Planung eines nutzt. Ob Beleuchtung oder Fassade, ob Klima Gebäudes aus ökologischer Sicht entscheidet oder Zugang: Mit der intelligenten Automations- darüber, ob es heute schon die gewünschte lösung von Beckhoff werden alle Gewerke Energieeffizienzklasse erfüllt. Aus ökologischer aufeinander abgestimmt und feinjustiert. Die Perspektive lässt sich mit der Wahl eines hoch- Möglichkeit der kontinuierlichen Optimierung effizienten Gebäudeautomationssystems von des Systems gewährleistet darüber hinaus eine Beckhoff ein Energieeinsparpotenzial von bis maximale Reduktion des Energieverbrauches über 4 Technische Änderungen vorbehalten
Bereich Maßnahmen Einsparpotenzial Amortisation in % in Jahren den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes. In Kombination mit der kostengünstigen Betrieb Nutzerverhalten, Energiesparen, 5 – 20 0–5 Implementierung ergeben sich zwei entschei- „aktives Energiemanagement“ dende Vorteile: zum einen die Möglichkeit einer besonders schnellen Amortisation der Gebäudeautomation im Vergleich zu anderen Anlagentechnik HLK, Kälte, Beleuchtung, 10 – 60 2 – 10 Energieeffizienz-Investitionen. Und zum zwei- Regelung, Motoren, Antriebe, ten Zukunftssicherheit: Mit einer Gebäudeau- Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung tomation von Beckhoff können Sie sich nicht nur auf die Technologie verlassen, sondern Gebäudehülle Dämmung, Fenster, > 50 10 – 60 auch auf die Langzeitverfügbarkeit der Kom- Wärmebrücken, Bauphysik ponenten. Quelle: VDMA Technische Änderungen vorbehalten 5
So baut man klassisch: So baut man flexibel: mit Ziegelsteinen. So baut man sicher: mit Beton. mit Stahl. So baut man intelligent: mit Automatisierungskomponenten von Beckhoff. Energieeffizienz ist das Kriterium Nr. 1 Die ökologischen Anforderungen an moderne Jede Beckhoff-Steuerungslösung wird deshalb auf Gebäude sind immer identisch: Es gilt, ein Maxi- die spezifischen Ansprüche des Gebäudes maß- mum an Energieeinsparung zu erreichen, den Aus- geschneidert. Aber das ist nicht alles: Funktions- stoß klimaschädlicher Gase so weit wie möglich erweiterungen oder -änderungen sind − auch zu zu verringern und neben den gesetzlichen Vorga- einem späteren Zeitpunkt − aufgrund der Modula- ben auch den verschiedenen Zertifizierungen für rität der Beckhoff-Lösung einfach zu realisieren. nachhaltiges Bauen (DGNB, LEED, BREEAM, Green Mit dem Softwaretool TwinCAT 3 Building Auto- Building etc.) gerecht zu werden. Damit enden mation deckt Beckhoff alle Gewerke ab: von Hei- aber die Gemeinsamkeiten, denn die Anforderun- zung, Lüftung und Klima über die Verschattung bis gen an die Automationslösung eines Gebäudes hin zur Beleuchtung und Energiedatenerfassung. werden durch drei individuelle Parameter defi- Über IoT-Produkte in Soft- und Hardware wird die niert: seine Lage, die Art seiner Nutzung und seine lückenlose und zyklussynchrone Erfassung von bauliche Gestaltung; hier gleicht kein Gebäude Gebäudedaten und ihre cloudbasierte Analyse dem anderen. direkt in die Steuerung integriert. Hersteller, Systemintegratoren und Betreiber profitieren 6 Technische Änderungen vorbehalten
dabei von schnellem Engineering, optimiertem Energie- management und erhöhter Ausfallsicherheit. Mit einer Steuerungslösung von Beckhoff lässt sich nicht nur .. maximale Energieeffizienz erzielen, sondern auch: Wirtschaftlichkeit: Die Beckhoff-Steuerungsplattform erfüllt alle technischen und ökonomischen Anforderungen und bietet aufgrund ihrer offenen Systemarchitektur .. Herstellerunabhängigkeit. Verfügbarkeit: Die Beckhoff-Technologiekomponenten .. sind langfristig verfügbar und bieten Investitionssicherheit. Durchgängigkeit: Mit Beckhoff werden alle .. Datenpunkte in einem System zusammengefasst. Flexibilität: Variabel kombinierbare Softwaremodule gewährleisten die optimale individuelle Anpassung. Technische Änderungen vorbehalten 7
Schulung Nutzung Inbetriebnahme Realisierung Design Konzept Idee Das leistungsfähige Beckhoff-Automationssystem Die gewerkeübergreifende Gebäudeautomation von Beckhoff bringt alle Eigenschaften mit, die .. Die Lastoptimierung für die Energieerzeuger, die Aufschaltung auf ein Gebäudemanage- für ein energieeffizientes Gebäude erforderlich mentsystem und die Übertragung von zen- .. sind: Zur Aufschaltung aller Sensoren und Aktoren tralen Informationen, wie die einer Wetter- station, werden auf Basis einer schnellen und .. eines Gebäudes steht ein breit gefächerter Mix an Ein- und Ausgängen zur Verfügung. Ein umfangreiches Portfolio skalierbarer, .. offenen Kommunikation realisiert. Mit steigender Interoperabilität des Systems ist interdisziplinäres Wissen über alle Berei- leistungsfähiger Controller erfüllt die Anfor- che der technischen Gebäudeausrüstung derungen von rechenintensiven Gebäudeau- erforderlich: Unsere Spezialisten verfügen tomationsfunktionen, wie beispielsweise die über dieses Know-how und vermitteln Verschattungskorrektur und die Lamellen- es praxisgerecht in Schulungen für die nachführung. Gebäudeautomation. 8 Technische Änderungen vorbehalten
.. TwinCAT 3 Building Automation erlaubt die durchgängige Strukturierung der TwinCAT- .. Architekten erhalten maximale Planungs- freiheit, um Nutzungsänderungen flexibel Projektdateien und ist damit Grundlage für eine wartbare Anlage. Zentraler Gedanke hierbei ist das Anlagenkennzeichnungs- .. realisieren zu können. Fachingenieure gewinnen Planungssicherheit auf Basis der Offenheit und Flexibilität der system, das jedem Datenpunkt und jedem Programmbaustein nach fest vorgegebenen Regeln einen Namen zuordnet. .. Beckhoff-Gebäudeautomation. Systemintegratoren profitieren von einem vereinfachten Engineering, da alle Gebäude- funktionen in einer durchgängigen Software Beckhoff Building Automation erfüllt alle Anfor- derungen der an einem Gebäude beteiligten .. zum Ablauf kommen. Gebäudebetreiber werden beim Betrieb ihrer .. Partner: Investoren können durch eine zukunfts- fähige Gebäudeautomation ihr Investment Anlage durch zentrales Anlagenmonitoring, vorbeugende Wartung und laufende Energie- optimierung optimal unterstützt. absichern. Technische Änderungen vorbehalten 9
