Vorlesung Einführung in die Vertiefungsgebiete Teil Gebäudesystemtechnik 2

Vorlesung Einführung in die Vertiefungsgebiete Teil: Gebäudesystemtechnik 2. Semester im Bachelorstudiengang Elektrotechnik Prof. Dr. Bernd Aschendorf Fachhochschule Dortmund FB Informations- und Elektrotechnik

Gliederung: 1. Allgemeines 1. Gebäude und Automation als System 2. Vorlesungsübersicht 2. Historie 3. Heutiges Aufgabenspektrum 4. Gebäudeklassifikation 5. Gewerke 6. Netzwerk/Verkabelung/Datenfluß 7. Kostenbetrachtung 8. Gebäudebussysteme 9. Software/Projektierung 10. Projektmanagement 11. Automatisierungspyramide der Gebäudesystemtechnik 12. Technische Gebäudeausrüstung 13. Kommunikationstechnik 14. Automatisierungstechnik 15. Regelungstechnik 16. Hard- und Softwareengineering 17. Energieversorgung 18. Anwendungsmanagement

Leitebene Automationsebene Feldbusebene Automatisierungspyramide

Vorlesungen im Pflichtbereich: • Elektrische Gebäudesystemtechnik (mit Praktikum) • Kommunikationstechnik (mit Praktikum) • Technische Gebäudeausrüstung (mit Praktikum) • Automatisierungstechnik • Regelungstechnik • Hard- und Softwareengineering • Anwendungsmanagement • Energieversorgung • Betriebliche Praxis (Projekt) Vorlesungen im Wahlpflichtbereich: • Gatewaysysteme und Gebäudevisualisisierung • Niedrigenergiehaus • Facility Management • Embedded Systems • Europäischer Installationsbus (EIB) • Anwendungstechnik • Energiewirtschaft • Elektromagnetische Verträglichkeit

Historie

Geschichte • • • • 1876 Weltausstellung Philadelphia, Bell stellt funktionsfähiges Telefon aus 1876 Edison erfindet das Kohlemikrophon 1878 Edison erfindet den Sprechapparat 1879 Edison erfindet die elektrische Glühlampe 1881 Weltausstellung in Paris, Vorstellung der Glühlampe 1882 Inbetriebnahme des New Yorker Elektrizitätswerkes 1887 Lüdenscheider Metallwerke produzieren elektrotechnische Artikel 1892 Firma F. W. Busch produziert Haus-Installationsmaterial 1899 Busch-Exzenterschalter erscheint am Markt 1904 Gründung Firma Kaiser & Spelsberg, Schalksmühle 1904 Gründung Firma Vedder, Schalksmühle 1919 Gründung Firma Berker, Schalksmühle 1931 Gründung Firma Winkhaus, Schalksmühle 1934 Gründung Firma Vedder, Märkische Elektroindustrie, Schalksmühle

Heutiges Aufgabenspektrum

Umfang der „Haus- und Gebäudeautomatisierung“ Braune Ware Weiße Ware Elektro. Hausgeräte EVU´s TV Radio Video Unterhaltungs -elektronik Multimedia PC Internet HKL Alarm Haus- und Gebäudeautomatisierung Facility Management Medical Care Telekommunikation Schalt- u. Installationstechnik Telemetrie Telefon Mobilfunk Sicherheit Schutz Steuerun g Überwachung PC-Netze Schalter Jalousie Licht

Leitebene Automationsebene Feldbusebene Automatisierungspyramide

Berufsbild des: • Planers • Systemintegrators • Gebäudesystem-Ingenieur • Gewerke-Integrators

Was macht der/die Ingenieur(in) ? Berufsperspektiven • • Gebäudesystemtechnik Bauindustrie Gebäudeausrüstung Architekturbüros Ingenieurbüros Planungsbüros Banken/Versicherungen (Bauauftraggeber) Komponentenfertigung

Gebäudeklassifikation

Wohnungsbau (Einfamilien-, Zweifamilienhäuser, Eigentumswohnungen)

Wohnungsbau (Mehrfamilienhäuser, Eigentumswohnungen)

Zweckbau (Altersheim)

