Smart Buildings: So funktionieren smarte Gebäude

• Was sind Smart Buildings?
• Smart Buildings und Smart Homes: Gemeinsamkeiten und Unterschiede
• Smart Buildings und das IoT: Für ein effizientes Gebäudemanagement
• Vorteile von Smart Buildings
• Herausforderungen im Smart-Buildings-Umfeld
• Building-Information-Modelling: Smart schon in der Entstehung
• Intelligente Konnektivität auch in Bestandsimmobilien
• Smartes Bürogebäude: Der Cube Berlin
• Smart Buildings in Smart Cities: Potenzial für viele Bereiche
• Die ersten Schritte in Richtung Smart Building

In der Immobilienbranche wächst das Interesse an Automatisierungs- und Regeltechnik: In sogenannten Smart Buildings sind Energieversorgung, Verbrauchs- und Klimasteuerung vernetzt. Was Smart Buildings sind und wie sie funktionieren, erfahren Sie in diesem Beitrag.

In den vergangenen Jahren hat das Internet of Things (IoT) immer mehr an Bedeutung gewonnen. Schon länger lassen sich neben Küchen- oder Klimageräten auch ganze Büroanlagen intelligent untereinander vernetzen. Immer häufiger erfolgt außerdem die Kommunikation zwischen Geräten nicht mehr nur innerhalb eines lokalen Netzes, sondern auch über das öffentliche Internet.

Gerade bei der Verwaltung ganzer Gebäudekomplexe spielt IoT-Technik eine immer größere Rolle – auch vor dem Hintergrund nachhaltiger Bauweise und der Energieeinsparziele. So werden inzwischen ganze Bürogebäude oder gar Technologieparks als Smart Buildings mit moderner IoT-Technik automatisiert, die unter anderem eine schlaue Steuerung von Klima- und Beleuchtungstechnik erlaubt. Bis zum Jahr 2026 wird der globale Markt für intelligente Gebäudetechnik 230 Milliarden US-Dollar erreichen, schätzen Experten. Steigende Energiepreise und Förderprogramme für intelligente Infrastruktur treiben das Wachstum zusätzlich voran.

 

Was sind Smart Buildings?

Smart Buildings sind in erster Linie Funktionsgebäude wie beispielsweise Büros, Fabriken, Hotels, Einkaufszentren und Flughäfen, aber auch Wohnanlagen, deren Nutzwert durch digitale Vernetzung und Automation gesteigert wird. Vernetzung kann den Energieverbrauch reduzieren sowie Komfort, Nutzwert und Sicherheit im Gebäude erhöhen.

Die digitale Vernetzung eines Einfamilienhauses oder einer einzelnen Wohnung wird im Unterschied hierzu meist mit dem Begriff Smart Home beschrieben.

Smart Buildings – ganze Gebäude vernetzt und automatisiert

Bei Smart Buildings steht oft die Nachhaltigkeit im Fokus: Bereits bei der Planung wird Wert auf einen möglichst geringen Energieverbrauch gelegt. Dabei spielt neben den verbauten Baustoffen die entsprechende Vernetzung der Haustechnik eine entscheidende Rolle. Sensoren und Aktoren, die innerhalb des Büro- oder Wohnkomplexes verteilt sind, machen das Gebäude smart. Die Sensoren sind per IoT-Technik untereinander vernetzt.

Bewegungs- oder Wärmemelder erkennen beispielsweise zu jeder Tages- und Nachtzeit, ob jemand sich im Hausflur oder Büro befindet. Die Hauselektronik schaltet das Licht entsprechend und je nach Außenhelligkeit an oder aus. Auch die Klima- und Elektrotechnik in Smart Buildings wird gezielt auf das tatsächliche Raumnutzungsverhalten der Nutzer:innen abgestimmt. Anhand des Wetterberichtes und mithilfe von Wettersensoren an der Außenhülle plant das Smart Building schon im Voraus, wann und wie es Verschattungseinrichtungen, Belüftung, Klimaanlage und Heizung optimal aufeinander abstimmt und ein angenehmes Raumklima schafft. Dadurch werden Energie und somit Kosten gespart.

