Daten für ein intelligentes Gebäude optimal nutzen

Was ist ein intelligentes Gebäude?

Ein intelligentes Gebäude nutzt Technologien und Echtzeitdaten, um den Betrieb zu optimieren und eine effiziente und sparsame Energienutzung zu ermöglichen. Gleichzeitig wird eine sichere und komfortable Umgebung für die Bewohner:innen geschaffen.

Die Ziele intelligenter Gebäude

Die Ziele intelligenter Gebäude umfassen:

1. Energie- und Geldersparnis
2. Reduzierung der CO2-Emissionen
3. Verbesserung der Gebäudeinstandhaltung
4. Komfort, Gesundheit und Sicherheit der Bewohner:innen
5. Bindung von Mieter:innen
6. höherer Immobilienwert

Intelligente Gebäude Ziel 1: Energie- und Kosteneinsparungen

Gebäude zählen zu den größten Verbrauchern von Energie. Tatsächlich sind Gebäude für circa 35 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland verantwortlich, jedoch für 70 Prozent des Stromverbrauchs in den USA. Einer unserer Kunden teilte uns mit, dass sich die geschätzten Energiekosten für den Betrieb eines ihrer Hochhäuser sogar auf über 50 Dollar pro Minute belaufen.

Intelligente Gebäude Ziel 2: Reduzierung der CO2-Emissionen

Aufgrund des Energieverbrauchs sind Gebäude auch eine der größten Quellen für Treibhausgasemissionen. Die Verringerung der Kohlenstoffemissionen ist für viele Regierungen, von der städtischen bis zur nationalen Ebene, ein wichtiges Anliegen. Aus diesem Grund wurde 2015 auf der UN-Klimakonferenz das Pariser Abkommen geschlossen.

Die internationale Zusammenarbeit ist erforderlich, um das Gesamtziel des Abkommens zu erreichen: die globale Erwärmung auf höchstens 1,5 Grad Celsius zu begrenzen. Der erste Schritt zur Erreichung dieses Ziels besteht darin, die Emissionen bis 2030 um 45 Prozent zu senken und bis 2050 netto null zu erreichen.

Was ist Netto-Null?

Netto-Null bedeutet, dass die Treibhausgasemissionen so weit wie möglich auf Null reduziert werden. Dabei werden die verbleibenden Emissionen durch die Entfernung einer entsprechenden Menge von Treibhausgasen aus der Atmosphäre ausgeglichen.

Die Städte stehen unter dem Druck, Netto-Null-Ziele erreichen zu müssen

Städte nehmen heute nur 3 Prozent der Landfläche der Erde ein, sind aber für zwei Drittel des weltweiten Energiebedarfs und 70 Prozent der CO2-Emissionen verantwortlich. Dieser große Kohlenstoff-Fußabdruck der Städte wirkt sich auf die Luftqualität aus. Das wiederum hat Auswirkungen auf die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bürger:innen.

Die Auswirkungen der Städte sind enorm. Aber das gilt auch für die Chancen.

Rechtsvorschriften der Stadt New York zur Erreichung von Netto-Null-Emissionen

Städte schaffen ihre eigenen Wege, um den Klimawandel zu bekämpfen. Beispielsweise ist das Local Law 97 ein Gesetz der Stadt New York, mit dem die Emissionen von Gebäuden deutlich gesenkt werden sollen. Es ist die ehrgeizigste Gesetzgebung zur Reduzierung von Gebäudeemissionen weltweit, die je von einer Stadt erlassen wurde.

Das Gesetz schreibt vor, dass große Gebäude mit einer Fläche von über 2000 Quadratmetern in der Stadt ab 2024 Energieeffizienzrichtlinien einhalten und Kohlenstoffemissionen begrenzen müssen. Andernfalls ist eine jährliche Geldstrafe zu zahlen. Die Höhe des Bußgeldes steigt mit der Zeit an und kann erheblich sein. Das oberste Ziel ist es, bis 2050 Netto-Null-Emissionen zu erreichen.

Intelligente Gebäude Ziel 3: Verbesserung der Gebäudeinstandhaltung

Die Instandhaltungskosten machen einen großen Teil des Betriebsbudgets eines Gebäudes aus. Die Verwendung von Daten zur Verbesserung der Gebäudewartung kann die Lebensdauer der Gebäudetechnik um Jahre verlängern.