Zweckbau mittlerer Größe (Bürohäuser, Hotels, Verwaltungen)

Zweckbau mit großer Größe (Bürohäuser, Hotels, Verwaltungen)

Frankfurter Welle Zweckbau mit großer Größe (Bürohäuser, Hotels, Verwaltungen)

Gewerke

Funktionen des EIB

Gewerkeübergreifende Projektmanagementbetrachtung

Netzwerk/Verkabelung/Datenfluß

Heterogene Netzwerkstruktur (Ring, Baum, Linie) Homogene Netzwerkstruktur (Linie als Backbone)

Kostenbetrachtung

Ausstattungsgrad 3 (3 -Sterne) · Lichtsteuerung Einzelraumsteuerung · Lichtsteuerung mit Zentralfunktion · Außenbeleuchtung über Helligkeitssensor · Jalousiesteuerung Einzelraumsteuerung · Jalousiesteuerung mit Zentralfunktion · Anwesenheitssimulation · Netzfreischaltung im Schlafzimmer Ausstattungsgrad und Komfortanteile

konventionelle Installation Businstallation Kostenbetrachtung

Gebäudebussysteme

Aus-Schaltung Serien-Schaltung Wechsel-Schaltung Kreuz-Schaltung Dimmer. Schaltung

Trennung von Steuerung und Funktion (am Beispiel des EIB)

Übersicht über Gebäudebussysteme (Auswahl) Zentrale Intelligenz Dezentrale Intelligenz SPS (zentral) Verteilte Prozessoren PEHA PHC Siemens LOGO Moeller Easy Siemens Simatic S 5 Siemens Simatic S 7 (200) Siemens Simatic S 7 (300) Phoenix Contact Interbus ISYGLT Insta Funkbus 433 MHz Funkbus 868 MHz Netzbus X-10 Döpke Dupline EIB (twisted pair) EIB (Powerline) EIB (RF) LON LCN homeputer SPS (dezentral) PEHA PHC Siemens Simatic S 7 (300) mit DP Siemens Simatic S 7 (300) mit ASI-Bus Phoenix Contact Interbus ISYGLT

Software/Projektierung

Controllerprogrammierung für EIB-Powerline

PEHA-PHC-Systemsoftware

Aus-Schaltung PEHA-PHC-Systemsoftware: einfachste Programmiermöglichkeit mit Basisprogrammierung

Aus-Schaltung PEHA-PHC-Systemsoftware: erweiterte Programmiermöglichkeit mit Funktionsprogrammierung

EIBA-Tool-Software (ETS) für EIB: Programmierung über Gruppen und Parameter

Power-Project für EIB-Powerline: Programmierung über Gruppen und Parameter auf der Basis von Adressen

Programmierung einer Funktion über die Verbindung von Objekten verschiedener Knoten bei LON

Wechsel. Schaltung Programmierung einer Funktion über die Verbindung von Objekten verschiedener Knoten

Programmierung und Parametrierung eines LCN-Netzwerks (1)

Projektmanagement

1. Grundlagenermittlung 2. Vorplanung 3. Entwurfsplanung 4. Genehmigungsplanung 5. Ausführungsplanung 6. Vorbereiten zur Vergabe 7. Mitwirken bei der Vergabe 8. Objektüberwachung, Bauüberwachung 9. Objektbetreuung und Dokumentation

Planungszuständigkeiten und Schnittstellen Vom Architekten werden für folgende Gewerke Fachplaner hinzugezogen: • Heizung • RLT (Lüftung, Klima, Kälte) • Sanitär • Elektrotechnik • Aufzugs- und Fördertechnik • Sicherheit • Brandmeldeanlagen und Feuerlöschtechnik • Rauch- und Wärmeabzugsanlagen (RWA) und andere

