Die klugen, kleinen Diener

Durch das Internet der Dinge (IoT) schreitet die Digitalisierung im Gebäude rasch voran. Es ermöglicht die umfassende Vernetzung von klassischen Gewerken wie Beleuchtung, Beschattung und Raumklima mit Mehrwert-Informationen aus dem Internet. Dank der Vernetzung von Geräten über energieautarke Sensoren im IoT lassen sich deutliche Einsparungen im Hinblick auf Kosten und Wartung einfahren.

Sensoren sind die „Sinnesorgane“ unserer Gebäude. Sie liefern wichtige Informationen, um Heizung, Kühlung, Licht oder andere Gewerke in einem Gebäude intelligent zu steuern. Damit lässt sich zu einem nicht unerheblichen Teil Energie einsparen. Gleichzeitig tragen die Sensoren wesentlich dazu bei, die Sicherheit sowie das Wohlbefinden von Bewohnern oder Mitarbeitern zu verbessern. Diese klassische Automation vernetzt sich immer mehr mit dem Internet der Dinge.

Sensoren – was sie können

Im Zuge dieser Entwicklung bilden Sensoren über Echtzeit-Rohdaten die genaue Nutzung eines Gebäudes virtuell ab wie Personenströme, sanitäre Einrichtungen, elektronische Geräte, der Aufzug oder der zum Gebäude gehörige Parkraum.

Lichter können individuell eingestellt werden, Jalousien fahren bei Sonneneinstrahlung automatisch herunter und die Innentemperatur lässt sich bedarfsgerecht regulieren. Neben diesen klassischen Funktionen der Gebäudeautomation liefert die Digitalisierung ganz neue Möglichkeiten, die vor allem für Büro- und Industriegebäude von Interesse sind. Hier lassen sich nämlich Dank Vernetzung von Geräten über energieautarke Sensoren im IoT deutliche Einsparungen im Hinblick auf Miet- und Reinigungskosten sowie Wartung einfahren. Sensoren melden beispielsweise, ob und wie intensiv ein Bürobereich tatsächlich genutzt wird und ob ein Besprechungsraum oder ein flexibler Arbeitsplatz belegt ist. Daran kann im Anschluss unter anderem die Reinigungsdurchführung von Räumen und sonstigen Büroflächen bedarfsgerecht angepasst und auch die Anzahl der wirklich genutzten Arbeitsplätze optimiert werden. Ein weiteres Beispiel ist die Nutzungserfassung von Sanitärräumen. Sensoren melden, wie oft eine Toilette benutzt wurde und wann Handtücher, Seife oder Toilettenpapier wieder aufgefüllt werden müssen.

Die erforderliche Technologie für diese umfassende Digitalisierung sowohl für Bestandsgebäude als auch für Neubauten sind drahtlose Sensoren, die über Funk ihre Daten kommunizieren. Der besondere Vorteil: Funksensoren lassen sich flexibel an verschiedenen Messpunkten, an Möbeln wie Schreibtischen und Stühlen oder Gegenständen wie Druckern, Kaffeemaschinen usw. platzieren. Dadurch gewinnen sie exakte Informationen für eine effiziente Auswertung. Aber woher beziehen sie selbst ihre Energie?

Umgebung als Energiequelle

Batterielose Funksensoren nutzen Licht, Bewegung oder Temperaturunterschiede in ihrer unmittelbaren Umgebung als Energiequelle und bieten für die Aufrüstung von Bestandsgebäuden eine ressourcenschonende und kostengünstige Alternative. Diese Technologie wird Energy Harvesting genannt. Hierbei „ernten“ sogenannte Energiewandler kleinste Energiemengen für den Betrieb und die Funkkommunikation von Sensoren, Schaltern oder auch Aktoren mit einem entsprechend auf die Umgebungsenergie angepassten Wandler. Ein elektrodynamischer Energiegenerator gewinnt Energie aus Bewegung, beispielsweise durch das Drücken eines Schalters. Innenlicht lässt sich über kleine Solarzellen bereits ab 50 Lux für elektrische Spannung nutzen. Auch aus Temperaturdifferenzen lässt sich Energie gewinnen. Hier kann die Kombination aus einem Thermowandler und einem Spannungsverstärker bereits Temperaturunterschiede von 2 °C in nutzbaren Strom umsetzen.