Nullenergie und CO₂-Neutralität in Smart Buildings

Viele Smart Buildings erzeugen selbst Strom, beispielsweise durch Photovoltaikanlagen auf dem Dach. Dank dieser sogenannten On-site-Stromerzeugung werden etwa Elektroautos aus dem Firmenfuhrpark mit umweltfreundlichem Strom geladen. Wenn Smart Buildings genauso viel Strom produzieren wie sie verbrauchen, bezeichnen Expert:innen sie als Nullenergiehäuser. Sie können zum Beispiel dazu beitragen, dass Firmen ihre Büros und Produktionsanlagen CO₂-neutral betreiben.

 

 

Smart Buildings und Smart Homes: Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Auf den ersten Blick geht es sowohl bei intelligenten Gebäuden (Smart Buildings) als auch im intelligenten Zuhause (Smart Home) vor allem um eines: das sinnvolle Zusammenspiel von Sensoren und Schaltern oder Regelungstechnik. Ziel ist es in beiden Fällen, die Effizienz und den Komfort zu verbessern. Doch es gibt auch Unterschiede:

Smart Home: Mehr Komfort und Effizienz für einen bestimmten Bereich und für Privatanwender:innen

Mit dem Begriff Smart Home ist meist ein bestimmter, räumlich abgetrennter Bereich innerhalb eines Gebäudes gemeint, in dem Menschen leben – üblicherweise also eine Wohnung oder ein Wohngebäude. Die Automatisierung endet meist dort, wo die Wohnung mit dem Haus „verbunden” ist, also am Stromzähler, im Bereich der Heizungsthermostate, an der Wohnungstür oder am Internetrouter. Im Wesentlichen geht es hier um mehr Komfort beispielsweise durch eine automatische Heizungsregelung, intelligente Beleuchtung oder Sicherheits- und Kontrollsysteme. Die Smart-Home-Komponenten sind normalerweise beliebig austauschbar und umfassen auch Sprachassistenten wie Alexa, Google Assistant und Co. Smart Home meint also die Vernetzung intelligenter Geräte im privaten Umfeld.

Smarte Geräte gibt es inzwischen in vielen privaten Haushalten: Lampen, die sich per App oder Sprachkommando ein- und ausschalten lassen, ferngesteuerte Waschmaschinen und Heizungsthermostate gehören zur Grundausstattung des modernen Smart Home.

Doch das allein macht aus einer Immobilie noch kein Smart Building, denn hier steht das energieeffiziente Wirtschaften auf Basis ganzheitlicher, digitaler Lösungen im Vordergrund. Welche das sein können, erfahren Sie im folgenden Abschnitt.

Smart Buildings: Effizientes Zusammenspiel sämtlicher Komponenten eines Gebäudes und darüber hinaus

Der Begriff „Smart Buildings” meint die Digitalisierung und intelligente Automatisierung ganzer Gebäude und Gebäudekomplexe, vor allem im kommerziellen Umfeld. Auch hier stehen der Komfort der Bewohner:innen, Angestellten und das Thema Energieeffizienz im Fokus. Jedoch erstreckt sich die Vernetzung meist viel weiter, als dies im Smart Home üblicherweise der Fall ist. Einen Grenzfall stellen private (Mehrfamilien-)Wohnhäuser dar:

Werden diese mit einer Vielzahl von smarten Komponenten ausgestattet und anschließend vermietet, kann man ebenfalls von einem Smart Building sprechen. Jedoch bietet ein echtes Smart Building normalerweise auch Schnittstellen zu anderen Gebäuden, zum Energieversorger oder seiner Peripherie.

Das Smart Building ist somit einer der Eckpfeiler einer echten Smart City, in der alles miteinander vernetzt ist.

