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LoRaWAN in der Gebäudeautomation

Funklösungen zur Nachdigitalisierung von Gebäuden

Gebäude nachdigitalisieren – das lässt sich mit funkbasierter LoRaWAN-Sensorik inkl. der herstellerneutralen HLK-Anbindung per Modbus-Schnittstelle realisieren.

LoRaWAN-Sensorik erkennt die Raumnutzung und regelt über das Thermostat automatisch die Heizung.

Einige LoRaWAN-Produkte (v. l.): Raumsensoren mit Bewegungsmelder, Tür-/Fensterkontakte, Raumluftampel inkl. CO2- und Luftfeuchtemessung, IO-Modul, batterieloses Heizungsthermostat (vorn), LoRaWAN-Gateway (hinten).

 

Die Revitalisierung von Bestandsimmobilien ist ein stark wachsender Markt. Nicht nur in denkmalsgeschützten Gebäuden, sondern in allen Liegenschaften ist das nachträgliche Einziehen neuer Datenkabel kostspielig. Mit LoRaWAN-Funklösungen lassen sich Sensoren und andere Endgeräte kabellos im Gebäude nachrüsten. Ob die Temperaturerfassung zur HLK-Regelung, Zählerfernauslesung, Präsenzmelder und Fensterkontakte für den Raum: Mit LoRaWAN lassen sich schnell und besonders wirtschaftlich bestehende Gebäude energetisch optimieren, Daten sammeln und Nutzungstransparenz herstellen.

Was ist LoRaWAN?

LoRaWAN steht für „Long Range Wide Area Network“ und bezeichnet eine energieeffiziente, standardisierte Funktechnologie mit sehr hoher Reichweite sowie hoher Gebäudedurchdringung. Sie gehört zu den sogenannten LPWAN-Technologien (Low Power Wide Area Networks, LoRa-WAN Alliance). Batterielaufzeiten von bis zu 10 Jahren sind je nach LoRaWAN-Sensortyp erzielbar, da die Sendeleistung und die Datenraten für die jeweiligen Anwendungsfälle, z. B. in einem Gebäude, abgestimmt sind. Das reduziert die Wartungsaufwände im Facility Management und macht gerade das Nachrüsten auch langfristig wirtschaftlich.

Die LoRaWAN-typischen Datenraten reichen von 0,3 kbit/s bis zu 50 kbit/s und machen diesen Funkstandard attraktiv für zeitunkritische Anwendungen, für die Erfassung von Temperatur, CO2, Luftfeuchtigkeit oder Fenster-/Türkontakte u. a. m. LoRaWAN kann in Deutschland ohne Lizenzkosten genutzt werden. Die Netzinfrastrukturkosten sind im Vergleich zu WLAN wirtschaftlicher. So können Gebäude oder ganze Betriebsgelände von nur einem Gateway abgedeckt werden – ohne Repeater. Dieses macht LoRaWAN zu einer optimalen Technologie. Durch die Standardisierung sind Integratoren nicht herstellergebunden was die Auswahl von LoRaWAN-Geräten für die TGA betrifft.

Öffentliche LoRaWAN-Netzwerke

Für Smart-City-Anwendungen1) werden auch öffentliche LoRa-Netzwerke aufgebaut. In Deutschland bauen Städte, Kommunen, Energieversorger und IoT-Anbieter eigene LoRaWAN-Netzwerke auf und nutzen diese für die Vernetzung von Gebäuden und Anlagen. Typisch sind hier Anwendungen wie Mobilitäts- und Parkplatzüberwachung, Steuerung der Straßenbeleuchtung oder E-Ladesäulenabrechnung.

Wie ist ein LoRaWAN aufgebaut?

Ein LoRa-Wide-Area-Network besteht typischerweise aus drei Komponenten: Lo-Ra-Nodes, -Gateways und -Server. Diese sind in der Regel in einer Sterntopologie angeordnet.

Nodes sind Endgeräte wie Sensoren oder Aktoren und übermitteln Datenpakete an LoRa-Gateways, welche die gesammelten Informationen wiederum an einen LoRaWAN-Server senden. Die Daten werden dabei vom Endgerät verschlüsselt und erst auf dem Server bzw. in der Applikation entschlüsselt. Die Kommunikation erfolgt in der Regel bidirektional. Typisch erfolgt die Kommunikation zwischen Gateways und Server über eine Standard-IP-Verbindung.

Anwendungsfälle für LoRaWAN

In der Gebäudetechnik gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für LoRa-WAN-Netzte. Einige Beispiele.

Heizungsregelung über smarte Funk-Thermostate

In Bestandsgebäuden mit Heizkörpern können über smarten LoRaWAN-Thermostate bis zu 40 % Heizenergie eingespart werden. Die Einstellung der Temperaturen erfolgt zentral und nach einem Tages-/Wochenplan. Beispielsweise werden zum Feierabend und an Wochenenden alle Heizkörper und Fußbodenheizkreise im Gebäude heruntergedreht. Sind zudem LoRaWAN-Fensterkontakte installiert, wird bei Öffnen der Fenster die Thermostate geschlossen.

Raumluftüberwachung mit CO2-Ampeln

Mit LoRaWAN-fähigen CO2-Ampeln oder alternativen Sensoren wird nicht nur die Raumluftqualität überwacht und dokumentiert. Die Werte werden auch für die HLK-Regelung und Raumluftkonditionierung genutzt.