Planungsschritte bei Verwendung inhomogener Kommunikationssysteme (1) In den einzelnen Planungsphasen ist der MSR/GA-Planer wie folgt eingebunden: 1. Grundlagenermittlung: Die Fachplaner sind in dieser Phase selten oder nie eingebunden. 2. Vorplanung: Auf Basis der Vorplanung der haustechnischen Gewerke (Heizung-, Klima-, Sanitärtechnik usw. ) entstehen die ersten Anlagenschemata (skizzenhaft) mit grober Funktionsbeschreibung. Die Hydraulik sollte in Zusammenarbeit mit dem Gewerk Heizungstechnik optimiert werden, ebenso sollten Funktionen der lufttechnischen Anlagen erläutert werden. 3. Entwurfsplanung: Die Anlagenskizzen der Vorplanung werden nach Rücksprache mit den Gewerken optimiert und in Anlagenschemata und Datenpunktlisten gemäß Richtlinie VDI 3814 umgesetzt. Die Erläuterung der Anlagenfunktionen erfolgt in Form einer Anlagenbeschreibung. Mögliche Standorte der Bauelemente mit ersten Leistungsangaben sind als Anlagenübersicht tabellarisch aufgeführt. 4. Genehmigungsplanung: Genehmigungsbedürftige Anlagen werden auf die sicherheitsrelevanten Fragen der Baubehörden abgestimmt, und Sicherheitsfunktionen werden hervorgehoben.

Planungsschritte bei Verwendung inhomogener Kommunikationssysteme (2) 5. Ausführungsplanung: In diesem Abschnitt der Planung werden folgende Schritte durchgeführt: Bearbeiten der Leistungsphasen 3 und 4 durch stufenweise Erarbeitung und Darstellung der Lösung, Überarbeiten der Datenpunktlisten und Anlagenschemata, Erstellen von Trassenplänen und Angabe von Anlagenstandorten und Leistungsdaten. 6. Vorbereitung der Vergabe: Anhand der in Punkt 5 erstellten Unterlagen werden Massen ermittelt und ein Leistungsverzeichnis erstellt. 7. Mitwirken bei der Vergabe: Angebote werden rechnerisch und technisch auf ihren Inhalt überprüft und fehlende Angaben eingefordert. Über- und Untererfüllungen der ausgeschriebenen Technik werden bewertet, um einen objektiven Vorschlag für die Vergabe erstellen zu können.

BCON EIB / LON / LCN

Ausschreibung • Große Bauvorhaben: Separate Ausschreibungen für die jeweiligen Gewerke, wie Heizung-, Klima-, Kälte-, MSR-, Sanitärtechnik etc. , werden durchgeführt. Auch die Leistungen des Systemintegrators werden als Dienstleistung ausgeschrieben und vergeben. • Mittlere Bauvorhaben: Eine einzelfallbezogene Abwägung zwischen den Vorgehensweisen für große und kleinere Bauvorhaben erscheint hier angebracht. • Kleinere Bauvorhaben: Die MSR-Technik wird jeweils den Einzelgewerken und die Systemintegration demjenigen Einzelgewerk mit dem größten Anteil an MSR-Technik zugeordnet.

Standardfunktionen in einem Büro

Objektüberwachung, Bauüberwachung (1) • Gebäude ist in Entstehung begriffen • Detailplanungen an Gebäudeautomationssystemen beginnen • Exaktes Leistungsverzeichnis der Funktionen auf Feldbusebene, Automatisierungsebene und Leitebene • Netzwerkkonzept • Schnittstellendefinition zwischen den einzelnen Ebenen • Stand der Technik beobachten • Innovationsvorschläge bereithalten • Pflichtenheft aus Leistungsverzeichnis ableiten und abstimmen • Spätestens hier: Demonstrationsumgebung vorbereiten • Realisierungspflichtenheft (Detailplanung) ableiten • Beginn der Arbeiten • Grundausbau vorbereiten • Einbau der Geräte (Festlegung der physikalischen Adressen zur Identifikation im Bussystem • Applikationen (angepaßte Firmware in jedes Gerät laden) • Geräte parametrieren • Geräteobjekte (Funktionen) verknüpfen • Lokale Funktionen testen • Übergeordnete Funktionen testen

Objektüberwachung, Bauüberwachung (2) • Mieterausbau vorbereiten • Achs- zu Raumzusammenfassung definieren • Raumzugänge und Raumsteuerung definieren • Geräte parametrieren (andere Mieteranforderungen ? ) • Geräteobjekte (Funktionen) verknüpfen • Lokale Funktionen testen • Übergeordnete Funktionen testen • Sonderfunktionen vorbereiten (erst nach Baufertigstellung) • Funktionen definieren • Funktionen dokumentieren • Funktionen realisieren • Test und Abnahme der Anlage • Einreichen der Datenbanken und Dokumentationen • Überprüfung der lokalen Funktionen • Überprüfung der übergeordneten Funktionen • Überprüfung der Funktionalität der Leitebene

Objektbetreuung und Dokumentation • Bereinigung von Fehlern • Überarbeitung der Dokumentationen • Fertigstellung • Betrieb.