 

 

Smart Buildings und das IoT: Für ein effizientes Gebäudemanagement

Die Steuerung und Verwaltung von großen Gebäuden ist in den vergangenen Jahrzehnten immer aufwendiger geworden. Beispielsweise werden in heutigen Bauauflagen hohe Ansprüche an eine energiesparende Bauweise gestellt. Diese zu erfüllen, setzt eine moderne Steuerung von Klima- und Energieverwaltung voraus. Wie aus einer Studie der Technologiestiftung Berlin hervorgeht, lässt sich durch die Vernetzung im IoT eine möglichst umweltfreundliche Energieverwaltung leichter erreichen – vor allem durch Automatisierung und zentrale Steuerungsoptionen. So liegt etwa das Einsparungspotenzial durch Digitalisierung und Automatisierung der Heizungsanlagen laut dieser Studie bei bis zu 26 Prozent.

Moderne Sensortechnik ist heute kostengünstig in vielen Geräten realisierbar und kann dank Narrowband IoT einfach zur flächendeckenden Vernetzung auch in schwierigen Umgebungen wie beispielsweise Kellerbereichen eingesetzt werden. So können in einem Smart Building die Aufzüge einen Fehlerstatus melden, Parkscheinautomaten den Bedarf nach Wechselgeld oder die Tiefgarage eine volle Belegung anzeigen. Die Vernetzung kann alle möglichen Systeme einschließen, darunter die Beleuchtung, den Hausnotruf, Zugangskontrollen und die Klimatisierung.

Die Steuerung kann zentral von Menschen überwacht und beeinflusst werden oder anhand intelligenter Algorithmen automatisiert ablaufen: Je nach Tageszeit, Wetter und Anzahl der anwesenden Mitarbeiter:innen werden zum Beispiel die Beleuchtung, Belüftung und Raumtemperatur im Büro angepasst. So sorgt ein optimiertes Arbeitsklima für mehr Produktivität.

Zeitgleich erfasst das Smart Building via IoT-Sensorik kontinuierlich seine eigenen technischen Daten und visualisiert diese über eine webbasierte Oberfläche.  Dadurch sind Energieverbrauch und Nutzungszeiten sowie eventuelle Störungen und nötige Wartungsarbeiten für einzelne Gebäudekomponenten jederzeit einsehbar. Das erhöht nicht nur die Sicherheit, sondern kann auch zusätzliche Kosten durch mögliche Ausfälle verhindern. Welche Vorteile Smart Buildings (noch) haben, erfahren Sie im folgenden Abschnitt.

 

 

Vorteile von Smart Buildings

Vorteile der Gebäudeautomation bestehen unter anderem in einer optimierten Energieeffizienz und somit sinkenden Energiekosten sowie einem reduzierten CO₂-Ausstoß. Neben erhöhtem Komfort und gesteigerter Effizienz durch vorausschauende Wartung wird auch die Sicherheit entscheidend erhöht.

Klimaneutralität: Expert:innen sehen in intelligenten Gebäuden ein Schlüsselelement zum Erreichen der Energiewende. Das Ziel der Bundesregierung, bis zum Jahr 2050 den Energiegebedarf des existierenden Gebäudebestands um bis zu 80 Prozent zu senken, kann mithilfe modernster IoT-Technik erreicht werden. Um smarte Gebäude etwa in ein intelligentes Stromnetz (Smart Grid) einzubinden, bedarf es einer zuverlässigen Sensortechnik.

Predictive Maintenance: Mithilfe der IoT-Sensorik können Ausfallzeiten vermieden werden. Das steigert zum einen die Kundenzufriedenheit und senkt zum anderen die Kosten, die sonst durch Ausfallzeiten entstehen würden.

Herausforderungen im Smart-Buildings-Umfeld

Wo Funktionen automatisiert und Gebäude umfassend vernetzt werden, steigt wie in anderen Bereichen auch die Gefahr von Cyberangriffen durch Kriminelle. In der Vergangenheit wurden in Räumlichkeiten vor allem Fenster und Türen gegen Einbruch abgesichert, zum Teil unterstützt durch Überwachungskameras. Heute jedoch sind Beutezüge oft digital. Daher empfehlen Expert:innen, IoT-Anlagen in Gebäuden von Anfang an gut zu sichern. Darüber hinaus fallen bei Smart Buildings zusätzliche Anschaffungskosten für die Technik an, wodurch die in Deutschland ohnehin hohen Baukosten weiter ansteigen. Nicht zuletzt muss beachtet werden, dass bei einem komplexen Smart Building qualifiziertes Personal für die Steuerung und Wartung der Gebäudetechnik benötigt wird.