Bausteine für die intelligente Gebäudeautomation Der I/O-Automatisierungsbaukasten Skalierbare Steuerungstechnik Das Beckhoff-Busklemmensystem für die Aufgrund seiner Skalierbarkeit und Modularität Anbindung der Datenpunkte unterstützt mit bietet das PC-basierte Steuerungssystem von 400 verschiedenen I/O-Klemmen alle gängigen Beckhoff für jede Aufgabenstellung die passende Sensoren und Aktoren. Die feine Granularität Lösung: vom leistungsstarken Industrie-PC für des Systems ermöglicht, immer nur so viele die Management- und Bedienebene über die Ein- oder Ausgänge zu stecken, wie in dem Embedded-PCs für die Automationsebene bis Projekt erforderlich sind. Nachträgliche System- zu den Raum-Controllern BC9191 für die Feld- erweiterungen sind problemlos realisierbar. Die ebene. Die hohe Rechenleistung der PC-basierten feine Granularität der Busklemmen ermöglicht Steuerungstechnik sowie der hohe industrielle außerdem die bitgenaue Zusammenstellung der Qualitätsstandard aller Komponenten hat sich benötigten I/O-Kanäle. auch in der Gebäudeautomation bei zahlreichen Projekten bewährt. Häufig wird die benötigte Rechnerleistung für Gebäudeautomationsanwen- dungen unterschätzt, z. B. bei der synchronen Positionierung aller Jalousien einer Fassade. Für die hier erforderliche hohe Reaktionsgeschwin- digkeit bietet PC-based Control ausreichende Performance. 10 Technische Änderungen vorbehalten
Offene Kommunikationssysteme TwinCAT 3 Building Automation – Beckhoff unterstützt alle in der Gebäudeauto- effizientes Engineering für alle Gewerke mation etablierten Kommunikationsprotokolle, Die Programmierung bzw. Parametrierung wie BACnet, OPC UA, Modbus TCP (Automati- der SPS erfolgt durchgängig mit der Auto- onsebene), DALI, DMX, EnOcean, LON, EIB/KNX, matisierungssoftware TwinCAT 3 gemäß der SMI,MP-Bus, M-Bus, Modbus RTU (Feldebene) Norm IEC 61131-3. Durch Nutzung dieses wodurch sich die Controller nahtlos in eine vor- weltweit verbreiteten Programmierstandards ist handene Automationstopologie integrieren. Die sichergestellt, dass entsprechend qualifizierte Busklemmen Controller und PCs kommunizieren Techniker für Wartungs- und Instandsetzungs- bis in die Raumautomationsebene über Ethernet- arbeiten zur Verfügung stehen. Die Funktions- Netzwerk. Unterlagerte Feldbustechnik ist des- bausteine der Gebäudeautomationsbibliothek halb in vielen Projekten nicht nötig. Zusätzliche – die Templates – sind in der gleichen Sprache Gateways für das Mapping der Daten unterlager- programmierbar und ermöglichen das einfache ter Feldbusse können damit entfallen. Über die Erkennen der Steuerungslogik und die langfri- IoT-Protokolle AMQP, MQTT und OPC UA (over stige Wiederverwendbarkeit. Lebenszykluskosten AMQP) werden alle gängigen Cloud-Systeme werden reduziert, weil sich der Aufwand für die unterstützt: Microsoft Azure™, Amazon Web Pflege auf dieselbe Programmiersoftware kon- Services™ (AWS) und auch Private-Cloud- zentriert. Systeme im unternehmenseigenen Netzwerk. Technische Änderungen vorbehalten 11
1980 1986 1995 1996 1999 2000 2002 2004 2006 Unternehmens Erste PC- Busklemmen TwinCAT BC9000 KL2722 CX10xx KL6023 KL6771 gründung basierte Bustechnik im Echtzeit- Ethernet- Jalousie-Klemme Modularer Wireless- MP-Bus-Klemme Maschinen- Reihenklemmen- Software-SPS Busklemmen- Embedded-PC Adapter für steuerung format Controller EnOcean KL6401 KL6811 LON-Klemme DALI-Klemme KL6301 EIB/KNX- KL3403 Klemme 3-Phasen- Leistungs- messklemme Meilensteine für die Gebäudeautomation Nachhaltigkeit im Sinne einer effizienten Nutzung nologie große Vorteile: Alle neuen Beckhoff-IPCs von Ressourcen gehört zu den Kernaufgaben sind kompatibel zu denen älterer Bauart. Daher von Gebäudeautomation. Beckhoff legt seinem lassen sich ältere Geräte problemlos austauschen. PC-basierten Gebäudeautomatisierungssystem Die bestehenden Applikationsprogramme sind ebenfalls Nachhaltigkeit zugrunde und fasst den ohne Softwareanpassungen auf die neuesten Begriff damit noch weiter. Bei der Entwicklung Industrie-PCs umsetzbar. Die Busklemmen bzw. neuer Industrie-PCs nutzt Beckhoff immer die Ein- und Ausgabebaugruppen bleiben erhalten. neuesten und leistungsfähigsten Prozessoren Während des Lebenszyklus eines Gebäudeau- namhafter Hersteller. Damit unterliegt das Pro- tomationssystems ändern sich die Anforderungen duktportfolio einem kontinuierlichen Innovations- des Gebäudebetreibers häufig. So wünscht er prozess, sodass der Anwender bei der Installation beispielsweise nachträglich die Einführung des von Beckhoff-Komponenten nicht nur auf dem standardisierten Kommunikationsprotokolls neuesten technischen Stand ist, sondern eine BACnet. Bei vielen klassischen DDC (Direct Digital zukunftsfähige Lösung erhält. Control)-Systemen ist dies jedoch im Nachhinein Auch bei Revitalisierungen und Erweite- nicht möglich. Die Offenheit der PC-basierten rungen bestehender Anlagen hat die IPC-Tech- Steuerungstechnologie von Beckhoff erlaubt hin- 12 Technische Änderungen vorbehalten
2007 2009 2012 2013 2014 2015 2017 2018 TwinCAT- C6915 KL85xx BC9191 TwinCAT KL2602 EK9160 TwinCAT 3 HVAC-Library kompakter Handbedien BA-Raum- Building 2-Kanal-Relais- IoT-Buskoppler Building Schaltschrank- module Controller Automation Ausgangsklemme Automation KL2751, IPC EL6861 Microsoft Visual KL2761 CX8090 CX9020 KL6831, KL1704 BACnet MS/TP Studio Integration Dimmer-Klemme CX50xx, Embedded-PC Embedded-PC KL6841 4-Kanal-Digital- TwinCAT HMI BA CX90xx im Buskoppler- SMI-Klemme Eingangsklemme EL/KL26x2-0010 TwinCAT Scope Embedded-PC format 120/230 V AC Schalten im CP6606 Spannungs- EL6851 TwinCAT Einbau-Panel-PC nulldurchgang DMX-Klemme BACnet/IP CX8091 KL6821 KL6781 CP2xxx Embedded-PC DALI/DALI 2 M-Bus-Klemme Multitouch- für BACnet/OPC UA Einbau-Control- Panel gegen, dass sich ein Gebäudebetreiber auch Jahre umfangreichsten I/O-Systeme weltweit. Seine nach der Erstinbetriebnahme z. B. für das BACnet- Modularität erlaubt außerdem den problemlosen Protokoll entscheiden kann, ohne dass dies die