Vorteile autarker Sensoren

Die Sensoren und Module liefern auf Basis der Energy Harvesting-Technologie wichtige Daten, mit denen der Energieverbrauch in Gebäuden signifikant optimiert werden kann. Damit verbessern sie gleichzeitig deren CO₂-Fußabdruck, wenn sie beispielsweise die Heizung bei geöffnetem Fenster abstellen oder das Licht in leeren Räumen ausschalten. Weitere Vorteile der Energy-Harvesting-Technologie sind, dass die Funksensoren wartungsfrei sind und sich flexibel im Raum platzieren lassen. Dadurch gewinnen sie exakte Informationen für eine effiziente Auswertung. Dies ist vor allem wichtig, da die Mehrzahl der Gebäude Bestandsimmobilien sind. Eine Nachrüstung mit energieautarken Funksensoren vermeidet das Aufbrechen von Wänden für Stromkabel und spart zudem eine Vielzahl an Batterien ein. Dies, in Verbindung mit dem optimierten Eigenverbrauch der Sensoren selbst, macht sie dementsprechend zu einer nachhaltigeren und kostengünstigeren Alternative.

Sensorsystem mit NFC

Ein solches Sensorsystem muss sich möglichst einfach einbauen und an spezifische Anforderungen anpassen lassen. Gerade dann, wenn sich möglicherweise Tausende von Sensoren, die die Daten für individuelle und bedarfsgerechte Optimierungsprozesse liefern, in einem Gebäude befinden. Die Inbetriebnahme von energieautarken Sensor- und Schaltermodulen über Near Field Communication (NFC) bietet hierfür eine einfache Lösung. Bei dieser Art der drahtlosen Kommunikation werden Daten von einem NFC-Gerät über eine kurze Reichweite von maximal 2 cm an ein NFC-Lesegerät übertragen. Dies können beispielsweise NFC-fähige Smartphones oder Tablets sein. EnOcean hat hierfür eine eigene App namens „EnOcean Tool“ entwickelt, mit der NFC-Geräte von EnOcean wie der neue, solarbasierte Multisensor STM 550 korrespondieren, bei dem Temperatur-, Feuchte-, Beleuchtungs-, Beschleunigungs- und Magnetkontaktsensoren in einem kleinen Gehäuse vereint wurden. Das PTM Schaltermodul mit NFC-Schnittstelle ist einfach zu konfigurieren und in Betrieb zu nehmen. Aufgrund der kurzen Entfernung zwischen den beiden Geräten bietet diese Art der Datenübertragung außerdem eine erhöhte Sicherheit. Die Schnittstelle selbst ist zusätzlich datenschutztechnisch weiter geschützt.

Vorteile in der Installations-Praxis

Von dieser Art der Datenübertragung profitieren in der Praxis auch Installateure und Erstausstatter (OEMs), da sich Schalter und Sensoren über NFC viel schneller installieren und in Betrieb nehmen lassen. Durch diesen geringeren Zeitverbrauch arbeiten sie um einiges effizienter. Hat man einen externen NFC-Reader zur Hand, müssen die Sensoren für die Inbetriebnahme und Konfiguration nicht einmal aus ihren Schaltergehäusen genommen werden. Auch das trägt zu einem nicht unerheblichen Teil zur Zeiteinsparung bei. Mit dem Einsatz von NFC lassen sich zudem Kosten einsparen, denn durch eine Konfiguration der Geräte direkt vor Ort oder vor Auslieferung entstehen weniger Lagerkosten. NFC bietet außerdem die Möglichkeit, die gesamte Inbetriebnahme des Geräts zu dokumentieren. Installateure können demnach genau nachvollziehen, welche Einstellungen vorab durchgeführt wurden. Nachträgliche Untersuchungen am Gerät werden damit überflüssig.

Ein Fazit

NFC erleichtert die Vernetzung von Gebäuden mit dem IoT enorm. Die Gebäudesteuerung lässt sich damit auch einfach in Mietwohnungen und angemieteten Bürogebäuden realisieren. Dazu richtet der Vermieter die benötigte Infrastruktur mit Sensoren ein, die – unabhängig vom jeweiligen Mieter – immer im Bestand bleibt. Der Mieter hat so die Möglichkeit, sich über NFC mit seinem eigenen Device (zum Beispiel über Alexa) ganz bequem und sicher mit dieser Infrastruktur zu verbinden und auf die jeweiligen Daten zuzugreifen.

Autor: Marián Hönsch, Product Manager, EnOcean GmbH