Die Herausforderungen im Überblick

• Sicherheit: Schutzmaßnahmen gegen Cyberkriminalität müssen alle Systeme umfassen, also nicht nur Gebäudeautomation, technisches Gebäudemanagement, Büroarbeitsplätze und Datenträgerarchive, sondern zum Beispiel auch die Besprechungs-, Veranstaltungs- und Schulungsräume.
• Integration: In intelligenten Gebäuden kommen viele verschiedene vernetzte Geräte und Systeme zum Einsatz. Diese müssen miteinander kommunizieren müssen, um effektiv zu funktionieren. Dabei kann die Interoperabilität oder auch Konnektivität eine Herausforderung sein, insbesondere, wenn es um Systeme verschiedener Hersteller geht.
• Kosten: Die Installation von Smart Building-Systemen erfordert oft erhebliche Investitionen, vor allem bei älteren Gebäuden, die umgerüstet werden müssen. Es gilt, die Kosten für die Installation und Wartung von Smart Building-Systemen sorgfältig abzuwägen. Ältere, ursprünglich als Offline-Variante geplante Elemente in Gebäuden, die erst im Nachhinein vernetzt wurden, sind mit besonderer Sensibilität zu betrachten. Doch auch in älteren Gebäuden lassen sich mögliche Lücken im digitalen Sicherheitssystem schließen.
• Nutzerakzeptanz: Die Einführung von Smart Building-Systemen erfordert möglicherweise eine Änderung des Verhaltens und der Gewohnheiten der Nutzer, etwa in Bezug auf die Steuerung von Beleuchtung, Heizung oder Verriegelung. Daher ist es wichtig, die späteren Nutzer:innen in den Entwicklungsprozess einzubeziehen und sicherzustellen, dass sie die Vorteile von Smart Building-Systemen verstehen und akzeptieren.

Es gibt heute viele Möglichkeiten, um Smart Buildings gut gegen Cyberkriminalität abzusichern. Dazu gehören beispielsweise regelmäßige Softwareupdates, die Vergabe sicherer Passwörter und das Kodieren von Daten, um den Zugriff durch Dritte auszuschließen. Generell sollte zu einem Smart Building die Implementierung eines Systems für die kontinuierliche und systematische Erfassung und Bewertung von Auffälligkeiten gehören. Eine entscheidende Schutzmaßnahme ist zudem die Mitarbeitersensibilisierung. Die Anwendungen für Fernwartungen sollten so gestaltet sein, dass diese nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Anwenders ausgeführt werden können. Ein unzureichender Schutz intelligenter Gebäude kann zu Problemen wie Unterbrechung der Stromversorgung, Ausfall der Belüftung (z.B. in Operationssälen), Unterbrechung von Alarmsystemen oder Fremdsteuerung von Aufzugsanlagen führen.

 

 

Building-Information-Modelling: Smart schon in der Entstehung

Wie können smarte Gebäudetechnik und die Wirkungskraft intelligenter Sensortechnik bereits in der Planung berücksichtigt werden? Das sogenannte Building-Information-Modeling (BIM und zu Deutsch in etwa: Gebäude-Informations-Modell) ist ein zentrales digitales Element der modernen Baubranche. Dieser Modellierungsansatz dient mithilfe passender Software als digitales Projektmanagement-Tool und bildet sämtliche Aspekte von Bauprojekten aller Art ab.

 

Der herkömmliche Weg ohne BIM

Noch bis vor einigen Jahren geschah fast die gesamte Gebäudeplanung mehr oder weniger händisch und mithilfe von jeder Menge Papierzeichnungen. Diese ließen oft viel Raum für Interpretationen, Missverständnisse und Fehler – was bei größeren Bauvorhaben enorm kostspielig sein kann: Der vorgegebene Zeit- und Kostenrahmen gerät durch Planungs- und Ausführungsfehler schnell in Gefahr. Das wiegt mögliche Investitionen in geeignete Planungssoftware schnell auf.