Die Instandhaltung von Gebäuden ist in der Regel eine Kombination aus den folgenden drei Ansätzen:

• Reaktive Wartung
  • Korrekturmaßnahmen werden erst dann durchgeführt, wenn die Anlagen gestört sind oder vollständig ausfallen. Manchmal lässt sich dies nicht vermeiden.
• Vorbeugende Wartung
  • Wartungsprüfungen und Reparaturen werden regelmäßig und im Voraus geplant durchgeführt – unabhängig davon, ob sie notwendig sind oder nicht.
• Vorausschauende Wartung
  • Die Wartung basiert auf Daten und nicht auf einem vorgegebenen Zeitplan. Hier können intelligente Gebäudetechnologien am hilfreichsten sein.

Beispiel: Die Wartung des Luftfilters

Um den Unterschied zwischen diesen Arten der Wartung zu verstehen, ist es hilfreich, ein Beispiel wie dieses zu Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagenfiltern (HVAC/HLK) zu betrachten.

Filter werden in HLK-Anwendungen eingesetzt, um Luftpartikel wie Staub und Pollen zu entfernen und so die Gesundheit und das Wohlbefinden der Bewohner:innen zu schützen. Die in der Luft befindlichen Verunreinigungen sammeln sich im Filter an und können diesen verstopfen und schließlich sogar blockieren. Ein verstopfter Luftfilter kann die Leistung des HLK-Systems beeinträchtigen und Schäden an HLK-Komponenten verursachen.

Schauen wir uns an, wie sich die drei Arten der Wartung von Luftfiltern in der Praxis auswirken.

• Die reaktive Instandhaltung würde nach dem Auftreten eines Schadens erfolgen.
  • Wenn zum Beispiel die Klimaanlage nicht mehr funktioniert, stellt das Reparaturteam fest, dass die Verdampferspule aufgrund eines verstopften Luftfilters eingefroren ist.  
    • • Die Kosten umfassen nicht nur einen neuen Filter, sondern auch die Kosten für die Reparatur und die Ausfallzeit.
• Bei der vorbeugenden Wartung wird der Luftfilter nach einem bestimmten Zeitplan ausgetauscht.
  • Das kann zum Beispiel alle 60 Tage oder wie vom Hersteller empfohlen erfolgen.
    • Das Budget ist dabei festgelegt. Im Idealfall könnte die reaktive Wartung reduziert oder sogar abgeschafft werden.
• Bei einer vorausschauenden Wartung kann der Wartungsbedarf aufgrund einer Veränderung des Luftdrucks oder eines Absinkens der Durchflussrate erkannt werden.
  • In einem Gebäude mit geringer Belegung muss ein Filterwechsel möglicherweise seltener erfolgen. Hingegen kann in einem Gebäude, das einer hohen Staubbelastung ausgesetzt ist, ein häufigerer Filterwechsel erforderlich sein.
    • Im Idealfall könnte die reaktive Instandhaltung reduziert oder abgeschafft werden. Dadurch könnten Kosten gespart und/oder ein gesünderes Umfeld für die Bewohner:innen geschaffen werden.

Intelligente Gebäude Ziel 4: Komfort, Gesundheit und Sicherheit der Bewohner:innen

Gebäudeeigentümer und -verwalter wollen den Bewohner:innen ein Höchstmaß an Komfort und Sicherheit bei minimalen Kosten bieten. Ein intelligentes Gebäude kann die Belegung, das Wetter und historische Werte berücksichtigen, um Heizung und Klimaanlage so zu steuern, dass eine angenehme Temperatur aufrechterhalten wird (oft im Mietvertrag oder sogar gesetzlich vorgeschrieben).

Zu den Sicherheitsanforderungen gehören auch Luftqualität, Brandschutz und sogar die Sicherheit von Aufzügen. Ein intelligentes Gebäude kann beispielsweise einen Stromausfall oft vorhersagen, bevor er eintritt. Die Aufzüge werden dann in die nächstgelegene Etage zurückgerufen und die Türen werden geöffnet.