Austausch einzelner Busklemmen oder einer Installation eines neuen Industrie-PCs erfordert. Erweiterung. Durch den modularen Gebäudeautoma- Die Vielzahl der verschiedenen Feldbuskopp- tionsbaukasten, bestehend aus Prozessoren ler erlaubt es, die Beckhoff Busklemmen, via unterschiedlicher Leistungsklassen, Windows- Modbus, PROFIBUS oder anderer Protokolle, auch Betriebssystemen und Software-Bibliotheken, ist an DDC- oder Steuerungssysteme von Fremdher- es über einen langen Zeitraum hinweg möglich, stellern anzuschließen. Damit besteht auf Seiten den Industrie-PC an die sich ändernden Anforde- des Kunden Herstellerunabhängigkeit und ein rungen des Eigentümers bzw. Gebäudebetreibers hohes Maß an Investitionssicherheit bezüglich anzupassen. Ein weiterer Garant für die Nach- der installierten Ein- und Ausgabebaugruppen. haltigkeit der Beckhoff-Lösung ist die langfristige Verfügbarkeit des Busklemmensystems. Es ist seit über 20 Jahren auf dem Markt und mit über 400 Signalarten eines der erfolgreichsten und Technische Änderungen vorbehalten 13
Offene Kommunikationsplattform Die PC-basierte Automatisierungsplattform Durch Ethernet bis in die Feldebene besteht für übernimmt Steuerung, Datenverarbeitung, Inbetriebnahme und Wartung ein transparentes Konnektivität, Visualisierung und Fernwartung. Netzwerk, auf dem, je nach Anforderung, das Aufgrund der offenen Schnittstellen in Soft- und entsprechende IP-basierte Protokoll zur Kommu- Hardware eignet sie sich optimal zur zentralen nikation genutzt werden kann. oder dezentralen Steuerung aller Gewerke: von der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaregelung über Die Integration der standardisierten Protokolle die Raumautomation, die Mediensteuerung bis BACnet/IP und OPC UA gewährleistet Unab- zum Bedienen und Beobachten. Zur Verbindung hängigkeit vom Hersteller und somit hohen der Gebäudeautomation mit gängigen Daten- Investitionsschutz: banken kann der TwinCAT Database Server in die Projektierung eingebunden werden. 14 Technische Änderungen vorbehalten
.. BACnet/IP Die internationale BACnet-Norm, welche .. OPC Unified Architecture (UA) OPC UA hat seinen Ursprung in der Automa- die Interoperabilitat in der Gebäudeauto- tisierungstechnik, ist aber branchenneutral mation zwischen Geräten verschiedener und wird auch in den Bereichen Building- Hersteller gewährleistet, gewinnt zunehmend Automation und Smart-Metering zunehmend an Bedeutung und wird ständig um neue als durchgängige Kommunikationsplattform Funktionen ergänzt. BACnet/IP kann auf allen eingesetzt. OPC UA bietet Plattformunabhän- PC-basierten Beckhoff-Hardwareplattformen gigkeit vom Betriebssystem und der Program- – bis in die Feldebene – als durchgängiges miersprache sowie Skalierbarkeit vom Sensor Ethernet-Protokoll eingesetzt werden. bis in die ERP-/Cloud-Ebene. Technische Änderungen vorbehalten 15
Cloud Service s Microsoft Azure™ Amazon Web Storage Analytics Storage Connectivity Service Connectivity AMQP MQTT OPC UA TwinCAT IoT Data Agent ADS TwinCAT 3 Controller TwinCAT 2 Controller I/O-Signale I/O-Signale vorverarbeitete Daten aus vorverarbeitete Daten aus Beckhoff-Steuerung Beckhoff-Steuerung Cloudbasierte Analyse von Gebäudedaten mit TwinCAT IoT und Analytics Für die Kommunikation zwischen der Gebäude- Sicherheitsmechanismen verhindern den Miss- steuerung und cloudbasierten Diensten hat brauch von Daten durch unbefugten Zugriff und Beckhoff die Softwarebibliothek TwinCAT IoT schützen das geistige Eigentum des Unterneh- entwickelt. Sie unterstützt die standardisierten mens. Auf TwinCAT 3 basierende Systeme können Protokolle OPC UA, AMQP und MQTT zur Kom- mit TwinCAT 3 IoT Communication den Cloud- munikation mit den gängigen Cloud-Systemen, Plattformen ihre SPS-Variablen direkt ohne wei- wie Microsoft Azure™, Amazon Web Services tere Umsetzung bereitstellen. Bestandssysteme sowie Private-Cloud-Systemen im unter- mit TwinCAT 2 oder Fremdsysteme lassen sich mit nehmenseigenen Netzwerk. Integrierte der Gateway-Funktionalität des TwinCAT 3 IoT 16 Technische Änderungen vorbehalten
Services Beckhoff Analytics Storage Analytics Service Connectivity Service IoT-Buskoppler TwinCAT Analytics Standrad-I/O-Signale Systeme für Wartung und Analysen ohne SPS Data Agent ohne Änderungen im Anwendungs- Performance-Benchmark miteinander verglichen programm aufschalten. Ein- und Ausgangssignale werden. Mit Hilfe beliebiger Endgeräte wie lassen sich mit dem IoT-Buskoppler EK9160 kom- Smartphone, Tablet, Notebook- oder Desktop-PC fortabel mit Cloud-Systemen verbinden. Die Kon- kann der Zugriff auf die Anlagen von jedem Ort figuration erfolgt dabei ohne Programmierung; der Welt erfolgen. die Parametrierung der I/O-Daten erfolgt in einem einfachen Konfigurationsdialog des integrierten Außergewöhnliche Ereignisse im Betriebsablauf, Webservers über einen beliebigen Browser. wie z. B. ein sprunghafter Anstieg des Wasser- verbrauchs, können als Alarm an den Bediener In der Cloud werden die bereitgestellten Daten gemeldet werden. Ein Rohrbruch kann auf diese dann z. B. für Analysezwecke in Form von Ener- Weise frühzeitig erkannt und Folgeschäden ver- gieberichten bereitgestellt. Gebäude ähnlicher mieden werden. Größe und Nutzungsart können dabei in einem Technische Änderungen vorbehalten 17
