Menü
Kurztitel: DIGAFLEX
Förderkennzeichen: 03ET1016A
Status: Laufend
Laufzeit: 10/2011 bis 08/2018
Themen: Gebäudebetrieb & Gebäudeautomation
Standort: Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik Hermann-Blenk-Straße 42 D-38108 Braunschweig
Innovation: Vorteile des Gebäudeautomationssystems: geringer Energieverbrauch, günstiges Preis-Leistungsverhältnis, modulares Gerätespektrum sowie Möglichkeiten zur flexiblen Konfiguration und Funktionsanpassung

Quintessenz

  • Dezentrales Konzept nutzt preiswerte Standard-Elektronikkomponenten
  • System ist einfach erweiterbar durch Anschluss weiterer Busteilnehmer
  • Automationssystem benötigt selbst wenig Strom
  • Zuverlässige und sichere Datenübertragung über konventionelle Telefonkabel
  • Open-Source-Charakter der Hard- und Software gewährleistet langfristige Verfügbarkeit

SmallCAN könnte den automatisierten Betrieb von Gebäuden deutlich vereinfachen. Das einfache und flexibel erweiterbare Feldbussystem stammt in seiner Grundstruktur aus dem Automobilsektor und benötigt selbst sehr wenig Energie. Zudem lässt es sich vergleichsweise kostengünstig implementieren und erweitern. In einem Forschungsprojekt wurde das schlanke Gebäudeautomationssystem jetzt um einige Automatisierungsfunktionen erweitert, die sich speziell in öffentlichen Gebäuden nutzen lassen. Zudem wird die Praxistauglichkeit im realen Betrieb wissenschaftlich evaluiert. 

Projektkontext

Bei größeren Gebäuden mit komplexer Gebäudetechnik kann eine integrierte Automatisierung zu deutlichen Energieeinsparungen führen. Doch die marktverfügbaren Systeme kommen manches Mal aus Kostengründen nicht zum Einsatz oder können ihr Energieeffizienzpotenzial aufgrund mangelnder Flexibilität oder Erweiterbarkeit nicht voll ausschöpfen.

Das Feldbussystem SmallCAN kann sehr viele Sensoren und Geräte als Busteilnehmer über eine einzige Leitung von maximal 1.000 Meter Länge miteinander verknüpfen. Hierfür reichen gewöhnliche Telefonkabel und preiswerte Standardkomponenten aus. Eine weitere Besonderheit ist der geringe Eigenstrombedarf für das gesamte Automationssystem. Zudem ist es relativ einfach zu implementieren, denn im Regelfall ist es nicht notwendig, die Busteilnehmer individuell zu programmieren. Standardanwendungen können im Sinne von Funktionsblöcken durch eine einfache Parametrierung integriert werden. Inzwischen gibt es ein umfangreiches Portfolio verfügbarer Applikationen, welche das Gesamtsystem als Summe seiner Funktionsblöcke bilden.

SmallCAN-Systeme sind so kostengünstig, weil das dezentrale Konzept ohne spezielle Bus-Geräte auskommt. Dies vereinfacht auch die Montage kostenentscheidend. Zudem setzt das System durchgängig auf standardisierte Elektronikkomponenten wie Lichtschalter oder Pumpen, die über kostengünstige Bus-Module angekoppelt werden.

Das System erfüllt die Anforderungen an ein industrielles Feldbussystem und eignet sich gleichzeitig für die Automatisierung unterschiedlicher Gebäudetypen.  

Busankoppler (links) und dessen Anwendung in einem Anwendungsmodul zur Präsenzerkennung (rechts).

© TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik IGS sowie Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik iVA

Systemvorteile im Vergleich

Nach Einschätzung der Forscher vereint SmallCAN die Vorteile einiger anderer Systeme:

  • Einfache Relaisansteuerung (wie ASI)
  • Messwertübermittlung in kurzen Datenblöcken mit geringer Latenzzeit (wie CAN)
  • Flexibel durch volle Programmierbarkeit von Funktionen (wie LON)
  • Integrierte Energieversorgung (wie EIB) bei stark erhöhter Teilnehmeranzahl
  • Wesentlich geringerer Energiebedarf als beispielsweise das System ELV RS485
  • Multimaster-fähig (wie CAN)
  • Kommuniziert über einfache Telefonleitungen (wie HomePlug)
  • Integriert die Funktionen diverser Spezialsysteme (beispielsweise DALI (Beleuchtung), MBUS (Verbrauchserfassung) und ebus (Heizung) etc. ) bei gleichzeitig einheitlichem Zugriff und ermöglicht eine automatische und echte Netztrennung im Auszustand.
  • Ersetzt serielle Geräteanbindungen per RS485 oder RS232, beispielsweise für programmierbare Netzteile, Labormessgeräte, PV-Wechselrichter
  • Kann Datenlogger, Überwachungs- und Diagnosegeräte ersetzen

Mit dem vorgestellten System sind daher Systeme aus einem Guss möglich. Die langfristige Verfügbarkeit ist durch den Open-Source-Charakter gewährleistet, wodurch ein inhärenter Vorteil gegenüber der Vielzahl derzeit verfügbarer Lösungen gegeben ist. Preiswerte Standard-Elektroartikel lassen sich durch An- oder Einbau von sogenannten Anwendungsadaptern zur Bustauglichkeit umrüsten.

