Was ist Gebäudeautomation (GA; Building Automation)?

Die Gebäudeautomation revolutioniert die Art und Weise, wie Gebäude betrieben, gesteuert und überwacht werden. Sie ist ein fortschrittliches System, das moderne Technologie nutzt, um die Effizienz, den Komfort und die Sicherheit von Gebäuden zu optimieren. Es integriert verschiedene Systeme wie HLK (Heizung, Lüftung, Klimatechnik), Beleuchtung, Sicherheitstechnik und mehr in eine zentrale Plattform zur effizienten Steuerung und Überwachung. Die Hauptvorteile von GA sind verbesserte Energieeffizienz, geringere Betriebskosten, erhöhter Komfort für die Bewohner und vereinfachte Wartung. Ein GA besteht in der Regel aus drei logischen Ebenen: der Feldebene (Sensoren und Aktoren), der Automatisierungsebene (Steuerungen) und der Managementebene (Überwachungssoftware).

Warum brauchen wir Protokolle in der Gebäudeautomation?

Protokolle sind in der Gebäudeautomation unverzichtbar, da sie eine nahtlose Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten und Systemen innerhalb des Gebäudes ermöglichen. In der Gebäudeautomation kommen oft Produkte verschiedener Hersteller zum Einsatz, die möglicherweise proprietäre Kommunikationsmethoden verwenden. Protokolle dienen als gemeinsame Sprache, die Interoperabilität gewährleistet und Datensilos vermeidet. Gerade der umfängliche Datenaustausch in Echtzeit ermöglicht schnelle Reaktionen auf veränderte Bedingungen und kann damit die Gesamteffizienz des Systems verbessern.

Welche Protokolle werden in welcher Kombination verwendet?

Diese Protokolle sind in der Regel aber nur einer von vielen Bausteinen in einem Gebäudeautomations- oder Monitoring System. Damit die Komplexität innerhalb einer Werkzeugkette sichtbar wird, haben wir im Frühjahr 2024 eine Befragung durchgeführt, um die typischen Anwendungskombinationen für Protokolle zu erfassen. Die Protokolle werden in der Regel in Kombination mit einer oder mehreren der folgenden Komponenten verwendet: Software für Monitoring und Analyse, Datenbanken für die Speicherung der Messdaten, Messkonzepte für die Strukturierung der Messdaten und Sensorik, Datenpunktschemata für die Strukturierung von (Meta-)Daten, sowie Programmiersprachen, für die Analyse und Verknüpfung der Bausteine.

Auf dieser Seite sind verschiedenen Protokolle, die im Sommer 2023 und Frühjahr 2024 erfasst worden sind, ausführlich beschrieben. Diese sind durch Recherche in der entsprechenden Fachliteratur, in Dokumentationen von Hard- und Software, und in Befragungen aus den Forschungsprojekten der Energiewendebauen zusammengetragen worden. Wir haben 12 häufig verwendete und moderne Protokolle ausgewählt und für diese die folgenden Eigenschaften zusammengefasst:

• Name des Protokolls
• Übertragungsmethoden – wie werden Daten zwischen den verschiedenen Komponenten und Geräten innerhalb des Systems übertragen (verkabelt, drahtlos oder verkabelt & drahtlos)?
• Unterstützte Übertragungsmedien – wie werden Signale übertragen?
• Zugehörige Standards – spezifische Standards, denen jedes Protokoll zugeordnet werden kann.
• Open-Source-Status – ist das Protokoll öffentlich und frei verfügbar?
• Lizenzgebühr – ist eine Gebühr zur Abdeckung der Kosten für die Nutzung und/oder die Zertifizierung fällig?
• Netzwerktopologie – was ist die physische und logische Anordnung von Geräten und Komponenten in einem Netzwerk?
• Implementierte Sicherheitsmechanismen – ob und welche Mechanismen sind im Protokoll implementiert, um die Datensicherheit zu gewährleisten?
• Bandbreite – die Kapazität des Kommunikationskanals, Daten zwischen den verschiedenen Komponenten des Systems zu übertragen.
• Frequenz – die Frequenz, die Wellenlänge oder die Trägerfrequenz, die von den drahtlosen Kommunikationsgeräten im System verwendet wird.
• Reichweite – die maximale Entfernung, über die die Kommunikation zwischen den verschiedenen Geräten und Komponenten des Systems aufrechterhalten werden kann, ohne dass die Signalstärke zu schwach wird.
• Implementierte OSI-Schichten – die Anwendung der Schichten des OSI-Referenzmodells für die Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten des Systems.
• Ebenen der Gebäudeautomation – die hierarchische Struktur eines Gebäudeautomation Systems.
• Datenmodell Architektur – wie werden Informationen oder Attribute zu einem Objekt hinzugefügt?
• Discovery – ob das Protokoll die „Discovery“ Funktion verfügt, um Geräte bei der Datenübertragungautomatisch zu identifizieren?
• Multi Master – können mehrere Mastergeräte zeitgleich agieren?
• Priorität – Vorgehen, wie die Änderungen oder Aktualisierungen vorgenommen werden.
• Typische Anwendung – ggf. Beispielhafte Anwendung.