BACnet OPC UA DALI/DALI 2 SMI EnOcean Modbus M-Bus, MP-Bus LON, EIB/KNX DMX FIAS Crestron Integration externer Systeme Beckhoff stellt verschiedene Softwarebibliotheken problemlose Kommunikation zwischen Hotel- zur Verfügung, die eine optimale Vernetzung managementsystem und SPS ermöglicht. mit externen Komponenten und Systemen ermöglichen. So lassen sich beispielsweise Crestron – zur Ansteuerung von AV- und Hotelbuchungssysteme in die Gebäudeautoma- Multimediageräten tion integrieren. Darüber hinaus unterstützt die Crestron Electronics ist einer der Marktführer für PC-Plattform unterschiedliche Schnittstellen zur Mediensteuerungssysteme. Neben der Steuerung Ansteuerung von AV- und Multimediakomponen- von Audio- und Videoanlagen lassen sich auch ten und erlaubt damit die Realisierung vielfältiger gebäudetechnische Komponenten integrieren. Anwendungen in den Bereichen Medien-, Büh- Über Ethernet werden die Daten zwischen der nen- und Showtechnik. Crestron-Steuerung und der Beckhoff-Hardware ausgetauscht. FIAS – für Anwendungen im Hotel Für die Crestron-Steuerungen stehen Soft- Das Protokoll Fidelio FIAS (Fidelio Interface and warebausteine, sogenannte User-Modules, zur Application Specification) nimmt eine weltweit Verfügung. Der Crestron-Controller kann Schreib- führende Position bei der Hotelmanagement- und Lesebefehle aufrufen; der Beckhoff-Controller software ein. Da der Anspruch an vernetzte kann, mit Hilfe des TwinCAT Crestron Servers, Systeme und an die Raumautomation in Hotels Daten in die Crestron-Steuerung schreiben oder stetig wächst, steht mit dem TwinCAT FIAS Server herauslesen. eine direkte Schnittstelle zur Verfügung, die die 18 Technische Änderungen vorbehalten
Schnittstellen zur Bühnen- und Showtechnik Integration weiterer Systeme Zur Kopplung der PC-Steuerungsplattform mit In Zusammenarbeit mit innovativen Unternehmen Geräten und Systemen aus dem Bereich der lassen sich immer mehr Systeme und Geräte, bei- Bühnen- und Veranstaltungstechnik stehen spielsweise zur Bedienung, zum Brandschutz oder verschiedene Busklemmen und Softwarebiblio- zur Zugangskontrolle sowie die gesamte Aktorik theken zur Verfügung. Die Automatisierungssoft- und Sensorik in die Beckhoff-Steuerungsplattform ware TwinCAT lässt sich dadurch z. B. mit den integrieren. EtherCAT-Klemmen EL6851 (DMX-Master) und EL6851-0010 (DMX-Slave) sehr einfach in die Bühnentechnik integrieren. Über Schnittstellen zu AES70 (OCA), PJLink, DMX, SMPTE-TimeCode, Art-Net™, Streaming ACN (sACN) und PosiStageNet lassen sich alle für die Medien- und Bühnentechnik wichtigen Geräte und Systeme mit der Beckhoff-Automatisierungsplattform ansteuern. Bühnensteuerung, Licht-, Sound- und Videoeffekte, kinetische Installationen oder animierte Figuren sowie Interaktionen werden damit auf einer durchgängigen Plattform zum Ablauf gebracht. Technische Änderungen vorbehalten 19
Anton Bruckner Privatuniversität, Sky Tower, Bukarest, Österreich Rumänien © RPHI/Bernd Steingruber © Simon Bauer Karolkowa Business Park, Zayed University, Polen Abu Dhabi, VAE Limtec, Diepenbeek, Tower 185, Frankfurt a. Main, Belgien Deutschland 20 Technische Änderungen vorbehalten
Microsoft, Köln, Deutschland Referenzen für Bürogebäude und Bildungseinrichtungen, Auswahl .... Bürogebäude .... Schüco Technology Center, Bielefeld, Deutschland .. Allianz-Zentrale, Stuttgart, Deutschland BNP Paribas Fortis, Hasselt, Belgien .... Sky Tower, Bukarest, Rumänien Tower 185, Frankfurt am Main, Deutschland BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH im „Aviva“, .... München, Deutschland .... WesBank, Johannesburg, Südafrika Westpac Headquarters, Sydney, Australien Bürogebäude Esplanade Theresienhöhe, München, Deutschland .... Campus Dornbirn, Dornbirn, Österreich .. Widex A/S, Lynge, Dänemark Zentrum für Virtuelles Engineering, Fraunhofer Institute for Diamant Software, Bielefeld, Deutschland .... Etech-Center/AMS Engineering, Linz, Österreich Euro Plaza, Wien, Österreich .. Industrial Engineering IAO, Stuttgart, Deutschland Zukunftsmeile Fürstenallee, Paderborn, Deutschland Eurotheum (Europäische Zentralbank), Frankfurt am Main, .... Deutschland .... Bildungseinrichtungen Anton Bruckner Privatuniversität, Linz, Österreich Fifth Light Technology, Oakville, Kanada .... Internorm, Traun, Österreich .... AUA Training Center, Schwechat, Österreich Collegio San Giuseppe Istituto De Merode, Rom, Italien Karolkowa Business Park, Warschau, Polen .... KölnTriangle, Köln, Deutschland .... Kea Copenhagen School of Design and Technology, Dänemark Leuphana Universität Lüneburg, Deutschland Microsoft, Köln, Deutschland .. Microsoft, München, Deutschland .... Limtec+, Schulungszentrum, Diepenbeek, Belgien Lufthansa Training Center, Schwechat, Österreich Miele Verwaltungsgebäude Elektronikentwicklung, .... Gütersloh, Deutschland .... Staatliche Feuerwehrschule Würzburg, Deutschland Stelzhamer Schule, Linz, Österreich MOE A/S, Søborg, Dänemark .... Nardini, Bassano, Italien New Energy Research Institute, Peking, China .... Unipark Nonntal, Universität Salzburg, Österreich Universität Antwerpen, Belgien Zayed University, Abu Dhabi, Vereinigte Arabische Emirate .. Nordea Bank, Oslo, Norwegen One BKC, Mumbai, Indien www.beckhoff.de/building Technische Änderungen vorbehalten 21
Referenzen für Gewerbe- und Industriebauten, Auswahl .... AEC Pole Division, Italien ...... Algorab, Lavis, Italien Eurospin Lebensmitteldiscounter, Italien AMAG Automotive, Buch, Schweiz .... Bank of Communication, Schanghai, China Broschek Tiefdruck, Hamburg, Deutschland ....Carheal+, Støvring, Dänemark Cummins India Ltd., Pune, Indien .... Daimler, Stuttgart, Deutschland dSPACE, Paderborn, Deutschland .... F-eins, Wien, Österreich Friedrich Wenner, Versmold, Deutschland .... Heroal, Verl, Deutschland Holzwerke Weinzierl, Vilshofen, Deutschland .... Internorm, Traun, Österreich Liebherr Werk, Nenzig, Österreich Miele Verwaltungsgebäude Elektronikentwicklung, .... Gütersloh, Deutschland nobilia-Werke J. Stickling GmbH & Co. KG, Verl, Deutschland .... Pirelli Deutschland GmbH, Breuberg, Deutschland Philip Morris International, Lausanne, Schweiz .... Sensirion, Stäfa, Schweiz SOLON SE, Berlin, Deutschland .... Stahlwerke Bremen, Deutschland Tekloth GmbH, Bocholt, Deutschland ZF-Lemförder Fahrwerk technik, Dielingen, Deutschland www.beckhoff.de/building Tekloth GmbH, Bocholt, Deutschland 22 Technische Änderungen vorbehalten
AEC Pole Division, Subbiano, Sensirion,Stäfa, Italien Schweiz nobilia-Werke J. Stickling GmbH & Co. KG, Verl, Holzwerke Weinzierl, Vilshofen, Deutschland Deutschland Technische Änderungen vorbehalten 23
Palais Hansen Kempinski, Wien, Österreich Holiday Inn, Lodz, Queen Mary II, Cunard Cruises Line, Polen Southampton, UK Hotel Aurelio, Lech, Quality Pond Hotel, Sandnes, Österreich Norwegen 24 Technische Änderungen vorbehalten
