Stadt Aachen Gebäudemanagement

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Gebäudeautomation

Gebäudeautomation

Prozessor-gesteuertes System für Steuer- und Regelaufgaben von techn. Anlagen in Gebäuden

Definition:
Als Gebäudeautomation bezeichnet man die Gesamtheit von Steuer-, Regel-, Überwachungs- und Optimierungseinrichtungen in Gebäuden.

Gebäudeautomation im Gebäudemanagement der Stadt Aachen:
Angesichts der steigenden Anforderungen an die Gebäudetechnik in ökologischer und ökonomischer Hinsicht ist zur betrieblichen und organisatorischen Aufgabenbewältigung der Einsatz einer Gebäudeautomation zwischenzeitlich unverzichtbar geworden. Bereits seit Mitte der 80er Jahre wird ein Gebäudeautomationssystem im Gebäudemanagement der Stadt Aachen kontinuierlich ausgebaut und betrieben. Durch die nutzerorientierte Anwendung entstand somit ein homogenes System, das sich durch eine einheitliche Bedienung und hohe Betriebs- und Datensicherheit auszeichnet.

Ohne dass der bisherige Komfortstandard in den städtischen Gebäuden gemindert werden musste, konnte durch die Initiative des Gebäudemanagements der Stadt Aachen im Bereich der Gebäudeautomation in den letzten Jahren ein wesentlicher Beitrag zur Energieeinsparung geleistet werden.

Aufbau der Gebäudeautomation der Stadt Aachen:
Für jedes Gebäude, von Turnhallen bis hin zu Verwaltungsgebäuden, gilt es das individuelle Nutzerverhalten zu berücksichtigen. Mittels der Gebäudeautomation können die betriebstechnischen Einrichtungen, wie z.B. Heizungs- oder Lüftungsanlagen in den städtischen Gebäuden, individuell auf den Nutzer abgestimmt, geregelt, gesteuert und überwacht werden.

Aufbau klein

Die eigentliche Steuerung des Gebäudes erfolgt hierbei durch die im Gebäude verteilten Unterstationen, die direkt die Steuerungs- und Regelungsaufgaben im Bereich der Heizungs-, Lüftungs- und Lichtsteuerungen übernehmen. Solche Systeme, die die komplette Steuerung und Regelungen von technischen Anlagen in Gebäuden übernehmen werden als DDC-Systeme (Direct-Digital-Controlled) bezeichnet.

Ablauf

Als Richtgröße in der Gebäudeautomation dient der Datenpunkt. Ein Datenpunkt ist z.B. ein Temperaturfühler oder ein Energiezählwert. Waren es 1987 noch 487 Datenpunkte so lag der Stand 2014 bei 27.653 Datenpunkten.  

diagramm

Jeder wichtige Datenpunkt wird in der Gebäudeautomation erfasst, überprüft und transparent dargestellt. Die Visualisierung der technischen Vorgänge innerhalb eines Gebäudes erfolgt über die Gebäudeleittechnik.

Die Erfassung der Daten kann in drei Hauptebenen gegliedert werden:

• Unterstation in den betriebstechnischen Anlagen
• Systemverbundrechner 
• Zentralrechner der Gebäudeautomation

Die einzelnen Komponenten des Systems sind über das öffentliche Fernsprechnetz durch Selbstwählmodem und/oder über ein internes EDV-Netzwerk miteinander verbunden.

Auf die drei genannten Hauptebenen ergibt sich folgende Verteilung der Systemfunktionalität:

Unterstationen in den betriebstechnischen Anlagen (BTA)
Die Rechner in den Unterstationen der BTA regeln, steuern und überwachen die betriebstechnischen Einrichtungen von Gebäuden. Dieses wird durch den Anschluss von unterschiedlichen Prozessmodulen über einen Prozessbus realisiert.