Automatisierungspyramide der Gebäudesystemtechnik

Leitebene Automationsebene Feldbusebene Automatisierungspyramide

Leit. Ebene: Labview/BCON Automationsebene: Labview/BCON Feldbusebene: EIB Automatisierungspyramide eines zentralen Systems

Leit. Ebene: Labview/BCON Automationsebene: Labview/BCON Lokale Miet. Achsen- bereichs. Funktionen funktionen Allgemein. Bebereichsschat. Funktionen tung (Gebäude) (Liegenschaft) Feldbusebene: EIB Wetterstationen Automatisierungspyramide eines zentralen Systems

Leit. Ebene: Labview/BCON g ng un eit er fb itu Lokale Miet. Achsen- bereichs. Funktionen funktionen ere tionen Labview/BCON Au fb Au Zeit. Automationsebene: funkfunk- Allgemein. Bebereichsschat. Funktionen tung (Gebäude) (Liegenschaft) Feldbusebene: EIB Wetterstationen Automatisierungspyramide eines zentralen Systems

Leit. Ebene: Visualisierung Bedienung Störmeldung Labview/BCON g ng un eit er fb itu Lokale Miet. Achsen- bereichs. Funktionen funktionen ere tionen Labview/BCON Au fb Au Zeit. Automationsebene: funkfunk- Allgemein. Bebereichsschat. Funktionen tung (Gebäude) (Liegenschaft) Feldbusebene: EIB Wetterstationen Automatisierungspyramide eines zentralen Systems

Leit. Ebene: Visualisierung Bedienung Störmeldung Labview/BCON g ng un eit er itu Dokumentierte Schnittstelle Lokale Miet. Achsen- bereichs. Funktionen fb ere tionen Labview/BCON Au fb Au Zeit. Automationsebene: funkfunk- Allgemein. Bebereichsschat. Funktionen tung (Gebäude) (Liegenschaft) Feldbusebene: EIB Wetterstationen Automatisierungspyramide eines zentralen Systems

Datenfluß zur Automatisierungsebene und Visualisierung Leit. Ebene: Visualisierung Bedienung Störmeldung Labview/BCON g ng un eit er itu Dokumentierte Schnittstelle Lokale Miet. Achsen- bereichs. Funktionen fb ere tionen Labview/BCON Au fb Au Zeit. Automationsebene: funkfunk- Allgemein. Bebereichsschat. Funktionen tung (Gebäude) (Liegenschaft) Feldbusebene: EIB Wetterstationen Automatisierungspyramide eines zentralen Systems

Datenfluß zur Automatisierungs. Ebene und Visualisierungsebene Leit. Ebene: Visualisierung Bedienung Störmeldung 2. Schnittstelle: OPC: Dokumentierte Schnittstelle EIB-Node <-> OPC Datenpunkt. Aus. Zeitbasierend werfunkfunk 1. Schnittstelle: tung tionen EIB-Node: gruppenadressen. Dokumentierte Schnittstelle EIB <-> EIB-Node basierend Allgemein. Be. Lokale Mietbereichsschat. Achsen- bereichs. Funktionen tung Funktionen funktionen (Gebäude) (Liegenschaft) Active X er ere fb Au Automationsebene: g ng un eit itu EIB-Node (Netzwerk) Feldbusebene: EIB Automatisierungspyramide eines dezentralen Systems Wetterstationen

Technische Gebäudeausrüstung

Kommunikationstechnik

Automatisierungstechnik

Regelungstechnik

Hard- und Softwareengineering

Energieversorgung

Anwendungsmanagement