Intelligente Gebäude Ziel 5: Bindung der Mieter:innen

Ein Vermieter, der alle Ziele von 1 bis 4 erfüllt, wird mit Sicherheit die besten Mieter:innen anziehen und halten können. Dies ist wichtig, denn wenn Mieter:innen eine Immobilie verlassen, kostet die Suche nach neuen geeigneten Bewohner:innen Geld.

Intelligente Gebäude Ziel 6: Steigerung des Immobilienwerts

Gewerbliche Gebäude werden auf der Grundlage ihrer künftigen Einnahmen bewertet. Da nachhaltige Technologien immer beliebter werden, kann ein intelligentes Gebäude als wertvoller angesehen werden. Für nachhaltige Gebäude gestaltet es sich oft leichter, eine Finanzierung zu finden. Sie haben auch einen größeren Käufermarkt, wenn sie verkauft werden. Da viele Nutzer:innen ihre eigenen Klimaziele verfolgen, können nachhaltige Gebäude zudem einen Mietaufschlag erzielen, der sich auf die Wertermittlung auswirken kann.

LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) zum Beispiel ist das weltweit am häufigsten verwendete Bewertungssystem für umweltfreundliche Gebäude. Es bietet einen Rahmen für gesunde, effiziente und kostensparende grüne Gebäude. Gebäude, die nach LEED zertifiziert sind, erzielen einen um 21,4 Prozent höheren durchschnittlichen Verkaufspreis pro Quadratmeter als Gebäude ohne LEED. Darüber hinaus erzielen sie durchweg höhere Mieten als nicht LEED-zertifizierte Gebäude, im Durchschnitt 11,1 Prozent höhere Mieten als nicht LEED-zertifizierte Gebäude.

Daten, der Schlüssel zur Umsetzung der Ziele für intelligente Gebäude

Der Schlüssel zur Verwirklichung aller Ziele eines intelligenten Gebäudes liegt in der Erfassung und dem Verständnis der Daten aus der Betriebstechnik (operational technology, OT) eines Gebäudes. Jedes Gebäude verfügt über Kontrollsysteme, von denen jedes einzelne Daten generiert und die meisten von ihnen unabhängig laufen. Zu den betriebstechnischen Systemen eines Gebäudes gehören zum Beispiel:

• Elektrizität
• Gas
• HLK-Steuerung
• CO2-Überwachung
• Wasser
• Aufzugs- und Rolltreppensteuerungen
• Belegung
• Dampf als Heizquelle
• Sicherheitssysteme
• Feuer

Darüber hinaus können Daten von einer beliebigen Anzahl von IoT-Sensoren erfasst werden. Um all diese Daten in den Griff zu bekommen, erstellen viele Gebäudeeigentümer einen Data Lake, also einen Datensee.

Was ist ein Data Lake?

Stellen Sie sich vor, dass jedes OT-System Daten erzeugt, die wie Wasser in einen See fließen, der vom Gebäudeeigentümer überwacht und gepflegt wird. Das ist das Konzept eines Datensees. Es handelt sich um ein zentrales Verzeichnis, in dem alle Daten in großem Umfang gespeichert werden können. Die Daten können vor Ort oder in der Cloud bei Anbietern wie Amazon Web Services (AWS) gespeichert werden.

Sobald die Daten gesammelt sind, können sie über Dashboards und Echtzeitanalysen ein vollständiges Bild des Gebäudes zeichnen. Machine Learning kann eingesetzt werden, um Entscheidungen zu treffen und Prognosen für Kosteneinsparungen und Energieeffizienz zu erstellen.

Die Erfassung der Daten

Entscheidend für jede intelligente Gebäudelösung sind Daten, und wichtig für die Datenerfassung ist ein Gateway. Dabei handelt es sich um eine Brücke zwischen Ihren Geräten vor Ort und der externen Rechen- und Datenspeicherinfrastruktur.