Park Hotel Vitznau, Schweiz Referenzen für Hotels und Kreuzfahrtschiffe, Auswahl .... Cosmopolitan Twarda, Warschau, Polen .... Dolder Grand Hotel, Zürich, Schweiz Grand Tirolia, Kitzbühel, Österreich .... Holiday Inn, Lodz, Polen Holiday Inn, Samara, Russland .... Hotel Aurelio, Lech, Österreich Hotel Aviva, St. Stefan am Walde, Österreich .... Hotel Grischa, Davos, Schweiz Hotel Krallerhof, Leogang, Österreich .... Hotel Rasmushof, Kitzbühel, Österreich Hotel Sonne, Mellau, Österreich .... Leonardo Royal Hotel, München, Deutschland Palais Hansen Kempinski Vienna, Wien, Österreich .... Park Hotel Vitznau, Schweiz Quality Pond Hotel, Sandnes, Norwegen .... Queen Mary II, Cunard Cruises Line, Southampton, United Kingdom Royal Spa Kitzbühel, Österreich .... St. Martins Therme, Frauenkirchen, Österreich Therme Laa, Laa an der Thaya, Österreich .... Tschuggen Bergoase, Arosa, Schweiz Vestlia Resort, Gailo, Norwegen Zirbenhütte, Fiss, Österreich www.beckhoff.de/building Technische Änderungen vorbehalten 25
Nordtangente Basel, Frankfurt Airport, Schweiz Deutschland ©Fraport AG Marmaray-Tunnel, Istanbul, Türkei Therme Wien, Österreich Nürnberg Messe, Halle 3A, Deutschland KLIA 2 Control Tower, Sepang, Malaysia ©Cathrine Stukhard/Therme Wien 26 Technische Änderungen vorbehalten
Allianz Arena, Deutschland Referenzen für technische und soziale Infrastruktur, Auswahl .... Technische Infrastruktur .... SNAM (Netzsicherheit), Mailand, Italien Acciona S.A., Spanien .... Aparcaments i Mercats de Reus, Reus, Spanien Envac Optibag, Stockholm, Schweden .. Terna (Netzsicherheit), Rom, Italien Zweckverband Wasser und Abwasser Vogtland, Deutschland .... e2watch, Regio IT, Aachen, Deutschland Frankfurt Airport, Deutschland .... Soziale Infrastruktur Akrykarium, Zoo Wroclaw, Polen .... Gatwick Airport, London, U.K. Hydro-Systemtechnik, Deutschland .... Allianz Arena, München, Deutschland Anima-Care-Seniorenheime, Belgien .... KLIA 2 Control Tower, Sepang, Malaysia Marmaray-Tunnel, Istanbul, Türkei .... Armonea-Seniorenheime, Mechelen, Belgien ESPRIT arena, Düsseldorf, Deutschland .... Metro M2, Lausanne, Schweiz Nordtangente, Basel, Schweiz .... Gran Casino Aranjuez, Madrid, Spanien Grundfos Kollegiet, Aarhus, Dänemark .... Offis, Institut für Informatik, Universität Oldenburg, Deutschland Stadtwerke Konstanz/ Cegelec, Deutschland .... Messe Basel, Halle 2, Basel, Schweiz Nürnberg Messe, Halle 3A, Nürnberg, Deutschland .... Stadtwerke Lingen, Deutschland Vitrociset, Rom, Italien .... Onkologisches Zentrum, Samara, Russland Rathaus, Oslo, Norwegen .... Äquadukt, Maghnia, Algerien Brenner-Autobahn, Italien .... Ryhov Hospital, Jönköping, Schweden Therme Wien, Österreich .. ENAV (Flugsicherheit), Rom, Italien Fernüberwachung diverser Radartürme .. Vitrociset, Rom, Italien EXPO 2015, Mailand, Italien .. der Italienischen Luftwaffe Fernsteuerung der Radiostationen des Italienischen Innenministeriums www.beckhoff.de/building Technische Änderungen vorbehalten 27
Bregenzer Festspiele, Spiel auf dem See 2015-16, „Turandot“, Österreich © Bregenzer Festspiele/Karl Forster Referenzen für Theater, Kongress- hallen und Museen, Auswahl .... Bregenzer Festspiele, Spiel auf dem See, 2015-16, Österreich .... Carré-Theater, Amsterdam, Niederlande Design Center Linz, Österreich .... Deutsches Museum, München, Deutschland Ferry Porsche Congress Center, Zell am See, Österreich .... Hagia Sophia, Istanbul, Türkei Helsinki-Stadttheater, Helsinki, Finnland .... Helsinki Music Center, Helsinki, Finnland Imatra-Theater, Imatra, Finnland .... Janacek-Theater, Brünn, Tschechische Republik Königlich Dänisches Theater, Kopenhagen, Dänemark .... Kuopio-Stadttheater, Kuopio, Finnland Magical Production, Dubai, UAE .... People’s Grand Theatre, Jilin City, China Ronacher-Theatre, Wien, Österreich .... Rovaniemi-Theater, Rovaniemi, Finnland Scala di Milano, Mailand, Italien .... Schauspielhaus Nürnberg, Deutschland Schloss Charlottenburg, Berlin, Deutschland .... Serlachius Museum, Mänttä, Finnland Sisi-Museum, Wiener Hofburg, Wien, Österreich .... Staatliches Museum für Archäologie, Chemnitz, Deutschland Stadtmuseum Dresden, Deutschland .... Sibelius Hall, Lahti, Finnland Stage Theater an der Elbe, „Das Wunder von Bern“, Hamburg, Deutschland Tampere Hall, Tampere, Finnland www.beckhoff.de/building 28 Technische Änderungen vorbehalten
Staatliches Museum für Archäologie, Chemnitz, Deutschland © ATELIER BRÜCKNER/Michael Jungblut Hagia Sophia, Istanbul, Serlachius Museum, Mänttä, Türkei Finnland © Altiparmak Mimarlik Technische Änderungen vorbehalten 29
30 Technische Änderungen vorbehalten
Planung, Gewerke, Kapitel 1 02 Integrated Building Automation Lösungen für Planer Kapitel 2 Planung l Gewerke l Lösungen und Techniker 32 Grundlagen und Normen der Gebäudeautomation 38 Integrale Gebäudeautomation im Detail 40 Raumautomation Büro Unter Anwendung der aktuellen Normen und Standards ergeben 44 Raumautomation Hotel sich neue Möglichkeiten für die Planung von Neubauten und die 48 Automation von Industriegebäuden Renovierung von Gebäuden. Durch die interdisziplinäre Zusam- 52 Zentrale für Heizung, Lüftung, Klima menarbeit von Fachplanern, Architekten, Errichtern, Inbetrieb- 56 Systemtopologie nehmern und Betreibern kann sowohl der ökologische als auch 58 Bedienen und Beobachten der ökonomische Wert einer Immobilie deutlich gesteigert werden. Die Umsetzung einer gewerkeübergreifenden, energieeffizienten Gebäudeautomation ist nur mit einer durchgängigen Steuerungs- Kapitel 3 60 Produktdaten technik möglich. Technische Änderungen vorbehalten 31