Systemverbundrechner
Der Einsatz von einem Systemverbund wird durch den Umfang der technischen Ausrüstung eines Gebäudes und der daraus resultierenden Anzahl der Unterstationen bestimmt, da die Aufschaltung von Kleinrechnern über eine Ringleitung begrenzt ist. Zurzeit besteht bei der Stadt Aachen ein Systemverbund aus vier Systemverbundrechnern. Der Vorteil des Systemverbundes besteht in der Aufteilung der Systemressourcen. Alle Datenpunkte und Farbbilder innerhalb eines Systemverbundes werden nur auf dem zugehörigen Hauptrechner und nicht wie bei den Subsystemen, auf dem Zentralrechner der Gebäudeautomation im Gebäudemanagement abgelegt. Dies schont Systemressourcen im Zentralrechner und führt zu einer besseren Performance.

Zentralrechner der Gebäudeautomation
Der Hauptrechner steht im Gebäudemanagement der Stadtverwaltung Aachen als Zentraleinheit für das Gebäudeautomationssystem. Dieser Rechner ist das Kernstück des Gebäudeautomationssystems und verknüpft alle Systemverbundrechner und die Subsysteme. Im Wesentlichen werden dadurch folgende Aufgabenbereiche abgedeckt:

• Herstellen und Überwachen der Daten(fern)-übertragung
• Erfassen, Verarbeiten und Weiterleiten aller im System auftretenden externen und internen Störungen und deren Speicherung in einer Datenbank
• Verwaltung aller Datenpunkte, Parameter und Farbbilder im System
• Erfassung und langfristige Speicherung betriebsrelevanter Daten
• Steuerung von periodisch wiederkehrenden Aktionen (Zeitschaltkatalog)
• Zentralisierung der systemadministrativen Aufgaben
• Optimierung der betriebstechnischen Anlagen
• Pflege und Nachführung der Softwareprozeduren für Standardfunktionen
• Analysen und Protokollieren von Anlagenbetriebszuständen
• Auswertung der gewonnenen Erkenntnisse zur Funktions-, Betriebs- und Energieoptimierung

Nur der Einsatz eines zentralen Rechners in der Gebäudetechnik ermöglicht die vorbeschriebenen Aufgaben, wie Überwachung und Bedienung komplexer Anlagen, durchzuführen. Durch den Anschluss eines Selbstwählmodems kann der Aufstellungsort unabhängig von den einzelnen Systemkomponenten gewählt werden. Das Gleiche gilt auch für die Bedienung des Rechners, der über Notebook mit Modem von jedem beliebigen Telefonanschluss erfolgen kann, wenn der Benutzer dazu autorisiert ist.

Die Funktionalität der Bedienung unterliegt dabei unter Verwendung einer stabilen Telefonverbindung keinerlei Einschränkungen. Erst der Einsatz eines digitalen DDC-Regel- und Steuerungssystems machte es überhaupt möglich, ein energetisch optimiertes Regelkonzept, wie beschrieben, zu realisieren.

Prozessbildbetrachtung - Spiegelbild der Anlage vor Ort
Ein wesentlicher Vorteil in der Gebäudeautomation ist die Darstellung der Anlage vor Ort. Mittels einer schematischen  Aufbereitung durch ein farbiges Anlagenbild wird dem Nutzer die notwendige Transparenz gegeben, seine betriebstechnischen Anlagen energetisch sparsam und wirtschaftlich zu betreiben.

Diese Anlagenbilder ermöglichen den Überblick über komplexe Prozesszusammenhänge in räumlich getrennten Anlagen und geben Auskunft über betriebsrelevante Prozessdaten sowie Regel- und Verbrauchsgrößen. Alle Dateninformationen, die per Online-Verbindung zwischen der Leitwarte und den Unterstationen auf dem Prozessbild angezeigt werden, sind aktuelle Betriebszustände, die somit den Betreiber jederzeit in die Lage versetzen, Auskunft über den ordnungsgemäßen Betrieb seiner Anlagentechnik zu bekommen.

 AL

Erfasste Daten des Übertragungsprozesses

Die Prozessabbildung gibt Auskunft über Größe und Umfang der jeweiligen technischen Anlage. Alle Anlageninformationen, die für den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage notwendig sind, können direkt eingesehen werden. Die wichtigen betriebsrelevanten Prozessdaten werden im direkten Zusammenhang dargestellt.

Somit ist eine ökologische und ökonomische Betriebsführung der technischen Anlagen in den städtischen Gebäuden der Stadt Aachen möglich.

Weitere Informationen finden Sie hier >> Energiebericht des Gebäudemanagements der Stadt Aachen