Bei der herkömmlichen Bauplanung greifen alle Projektbeteiligten auf ein und dieselbe Datenquelle zu und bekommen die für sie relevanten Informationen – egal ob Planer:in, Architekt:in, Ingenieur:in, Genehmigungsbehörde, Baufirma oder (Anlagen-)Betreiber:in.

Für eine umfangreiche Einbindung smarter Technik in ein Gebäude bedarf es jedoch einer wesentlich detaillierteren Vorausplanung. Alle am Bau beteiligten Personen brauchen Zugriff auf sämtliche Daten. Bei der Planung einer smarten Energiesteuerung benötigen beispielsweise die Programmierer:innen auch Zugriff auf Raumplanungsdaten: An welcher Stelle in welchem Zimmer muss welcher Sensor installiert werden? Welche Steuerungsanlagen sollen durch schlaue Sensorik mit Daten versorgt werden? Mit einem digitalen BIM kann beispielsweise der Wirkungsgrad einer Abdeckung mit Sensoren in einem 3D-Modell visualisiert werden.

 

Der digitale Weg mit BIM

Mit Gebäude-Informations-Modellen lassen sich gleich mehrere sonst zeit- und kostenintensive Prozessanteile digitalisieren, das bringt viele Vorteile:

• Die virtuelle Modelldarstellung eines realen Gebäudes („Digital Twin”) vereinfacht die Bauplanung von Anfang an.
• Der Informationsaustausch aller Beteiligten findet in einem einzigen, offenen Format statt.
• Alle Akteur:innen befinden sich auf dem gleichen Informationsstand. Dies ermöglicht eine effiziente und fehlerfreie Zusammenarbeit.
• Der aktuelle Baustatus ist durch stetige Synchronisation der Software jederzeit einsehbar und nachvollziehbar.
• Die öffentliche Akzeptanz von Hightech-Gebäuden steigt durch Einhaltung von Terminzusagen und Kostenrahmen. Es entstehen keine ausufernden Mehrkosten für Bauprojekte.
• Auch nach Beendigung des Bauprozesses erfolgt eine kontinuierliche Datenaufbereitung und -analyse.

 

Intelligente Konnektivität auch in Bestandsimmobilien

Eine Modernisierung mit überschaubarem Aufwand genügt häufig, um auch ältere Gebäude fit für das digitale Zeitalter zu machen. Schließlich ist beispielsweise mit der Koaxialleitung für digitales Kabel-TV und High-Speed-Internet bereits eine wichtige Grundvoraussetzung geschaffen. Sie lässt sich über moderne Verteilerkästen einfach mit dem Glasfasernetz verbinden. Damit sind Downloads mit bis zu 1.000 Megabit pro Sekunde möglich. Smart-Home-Anwendungen, Telefon, Fernsehen, Internet – alles gleichzeitig verwenden: Mit hohen Bandbreiten ist das selbstverständlich und ohne merkliche Verzögerungen möglich.

Mit dieser hybriden COAX-Glasfaser-Technologie können auch bestehende Immobilien zum echten Smart Building aufgerüstet werden. Viele Vorgänge lassen sich so automatisieren und über das Internet der Dinge erledigen. Meist genügt es, wenn das Glasfaserkabel im Verteilerkasten an der Straße (Fibre-to-the-curb, FTTC) oder im Keller (Fibre-to-the-building, FTTB) liegt. Ein Austausch der Hausleitungen ist in vielen Fällen nicht nötig. Wer aber ohnehin modernisieren will, sollte die Gelegenheit nutzen und die Glasfaserleitungen bis in die Wohneinheiten (Fibre-to-the-home, FTTH) verlängern.

Denn: Die COAX-Glasfaser-Technologie bleibt mit dem Übertragungsstandard DOCSIS lange zukunftsfähig. Diese leistungsstarke Konnektivität ist die Grundlage, auf der Sie und/oder Ihr Unternehmen Ihre Bestandsimmobilien mit intelligenter Sensorik und Steuerung modernisieren.