Grundlagen und Normen der Gebäudeautomation Um die Funktionalitäten der Gebäudeautomation messbar zu machen und effizient einsetzen zu können, wurden in den letzten Jahren Standards für die Gebäude- und Raumautomation von internationalen Gremien definiert. Die Energieeffizienz eines Gebäudes beschreibt das Verhältnis zwi- schen der aufgewendeten Energie und dem aus ihr resultierenden Nutzen. Letzterer ist immer in Relation zur Funktion eines Gebäudes zu sehen und stellt bei der Bewertung der Energieeffizienz einen wichtigen Faktor dar. DIN EN 15232: Energieeffizienz von eine strukturierte Liste aller Gebäudeauto- der Automationsgrad, desto höher ist die Gebäuden mationsfunktionen, welche Einfluss auf die Energieeinsparung. Die europäische Norm EN 15232 beschreibt Energieeffizienz eines Gebäudes nehmen. den Einfluss von Gebäudeautomation und Außerdem bietet die EN 15232 methodische Gebäudemanagement auf die Energie- Unterstützung bei der Definition von Min- effizienz und ermöglicht erstmalig eine destanforderungen an die Gebäudeautoma- standardisierte Darstellung. Sie umfasst tion. Grundsätzlich lässt sich sagen: Je höher Entspricht hoch energieeffizienten GA-Systemen und TGM A Entspricht weiterentwickelten GA-Systemen und einigen speziellen TGM-Funktionen B Entspricht Standard-GA-Systemen C Entspricht GA-Systemen, die nicht energieeffizient sind. Gebäude mit derartigen Systemen sind zu modernisieren. Neue Gebäude dürfen nicht mit derartigen Systemen gebaut werden. D Gebäudeautomationssystem (GA), Technisches Gebäudemanagement (TGM) 32 Technische Änderungen vorbehalten
Beispielhafte Anwendung der EN 15232 Definition der Klassen Automatische Steuerung und Regelung Wohngebäude Nicht- des Heizbetriebes Wohngebäude D C B A D C B A Regelung der Übergabe Die Regeleinrichtung wird auf der Übergabe- oder Raumebene installiert; im Fall 1 kann eine Einrichtung mehrere Räume regeln 0 Keine automatische Regelung x x 1 Zentrale automatische Regelung x x x 2 Automatische Einzelraumregelung mit Hilfe von Thermostatventilen oder durch elektronische Regeleinrichtungen x x x x 3 Einzelraumregelung mit Kommunikation zwischen den Regeleinrichtungen und GAs x x x x x x 4 Integrierte Einzelraumregelung einschließlich bedarfsgeführter Regelung (durch Nutzung, Luftqualität usw.) x x x x x x x x Regelung der Warmwassertemperatur im Verteilungsnetz (Vor- oder Rücklauf) Vergleichbare Funktionen können auf die Regelung von Netzen für die elektrische Direktheizung angewendet werden 0 Keine automatische Regelung x x 1 Witterungsgeführte Regelung x x x x 2 Regelung der Innentemperatur x x x x x x x x Regelung der Umwälzpumpen Die geregelten Pumpen können im Netz auf unterschiedlichen Ebenen installiert werden 0 Keine Regelung x x 1 Ein-/Aus-Regelung x x x 2 Regelung der variablen Pumpendrehzahl nach konstantem ∆ p x x x x x x x x 3 Regelung der variablen Pumpendrehzahl nach proportionalem ∆ p x x x x x x x x Regelung der Übergabe und/oder der Verteilung bei intermittierendem Betrieb Eine Regeleinrichtung kann verschiedene Räume/Zonen regeln, die die gleichen Belegungsmuster aufweisen 0 Keine automatische Regelung x x 1 Automatische Regelung mit feststehendem Zeitprogramm x x x 2 Automatische Regelung mit optimiertem Ein-/Ausschalten x x x x x x x x Regelung der Erzeuger 0 Konstante Temperatur x x 1 Von der Außentemperatur abhängige variable Temperatur x x x x x x x x 2 Von der Last abhängige variable Temperatur x x x x x x x x Betriebsabfolge der verschiedenen Erzeuger 0 Prioritätensetzung ausschließlich auf der Last beruhend x x x x 1 Prioritätensetzung auf der Last und der Erzeugerleistung beruhend x x x x x x 2 Prioritätensetzung auf dem Erzeugernutzungsgrad beruhend (weitere Normen überprüfen) x x x x x x x x Quelle: DIN EN 15232 Die Tabelle verdeutlicht exemplarisch den Zusammenhang zwischen den Gebäudeauto- mationsfunktionen und den Energieeffizienzklassen für die Regelung des Heizbetriebes. Technische Änderungen vorbehalten 33
Durch Anwendung der EN 15232 ergeben Building Automation and Control (BAC) Effizienzfaktor Effizienzfaktor sich unterschiedliche Energieeffizienzfaktoren Effizienzklassen EN 15232 für thermische für elektrische für verschiedene Gebäudetypen hinsichtlich Energie Energie des Einsatzes thermischer und elektrischer Schule Schule Energie. Bei der Bewertung von Gebäuden Hotel Hotel Büro Büro gilt die Effizienzklasse C als Bezugsklasse für die Umsetzung von Maßnahmen zur Energie- A Hocheffiziente Gebäudeautomation und Regelsystem 0,70 0,80 0,68 0,87 0,86 0,90 optimierung. (BACS) und technisches Gebäudemanagement (TGM) B Erweitertes BACS und TGM 0,80 0,88 0,85 0,93 0,93 0,95 In dem roten Feld, in der Tabelle rechts, C Standard BACS 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 ist zu erkennen, dass der thermische Energie- D Nicht effizientes BACS 1,51 1,20 1,31 1,10 1,07 1,07 verbrauch des Gebäudes mit der Effizienz- klasse A bei einem Faktor von 0,7 um bis Quelle: DIN EN 15232, Tabelle 9, Tabelle 11 zu 30 % reduziert werden kann. Anwendung in der Raumautomation VDI 3813 – Raumautomation GA-Effizienz- Die VDI 3813 beschreibt die integrale Raum- klassen nach automation, unter besonderer Berücksichti- Anwendungsfunktion DIN EN 15232 gung der Interoperabilität unterschiedlicher Gewerke, auf der Basis von Nutzungsanfor- D C B A derungen. Zur Schaffung einer einheitlichen Basisfunktionen mit Einfluss auf die Energieeffizienz Beurteilungsgrundlage für Bauherren, Planer Belegungsauswertung x x und Systemintegratoren sind in der Norm ein- Zeitprogramm x x deutige Begriffe und Funktionen definiert. Beleuchtungsfunktionen mit Einfluss auf die Energieeffizienz Die derzeitige Herausforderung besteht Lichtschaltung x darin, dass Raumautomationsfunktionen Automatiklicht x x getrennt von den Gewerken des technischen Tageslichtschaltung x x Ausbaus ausgeschrieben werden. Dies führt Konstantlichtregelung x x in der Praxis oft dazu, dass vorhandene Ener- Sonnenschutzfunktionen mit Einfluss auf die Energieeffizienz gieeinsparpotenziale ungenutzt bleiben. Sonnenautomatik x Die VDI 3813 stellt eine Ergänzung zur Lamellennachführung x x EN 15232 dar, indem sie die dort genann- Verschattungskorrektur x x ten Raumautomationsfunktionen präzise Thermoautomatik x x beschreibt. Wichtig ist, dass die EN 15232 Raumklimafunktionen und die VDI 3813 schon bei der Grundlagen- Energieniveauwahl x x ermittlung und Vorplanung eines Gebäudes Energieniveauwahl mit Startoptimierung x x Anwendung finden. Sollwertermittlung x x Funktionswahl x x Die Tabelle rechts zeigt die Raumautomations- Temperaturregelung (Heizen/Kühlen) x x x funktionen der VDI 3813 bezogen auf die Raum-Zulufttemperatur-Kaskadenregelung x x Energieeffizienzklassen der EN 15232 an. Ventilatorsteuerung x x Sequenzsteuerung x x Stellwertbegrenzung x x Luftqualitätssteuerung/-regelung x Nachtkühlung x x Lastoptimierung x x Quelle: VDI 3813 Teil 2 34 Technische Änderungen vorbehalten
