Warum Smart Buildings kämpfen: Die fehlenden Standards, die sie zurückhalten

Aus ingenieurtechnischer Sicht ist die Erstellung smarter Buildings technisch unkompliziert – Prozessoren und Software existieren bereits. Ein 3-$ MCU kann in Lichtschalter, Steckdosen, motorisierte Fensterabdeckungen und Wasserpumpen eingebettet werden, und diese winzigen Knoten können vernetzt werden. Große Geräte, Thermostate, Temperatursensoren, Belegungsdetektoren und Feueralarme könnten koordinieren, um zentrale HLK zu steuern, solarbeheizte Wassertanks zu managen, 15 °C Grundwasser über Wärmepumpen zu zirkulieren und Beleuchtung in Echtzeit anzupassen.

Wo liegt also das Problem?

• Es gibt kein branchenweites Kommunikationsprotokoll, das ≥ 99,999 % Zuverlässigkeit garantiert (ein „Five-Nines“-Standard). In der Praxis versagen Wireless- und Powerline-Lösungen zu 1 %–10 % der Zeit aufgrund von Funklöchern, Spektrumskongestion, niedrigem SNR und Interferenzen.
• Es gibt kein gemeinsames Betriebssystem für Building-Geräte. Während PCs Windows, Phones iOS oder Android laufen, fehlen Building-Aktuatoren und -Sensoren ein einheitliches OS, was Plug-and-Play-Integration erschwert.

Zuverlässigkeit sicherstellen

Wenn Bewohner einen Wandschalter betätigen, muss die Kommunikation zwischen diesem Schalter und der Deckenlampe mindestens zu 99,999 % der Zeit funktionieren. Jegliche Downtime in alltäglicher Infrastruktur ist inakzeptabel. Powerline-Daten sind besonders fragil, da Signale den Sicherungskasten durchqueren und mit Spannungsspitzen konkurrieren müssen, was zu häufigen Fehlern führt.

Ingenieure können einen Datenbus einsetzen, der dem automobilen CAN-Bus ähnelt – ein robustes, fehlertolerantes Netzwerk, das die Datenleitung schützt, selbst wenn sie versehentlich an ein Stromkabel angeklemmt wird. Die Netzwerktopologie sollte einem Baum ähneln: Ein einzelnes Kabel verzweigt sich zu mehreren Geräten, passend zur Gebäudegeometrie und ermöglichend skalierbare, kostengünstige Verkabelung.

Light vs. Heavy Loads

Smart-Building-Geräte fallen in zwei Leistungskategorien. Leichte Geräte (<20 W) umfassen LED-Lampen, Schalter, Thermostate, Sensoren, Motoren für Jalousien und Heizkörperventile. Schwere Geräte (>20 W) decken HLK-Anlagen, große Geräte und Hochleistungssteckdosen ab. Beispielsweise zieht eine 10-W-LED bei 110 V AC nur 0,1 A – lediglich 1/200stel einer 20-A-Sicherung. Durch Routing leichter Lasten auf 48 V DC über 18-AWG-Draht können Ingenieure Kabelkosten senken und weniger Bauvorschriften einhalten, was Budget für zusätzliche vernetzte Geräte freisetzt.

Ein Automatisierungsnetzwerk verbindet sich von einem zentralen Standort durch das gesamte Gebäude. Quelle: Manhattan 2

Einheitliche Software für alle Geräte

Niedrige Kosten und hohe Zuverlässigkeit hängen davon ab, den gleichen Software-Stack auf jedem Gerät zu deployen. Offener, freier und gut dokumentierter Code gewährleistet breite Adoption und schnelle Iteration. Während viele Netzwerkprotokolle existieren, bietet keines ein vollständiges Betriebssystem für Building Automation.

Forscher an der UMass Amherst und anderen Institutionen entwickeln BuildingBus, ein freies, Open-Source Smart-Building-OS. BuildingBus erlaubt jedem Gerät, Nachrichten zu senden, Ports zu lesen/schreiben, Gerätebibliotheken auszutauschen, Sensoren in Pseudo-Echtzeit zu überwachen und Befehle auszugeben – alles mit Fehlertoleranz und Plug-and-Play-Support.

Die Adoption eines gemeinsamen OS und eines zuverlässigen Kommunikations-Backbones kann die Kosten von Building Intelligence drastisch senken und gleichzeitig die Energieeffizienz steigern. Mehrere Initiativen laufen, und die nächsten Jahre werden wahrscheinlich mehrere ausgereifte Lösungen hervorbringen.

>> Dieser Artikel wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite EDN veröffentlicht.