Forschungsfokus

Das relativ junge Gebäudeautomationssystem SmallCAN wurde in dem Forschungsprojekt um einige Automatisierungsfunktionen erweitert, um die breite Anwendbarkeit und Praxistauglichkeit des Systems zu vertiefen. Es wurde unter realitätsnahen Bedingungen in zwei Gebäuden erprobt, einem privaten Wohngebäude und einem öffentlichen Hochschulgebäude. Weiterhin wird die für den Praxiseinsatz notwendige Vielfalt und Bandbreite an Applikationsmodulen geschaffen. Die Vorteile des SmallCAN-Systems sollen in exemplarischen Installationen demonstriert werden. 

Erfolge

Um die Praxistauglichkeit von SmallCAN zu erproben, wurde das neue Gebäudeautomationssystem in zwei Gebäuden installiert.

Das erste Demonstrationsobjekt ist ein Einfamilienhaus mit 400 Quadratmetern Grundfläche, in dem etwa 100 Applikationsmodule zum Einsatz kommen. So ermöglicht das Automatisierungssystem die individuelle oder systemoptimierte Steuerung von Heizungsanlage, Beleuchtung, Garagentoren, Jalousien usw. Außerdem wurde für dieses Gebäude das Heizungssystem so parametrisiert, dass die Vorgaben der EnEV nach DIN 4108-6 und DIN 4701-10 eingehalten werden. Das Gebäudeautomationssystem ist hier seit etwa zwei Jahren in Betrieb, so dass bereits umfangreiche Messdaten und Erfahrungen vorliegen.

Bei dem zweiten Demonstrationsobjekt handelte es sich um einen studentischen Arbeitssaal an der TU Braunschweig. Der Schwerpunkt der Systemauslegung war hier die tageslichtabhängige Helligkeitsregelung mit Ein-/Ausschaltautomatik. Dabei sollte ein energie- und komforteffizientes Lichtkonzept unter der Einhaltung der EnEV und der Arbeitsstättenverordnung realisiert werden. Mithilfe vernetzter Lichtsensoren und Bewegungsmeldern kann durch eine digitale Ansteuerung der Leuchten (DALI - Digital Addressable Lighting Interface) an den 39 Arbeitsplätzen eine Verbrauchsreduktion von etwa 60% erreicht und der in der EnEV festgelegte flächenbezogene Energiebedarf von weniger 14 W/m² erreicht werden.

Generell erwarten die Forscher, dass sich mit dem Einsatz des Automationssystems die gesamte Primärenergieaufnahme eines Gebäudes um durchschnittlich 10 bis 25% senken lässt. Eine Gegenüberstellung des Systems SmallCAN zu gängigen Automatisierungssystemen zeigt, dass sowohl der System-Energieverbrauch als auch die Kosten der Geräte bis um das Zehnfachen niedriger liegen. Dabei sind die Kostenvorteile durch die nicht notwendige Sternverdrahtung bei der Vernetzung der Geräte noch nicht berücksichtigt.

Studentischer Arbeitssaal als Demonstrationsobjekt nochmals in anderer Perspektive

© TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik IGS

Lichtsimulation mit Visualisierung der Lichtverhältnisse im studentischen Arbeitssaal

© TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik IGS

Grundriss des Demonstrationsobjektes studentischer Arbeitssaal an der TU Braunschweig

© TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik IGS

Helligkeitsprofil des Demonstrationsobjektes Studentischer Arbeitssaal

© TU Braunschweig, Institut für Gebäude- und Solartechnik IGS

Zeitlicher Verlauf ausgewählter Signale aus einer Beleuchtungssteuerung in Abhängigkeit der Außenhelligkeit für einem studentischen Arbeitssaal.

© TU Braunschweig, Institut für Verkehrssicherheit und Automatisierungstechnik iVA sowie iQST GmbH, Braunschweig

Anwendung

Inzwischen gibt es für SmallCAN ein umfangreiches Portfolio an Anwendungsmodulen für den Einsatz des Systems in der Gebäudeautomation. Analysen zur funktionalen Sicherheit und Prüfungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) wurden bereits erfolgreich durchgeführt. Eine Markteinführung des Systems ist geplant.

Letzte Aktualisierung: 11. Oktober 2017

Thematisch verwandte Publikationen

Gebäude

Evaluierung energieeffizienter Studierendenwohnheime

Studentisches Wohnen im Passivhaus

In der vorgelegten Dissertation werden mehrere als Passivhaus umgesetzte Studierendenwohnheime analysiert. Mit der Anwendung im Studierendenwohnheim findet das vom…

Dissertationen und Thesen

Mehr erfahren

Thematisch verwandte Projekte

Energetische Sanierung einer Plattenbau-Typenschule
Gebäude

Passivhaus-Standard

Energetische Sanierung einer Plattenbau-Typenschule

Die zweiflügelige Typenschule in Plattenbauweise mit Aula und Turnhalle stammt aus 1974. Das Sanierungsprojekt versteht sich als Vorbild für andere Schulen, denn der…

Gebäude

Mehr erfahren