In der Raumautomation werden die Sensoren anlagen berücksichtigt werden, welcher in Abhängigkeit von ihrer Funktion und unab- Bedarf aus der spezifischen Nutzung der Zusammenspiel Sensorik hängig vom einzelnen Gewerk eingesetzt. Immobilie voraussichtlich generiert wird. der Gewerke Hierdurch lassen sich schon während der Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Großteil Sonnenschutz Anlagenerrichtung Hardware- und Verkabe- der Optimierungsfunktionen, während der Beleuchtung Monitoring Sicherheit lungskosten sparen. Ganz nebenbei bringt die Inbetriebnahme und des laufenden Betriebes, Global Reduktion des Verkabelungsaufwandes einen innerhalb der Software auf einem System HLK positiven Nebeneffekt in Bezug auf Brand- realisiert werden kann. Das führt dazu, dass lasten und Statik eines Gebäudes mit sich. keine Umbaumaßnahmen den Betrieb behin- Lichtintensität x x x Um die Energieeffizienzklasse A nach dern und auch der zeitliche Aufwand durch Raumtemperatur x x x EN 15232 zu erreichen, bietet Beckhoff eine die Softwareanpassung überschaubar bleibt. Präsenz x x x x x Softwarebibliothek – in Anlehnung an die Für viele Änderungen muss unter Umständen Fensterkontakt x x x x Raumautomationsrichtlinie VDI 3813 – an. nicht einmal ein Servicetechniker anreisen, Raumbediengerät x x x Die durchgängige Raumautomation nutzt da sie über den Remote-Zugriff auf die Witterung x x die wechselseitigen Einflüsse von Fassaden- Anlage erfolgen können. (Wind/Regen) steuerung, Beleuchtung und Klimaregelung, Außentemperatur x x x um ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Aus der nebenstehenden Matrix wird das Sonnen- x x x x Gleichzeitig wirkt sich eine effiziente Raum- Zusammenspiel der einzelnen Gewerke im einstrahlung oder Zonenregelung auch auf die Primär- Hinblick auf die verwendete Sensorik deut- anlagen aus: Der Heiz- bzw. Kühlbedarf und lich. Zur energieeffizienten Automatisierung die Luftmengen werden bedarfsabhängig müssen alle Einzelgewerke von einem System geregelt. Daher muss schon bei der Ausle- gesteuert bzw. geregelt werden. gung der Heiz-, Kühl-, Lüftungs- und Klima- Büro nach Energieeffizienzklasse A Zur besseren Veranschaulichung, was sich über eine Kühldecke. Am Radiator und an der „Protection“, geschaltet, um Schäden durch hinter den Gebäudeautomationsfunktionen Kühldecke ist je ein Stellantrieb angebracht. Frost oder Überhitzung vorzubeugen. Bei verbirgt und wie die Energieeinsparung Die Erfassung der Raumtemperatur und die kürzeren Abwesenheitszeiten, wie z. B. nachts erreicht werden kann, werden die Gebäude- lokale Verstellung des Raumtemperatursoll- oder an Wochenenden, wird das Büro in den automationsfunktionen eines Büros mit der wertes erfolgen über EnOcean-Funktechno- „Economy“-Betrieb versetzt. Erst zu Beginn Energieeffizienzklasse A im Folgenden exem- logie. der Kernarbeitszeit erfolgt eine Anhebung plarisch beschrieben. Zur Be- und Entlüftung ist das Büro an des Energieniveaus auf das Level „Pre-Com- eine raumlufttechnische Anlage angeschlossen. fort“. Die Raumtemperatur befindet sich Technische Ausstattung des Büros Der Volumenstrom ist variabel. Der Offen- jetzt nahe an dem Komfort-Sollwert. Erst Die Beleuchtung besteht aus je einem flur- und Zustand des Fensters wird über einen digi- wenn der Präsenzmelder die Anwesenheit einem fensterseitigen Lichtband. Die Leuchten talen Eingang erfasst; ebenso der Taupunkt- von Personen im Raum meldet, wird in den werden tageslichtabhängig über DALI auf einen wächter an der Kühldecke. „Comfort“-Betrieb geschaltet und der ent- konstanten Raumhelligkeitssollwert geregelt sprechende Sollwert kurzfristig erreicht. (Kostantlichtregelung). In der Decke befindet Das Umschalten vom „Economy“- in sich ein Raumhelligkeitsfühler. Zur bedarfsab- Heiz-/Kühlfunktion den „Pre-Comfort“-Betrieb erfolgt über die hängigen Steuerung und Regelung des gesamt- Zur Minimierung des Energie- Funktion Energieniveau-Wahl mit Startopti- en Raumes ist ein Präsenzmelder montiert. bedarfs für die Raumheizung und -kühlung mierung so spät wie möglich. Der optimale Die Verschattung des Büros erfolgt über wird der Raumtemperatursollwert über Einschaltzeitpunkt wird vom Gebäudeauto- zwei außen liegende Lamellenjalousien mit eine zeitschaltplanabhängige Energieniveau- mationssystem errechnet. Motorantrieb. Zur manuellen Ansteuerung wahl bestimmt (siehe Abb. 1, Seite 30 und Das Öffnen des Fensters wird von einem der Jalousie sind zwei Taster installiert. Abb. 2, Seite 31). Bei langen Abwesenheits- Fensterkontakt überwacht. Ist das Fenster Für die Beheizung des Raumes ist ein zeiten, z. B. während der Betriebsferien, wird offen, wird automatisch auf das Energie- Radiator vorhanden. Gekühlt wird das Büro das Büro in das niedrigste Energieniveau, niveau „Protection“ herunter geschaltet. Technische Änderungen vorbehalten 35