 

Unterschied zwischen LoRa und LoRaWAN

LoRa bezeichnet das Übertragungsprotokoll. Es definiert die Art und Weise, wie Daten über Funkwellen zuverlässig übertragen werden. Lo-RaWAN ist hingegen ein offenes Netzwerk-Protokoll, das auf LoRa aufbaut und es Geräten ermöglicht, eine sichere Verbindung mit dem Internet aufzubauen.

 

Zählerdaten erfassen

Die automatische Zählerfernauslesung kann im Vergleich zu kabelgebunden Lösungen auch mit LoRaWAN unkompliziert und schnell erfolgen. Gerade die Energiezähler im Keller lassen sich wegen der guten LoRaWAN-Gebäudedurchdringung leicht anbinden und die Energiedaten auf der IoT-Plattform zur Berichterstattung speichern.

Sicherheitslücken schließen

Mit LoRaWAN-Sensoren und -Aktoren kann der Türstatus erfasst werden. Per Knopfdruck und aus der Ferne können Türschließer aktiviert werden. Auch das Erkennen offener Fenster im Erdgeschoss und dessen gezieltes Anlaufen von Sicherheitspersonal reduziert vermeidbare umfangreiche Kontrollgänge.

Erkennung von Wasserleckagen

Anhand von einem LoRaWAN-Leckagesensor kann das Eindringen von Wasser frühzeitig erkannt werden. Bei einer Feuchtigkeitsdetektion kann ein Alarm ausgelöst und die Wasserleitung an zentraler Stelle über ein motorbetriebenes Ventil abgesperrt werden.

Cleaning on demand

Für das bedarfsgerechte Reinigungsmanagement werden Nutzungsdaten über LoRaWAN-Präsenzmelder erfasst und an den Servicedienstleister weitergeleitet. So werden die Einsätze mit den Nutzungsdaten wesentlich effizienter gestaltet.

LoRaWAN mit DEOS

DEOS, Spezialist im Bereich der Gebäudeautomation, bietet LoRaWAN-Lösung zur einfachen Nachdigitalisierung von Gebäuden an. Eine IoT-Plattform visualisiert dabei die Gebäudedaten in verschiedenen Anwendungen, generiert Energiereports oder bietet Schnittstellen zur Datenweiterleitung an Drittsysteme an.

Zur einfachen Inbetriebnahme von Lo-RaWAN-Sensoren halten deren Hersteller oftmals herstellerneutrale Integrations tools vor. Diese unterstützen nicht nur die vereinfachte Geräteinstallation, sie helfen auch, Zeit bei der Massenparametrierung zu sparen.

EnOcean vs. Sigfox vs. LoRaWAN

Für EnOcean spricht neben der Standardisierung. Dieser Funkstandard ist aber nicht für die Überwindung von großen Distanzen entwickelt worden. Beim Einsatz im Gebäude ist es ratsam mit ca. 10 m Reichweite und maximal ein bis zwei Deckendurchdringungen zu planen. Dadurch sind die Kosten für den Aufbau der Infrastruktur aufgrund der niedrigen Durchdringung gerade in größeren Gebäuden recht hoch. Denn eine Vielzahl an Gateways oder Repeatern macht die Infrastruktur sehr kostspielig.

Sigfox steht auch für hohe Reichweiten, guter Gebäudedurchdringung, hohen Batterielaufzeiten, jedoch mit vergleichbaren hohen Endgerätekosten.

LoRaWAN im Gebäude bietet viele Vorteile:

 

 

  • hohe Reichweite,
  • hohe Gebäudedurchdringung, auch durch mehrere Geschossdecken,
  • optimal für Bestandsgebäude,
  • lange Batterielaufzeit,
  • geringe Investitionskosten für die Funknetz-Infrastruktur,
  • Herstellerneutralität (möglich sind unterschiedliche Sensoren/Aktoren einem Netz),
  • weit verbreitet (im öffentlichen Bereich und Mitnutzung von LoRa-Smart City Netzen)

 

 

Bei der Verwendung von LoRaWAN ist die Besonderheit in der Kommunikation der Datenpakete zu beachten. Die Geräte kommunizieren über eine höhere Latenz, sodass Anwendungen, die Echtzeitdaten erfordern, nicht geeignet sind. Zum Beispiel Lichtsteuerungen, die innerhalb von Millisekunden schalten sollten. Die Kapazität des LoRaWAN-Netzwerks ist mit der sogenannten Time of Air begrenzt. Dies ist bei einer großen Anzahl von Geräten, die gleichzeitig Daten übertragen, zu beachten.

Fazit

LoRaWAN ist eine energieeffiziente Funktechnologie, die eine wirtschaftliche Übertragung von Daten über eine hohe Reichweite und Gebäudedurchdringung hinweg ermöglicht. Besonders interessant ist LoRaWAN in zeitunkritischen Anwendungen wie die Übertragung von Temperatur, CO2, Luftfeuchtigkeit oder Fensterkontakte. Die Standardisierung ermöglicht die Integration in technische Anlagen für Smart-Buildings und in öffentlichen LoRaWAN-Netzwerken in Smart-City-Anwendungen.

Quelle: DEOS AG

Bilder: DEOS

www.deos-ag.com

 


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