Zu den Anforderungen an intelligente Gebäude-Gateways gehören:

• kompakte Größe mit mehreren Montageoptionen für zahlreiche Einsatzorte, z. B. in Geräteräumen, Schränken oder Vitrinen
• zuverlässiger Betrieb, auch bei längerer unbeaufsichtigter Nutzung
• zahlreiche industrielle I/O-Optionen zum Anschluss an verschiedene Eingänge, darunter auch ältere Geräte
• Widerstandsfähigkeit gegenüber Temperaturschwankungen, da viele Maschinenräume nach außen belüftet sind
• mehrere LAN-Anschlüsse, um die in der Cloud gespeicherten Daten vom Gebäudenetzwerk zu trennen

Die Erstellung von Dashboards und Analysen

Sobald die Gebäudedaten erfasst sind, macht sich die Software an die Arbeit, um diese Daten aussagekräftig zu gestalten. Dashboards von Anwendungen für intelligente Gebäude können die Daten aus verschiedenen Betriebstechnologien und Liegenschaften kombinieren, um Gebäudeeigentümern und -betreibern eine einzige Übersicht über ihr gesamtes Portfolio zu bieten. Die Echtzeit-Visualisierung kann die Erkennung von Anomalien erleichtern und es können Korrelationen zwischen Wetter, Belegung und HLK hergestellt werden. Automatisierte Berichte können der Geschäftsleitung verwertbare Erkenntnisse liefern, darunter tägliche Energieeinsparungen und Kohlenstoffemissionen.

Prescriptive Data stellt zum Beispiel Lösungen für intelligente Gebäude und die Dekarbonisierung her. Sie ermöglichen es Immobilienbesitzer:innen und Hausverwaltungen, ihren gesamten Gebäudebestand über eine einzige Oberfläche zu visualisieren und zu steuern. Das bedeutet, dass sie einfach zwischen den Gebäuden und ihren Daten navigieren können.

Mit Nantum OS von Prescriptive haben Gebäudeverwaltungen Zugriff auf anpassbare Gebäude-Dashboards, auf denen sie alle Daten von Gebäudemanagementsystemen, Sensoren, OT und betrieblichen KPIs anzeigen können. Durch die Datenbereitstellung in Echtzeit und eine KI-gestützte Analyse können sie Anomalien sofort erkennen und entsprechend reagieren.

Machine Learning und künstliche Intelligenz in einem intelligenten Gebäude

Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning können die Gebäudedaten weiter optimieren, indem sie die Betriebstechnik strategischer automatisieren. So wird die geringste Menge an Energie für ein Maximum an Raumkomfort verbraucht.

Einige Beispiele für KI und Machine Learning in einem intelligenten Gebäude sind:

• Die Belegung und das Wetter werden in das HLK-System einbezogen, um es auf der Grundlage der Daten hoch- oder herunterzufahren. Dieses Maß an Kontrolle über ein HLK-System kann Energie- und Geldeinsparungen bedeuten – und das bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer komfortablen Umgebung für die Bewohner:innen.
• Die CO2-Werte können in Echtzeit überwacht werden. Wenn sie mit den Gebäuderichtlinien übereinstimmen, kann das System die Außenluftzufuhr automatisch reduzieren. Wenn sich die Werte dem Grenzwert nähern, kann zusätzliche Außenluft zugeführt werden.
• Die Belegung kann bis hinunter zu den Etagen, Bereichen und Räumen verfolgt werden, um die Beleuchtung und HLK im Laufe des Tages anzupassen.
• Der Heizbedarf wird auf Zeiten außerhalb der Spitzenlastzeiten verlagert. Viele Gemeinden erheben während der Spitzenzeiten einen Aufschlag. In New York beispielsweise wird teilweise mit Dampf geheizt. So erhöht der Con Edison Steam District in New York City im Winter die Gebühren für den maximalen Dampfbedarf um das Zehnfache. Durch die Verlagerung des Bedarfs in die Schwachlastzeiten können für die Gebäude monatlich mehrere tausend Dollar an Kosten für das Heizen mit Dampf eingespart werden.
• Textnachrichten, E-Mails oder andere Arten von Benachrichtigungen werden für Datenschwellenwerte auf der Grundlage des Datentyps oder sogar der Uhrzeit und des Wochentags gesendet.

Ermöglichen Sie Ihr intelligentes Gebäude

Ganz gleich, ob Sie ein Hochhaus oder ein kleines Warenlager besitzen oder verwalten, so gut wie jede Gebäudegröße kann von intelligenter Gebäudetechnik profitieren. Alles beginnt mit den Daten. Wenn Sie erfahren möchten, wie Sie am besten loslegen, sehen Sie sich unsere IoT-Gateways an. Wenden Sie sich gerne an unser Team.