Beleuchtung Luftqualität Präsenzmelder Temperatur EnOcean Kühldecke Taupunktfühler Lüftung Verschattung Fensterkontakt EnOcean Heizung Somit wird unnötiger Energieverbrauch durch eine Fensterlüftung entladen, so dass sich der Energieaufwand zum Kühlen der Räume am automatisch unterdrückt. nächsten Tag reduziert. Bei motorisch betätigten Fenstern können auch Die Raumtemperatursollwerte für alle vier Energieniveaus werden diese für die automatische Sommernachtkühlung genutzt werden. von der Raumklimafunktion Sollwertermittlung für den Heiz- und Kühlbetrieb zur Verfügung gestellt. Die „Funktionsauswahl“ steuert die Freigabe der Regler für den Heiz- oder Kühlbetrieb und vergleicht Lastoptimierung die aktuelle Raumtemperatur mit dem Sollwert. Ist der aktuelle Wert Die Kommunikation zwischen Systemen zur Automation kleiner als der Sollwert des Energieniveaus „Comfort“-Heizen, erfolgt der Energiezentralen und Systemen zur Erzeugung und Verteilung von eine Freigabe des Heizreglers. Ist der aktuelle Raumtemperaturwert Heiz- und Kühlwasser ermöglicht eine bedarfsabhängige Anpassung höher als der Sollwert für das Energieniveau „Comfort“-Kühlen, der Vorlauftemperaturen. Damit können die Übertragungsverluste erfolgt die Freigabe des Kühlreglers. Gleichzeitiges Heizen und Kühlen minimiert und der Gesamtwirkungsgrad der Anlagen erhöht werden. ist ausgeschlossen. Luftqualität Lüftung Je nach gemessener Luftqualität wird, mittels der Volumen- Im Sommer trägt die natürliche Nachtabkühlung zur Reduk- stromregler, mehr oder weniger Frischluft in den Raum eingebracht. tion des Energieverbrauches bei: Das Nachtkühlprogramm schaltet Bei guter Luftqualität wird die Luftzufuhr auf einen minimalen Volu- die raumlufttechnische Anlage ein und durchspült die Büroräume menstrom reduziert. Das Zentralklimagerät für die Be- und Entlüftung mit kühler Außenluft. Auf diese Weise werden Wärmespeicher nachts passt seine Förderleistung aufgrund der Kommunikation zwischen der 36 Technische Änderungen vorbehalten
Sonnenschutzfunktionen: Thermoautomatik und Verschattung Raumautomation und den Primäranlagen automatisch an. Auf diese unterstützt die Heiz- und Kühlfunktion des Raumes bei Abwesenheit. Weise kann der Energieverbrauch der Ventilatoren um bis zu 45 % ver- Bei Sonneneinstrahlung im Winter wird der Sonnenschutz nach oben ringert werden. Präsenzabhängig wird der Volumenstrom bei Abwe- gefahren, um die Heizung durch die Energieeinträge der Sonne zu senheit auf ein Minimum reduziert. unterstützen. Im Sommer wird der Sonnenschutz automatisch akti- viert, um den Energieeintrag durch die Sonne zu reduzieren und die Kühlfunktion zu unterstützen. Konstantlichtregelung Bei Anwesenheit im Raum und starker Sonneneinstrahlung wird Bei der Unterschreitung einer Mindestlichtstärke im Raum der Sonnenschutz automatisch aktiviert. Die Lamellennachführung und bei gleichzeitiger Personenpräsenz schaltet sich die Konstantlicht- sorgt für eine sonnenstandsabhängige Optimierung des Lamellen- regelung automatisch ein. Umgekehrt wird bei steigendem Außenlicht winkels. Dabei werden die Lamellen so positioniert, dass eine Blend- der Kunstlichtanteil automatisch verringert bzw. bei Erreichen einer wirkung durch direkt einfallendes Sonnenlicht ausgeschlossen ist, ausreichenden Lichtstärke abgeschaltet. Wenn durch den Präsenz- und die Zunahme des Energieverbrauches durch künstliche Beleuch- melder Abwesenheit erkannt wird, schaltet die Konstantlichtregelung tung möglichst gering gehalten wird. zeitverzögert ab. Die Verschattungskorrektur berechnet den Schattenverlauf auf den Fassaden des Gebäudes, in Abhängigkeit vom Sonnenstand, der Fas- sadenausrichtung sowie der Position und der Koordinaten der umlie- Sonnenschutzfunktionen genden Schattenobjekte. Auf diese Weise wird eine unnötige Aktivie- Die Steuerung des Sonnenschutzes ist direkt in das Raum- rung des Sonnenschutzes unterdrückt und erhöhter Energieverbrauch automationssystem integriert. Die Funktion „Thermoautomatik“ durch den Einsatz von Kunstlicht innerhalb des Gebäudes vermieden. Technische Änderungen vorbehalten 37
Integrale Gebäudeautomation im Detail Zur Realisierung von Gebäudeautomationslösungen bietet Beckhoff einen umfangreichen Baukasten an Hard- und Softwaremodulen, der sowohl in einzelnen Gewerken als auch systemübergreifend genutzt werden kann. Die folgenden Seiten sollen beispielhaft den Einsatz einzelner Komponenten in den entsprechenden Anwendungsfeldern – von der Raumautomation in Büros und Hotels über die Automation von Industriegebäuden bis zur Automation von HLK-Zentralen und zum Bedienen und Beobachten – veranschaulichen. Mediensteuerung Verschattung/Fassade Beleuchtung Heizung, Lüftung, Klima Bewässerung 38 Technische Änderungen vorbehalten
Sicherheit/Überwachung Raumautomation Bedienen und Beobachten Energiedatenerfassung Daten-Logging Fernwartung Technische Änderungen vorbehalten 39
Raumautomation Büro Durch das intelligente Zusammenspiel aller Die Kommunikation zwischen den einzelnen Gewerke in einer integralen Gebäudeautomati- Automationsstationen erfolgt über Ethernet TCP/ onslösung steht einer effizienten Raumautoma- IP. Der Automatisierungsgrad eines Raumes lässt tion, entsprechend der Energieeffizienzklasse A, sich durch die freie Konfiguration der einzelnen nichts mehr im Wege. Heizung, Lüftung und Klima Busklemmen individuell anpassen. Alternativ werden bedarfs- und zeitgerecht gesteuert. Die integriert der Raum-Controller BC9191 diese Beleuchtungsregelung erfolgt abhängig vom Funktionen in einem Modul: Räume bzw. Zonen Bedarf, von Tageslicht und Anwesenheit. Die Ver- mit sich wiederholenden Anforderungen müssen schattungseinrichtungen werden in Abhängigkeit nur einmal programmiert und – je nach Anzahl – vom Sonnenstand und Windanfall gesteuert. vervielfältigt werden. Mediengeräte und -systeme in Konferenz-, Schu- lungs- und Seminarräumen werden in die Gebäu- deautomationsplattform integriert. 40 Technische Änderungen vorbehalten
Embedded-PC, Busklemmen HLK Beleuchtung Fassade/Tür Mechanische Lüftung Dämmerungsautomatik Thermoautomatik Lüftung Präsenzmelder Verschattung Luftqualität Konstantlichtregelung Zutritt Heizung DALI Klimaanlage Beleuchtung schalten Bedienen und Beobachten Temperatur Bedienfeld Luftfeuchtigkeit Mobile Steuerung TwinCAT 3 Building Automation umfasst vorgefertigte Softwarebausteine, welche die verschiedenen Funktionen der Raumautomation objektorientiert abbilden: .... Belegungsauswertung .... Funktionswahl .... Zeitprogramm Automatiklicht .... Temperaturregelung (Heizen/Kühlen) Sequenzsteuerung .... Farbtemperaturregelung HCL Konstantlichtregelung .... Stellwertbegrenzung Luftqualitätsregelung .... Lamellennachführung Verschattungskorrektur Nachtkühlung .... Thermoautomatik Energieniveauwahl mit Startoptimierung Sollwertermittlung Technische Änderungen vorbehalten 41
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