 

 

Smartes Bürogebäude: Der Cube Berlin

Mit dem Cube Berlin wurde Anfang 2020 ein anschauliches Beispiel für die Umsetzung des Smart-Building-Konzepts fertiggestellt. Das mit einer futuristischen Glasfassade versehene Bürogebäude steht am Berliner Hauptbahnhof und verbirgt in seinem Inneren rund 3.750 Sensoren, 750 Bluetooth-Sender und 140 Mobilfunkantennen. Die Menschen, die in dem Gebäude arbeiten, erledigen vieles via App, zum Beispiel die Mittagsbestellung in der Kantine. Außerdem können sie Licht und Temperatur am Arbeitsplatz über die App steuern.

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Flemming Pinck ist Gründer des Modelabels Inferno Ragazzi und Erfinder des smarten Spiegels Swan Mirror. Mit diesem Produkt wollen er und sein Team die Beauty-Branche erobern. Bisher haben sie bereits Sponsoren wie ABOUT-YOU-Gründer Tarek Müller und OMR von ihrer Idee überzeugt. Aber wie soll der schlaue Spiegel die Nutzer:innen begeistern und welche Features verstecken sich in dieser Erfindung? Antworten auf diese Fragen erhalten Sie in diesem Podcast mit Christoph Burseg.

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Smart Buildings in Smart Cities: Potenzial für viele Bereiche

Das Thema Smart Buildings bietet Potenzial für ganz verschiedene Branchen. Im Gesundheits- und Pflegebereich beispielsweise könnten Assistenzsysteme die Sicherheit für ältere und pflegebedürftige Menschen erhöhen – etwa durch sensorische Fußböden mit integriertem Notrufsystem: Stürzt jemand und bewegt sich danach nicht mehr, wird ein Alarm aktiviert.

In der Immobilien- und Energiebranche vereinfachen vernetzte Wasser-, Gas- und Stromzähler die Ablesung von Zählerständen und sparen Personalkosten. Zudem können Auffälligkeiten schnell identifiziert werden, sodass beispielsweise Gaslecks oder Wasserschäden umgehend repariert oder bereits im Vorfeld verhindert werden können.

Im öffentlichen Sektor kommen intelligente Sensoren nicht nur in Gebäuden zum Einsatz, sondern beispielsweise auch in Mülltonnen: So kann die öffentliche Müllabfuhr ihre Routen automatisch optimieren und nur dort leeren, wo wirklich Bedarf ist. Viele Großstädte nutzen smarte Technologien bereits, um den Bürgerservice und die Lebensqualität zu verbessern. Dazu dienen unter anderem vernetzte Verkehrsanlagen und Parkhäuser, intelligente Wetterstationen, Straßenlaternen und Automaten.

 

Die ersten Schritte in Richtung Smart Building

Marktforscher schätzen, dass im Jahr 2022 bereits rund 483 Millionen Geräte smart vernetzt waren. Wenn auch Sie Ihre Unternehmensimmobilien durch moderne IoT-Technik zukunftsfähig machen wollen, empfehlen wir folgendes Vorgehen: Definieren Sie mithilfe von Expert:innen genau, welche Ziele Sie verfolgen, um daraus abzuleiten, welche Bereiche Ihres Büro- oder Fabrikgebäudes Sie mit smarter Technik ausstatten wollen. Darüber hinaus ist es wichtig, dass Sie den Zustand der Kabeltechnik in Ihrer Bestandsimmobilie überprüfen: Verfügt das Gebäude bereits über moderne Glasfaserleitungen? Die Expert:innen von Vodafone helfen Ihnen gerne dabei, Ihre Immobilien mit intelligenter Sensorik und Steuerungstechnik zu modernisieren.

 

Wie stehen Sie zu smarten, vernetzten Gebäuden? Sind Ihre Immobilien bereits voll vernetzt? Hinterlassen Sie uns einen Kommentar.