Batterielose Funktechnik flexibilisiert Gebäude-Architektur

(28.6.2007) Eine intelligente Gebäudeautomation ist der Schlüssel für die wesentliche Reduzierung des Energieverbrauchs in Gebäuden. Der Einsatz von Funk-Tastern und Funk-Sensoren kann dabei zusätzlich für eine deutliche Vereinfachung der Gebäudeverkabelung sorgen. Gleichzeitig eröffnet er auch eine Flexibilisierung der Raumeinteilung, denn bei Änderungen ist keine Neuverkabelung erforderlich. EnOcean liefert hierzu eine Basistechnologie, die vollkommen ohne Batterien arbeitet und damit absolut wartungsfrei betrieben werden kann.

Architekten und Haustechnik-Planer müssten eigentlich Hellseher sein, denn während der Planung von neuen Gebäuden lässt sich die endgültige Nutzung der Immobilie in der Regel noch nicht bis ins letzte Detail fixieren. Nur zu oft wünschen sich Mieter oder Käufer nachträglich Änderungen in der Raumeinteilung - seien es zusätzliche Besprechungsräume bei Gewerbeimmobilien oder die Verschiebung der Wohnzimmertüre in einer Neubauvilla. Auch so einfache Dinge, wie die nachträgliche Änderung eines Türanschlags, die Anbringung zusätzlicher Sonnenschutzmarkisen oder die individualisierte Klimatisierung einzelner Räume sorgen oftmals für nicht unerheblichen zusätzlichen Planungs- und vor allem für entsprechenden Installationsaufwand. In all diesen Fällen muss die Gebäudeverkabelung in der Regel nachträglich abgeändert werden. Dies führt meistens auch zu Verzögerungen in der Bauphase, denn so manches Mal müssen neue Leitungen gezogen oder verlegt werden. Bei konventionellem Mauerwerk müssen dazu frisch verputzte Wände erneut aufgestemmt werden und selbst das nachträgliche Öffnen von Trockenbauwänden ist mit hohem Aufwand verbunden. Anschließend sind dann in der Regel auch noch umfassende Spachtel-, Schleif- und Malerarbeiten erforderlich. Da diese nachträglichen Änderungen meist in keinem Leistungsverzeichnis aufgeführt sind, sondern als Regiearbeiten abgerechnet werden, sind sie auch mit unkalkulierbaren und oft nicht unerheblichen Kosten verbunden.

Dabei wäre es eigentlich so einfach, wenn man von vornherein auf die konventionelle Verkabelung von Lichtschaltern, Jalousientastern und Raumthermostaten gänzlich verzichten könnte. Funktechnologie bietet sich hierzu an, denn die entsprechenden Schalter und Sensoren brauchen nicht fest verkabelt werden, sondern können einfach nach der Fertigstellung der Räumlichkeiten an der gewünschten Stelle montiert werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob der Türanschlag links oder rechts ist und ob sich die Tür nach innen oder außen öffnen lässt. Auch die nachträgliche Installation von zusätzlichen Raumteilern und den für die neu geschaffenen Räume erforderlichen Schaltern ist ohne zusätzliche Neuverkabelung möglich. Dies gilt prinzipiell auch für Besprechungsräume mit Glaswänden, denn entsprechende Sensoren lassen sich durchaus auch auf einer glatten Fläche fixieren. Und schließlich können sogar mobile Trennwände realisiert werden, bei denen dennoch der nötige Schalt- und Regelungskomfort verfügbar bleibt.

Allerdings bringen die meisten am Markt verfügbaren Funksysteme auch Nachteile mit sich. So benötigen Funk-Taster und -Sensoren normalerweise Batterien, die zur Wahrung der Ausfallsicherheit rechtzeitig ausgetauscht werden müssen - bei Gewerbeimmobilien ist dies ein nicht unerheblicher Logistikaufwand. Zudem erfordern Funksensoren durch das notwendige Batteriefach ein gewisses Mindestmaß für die Bautiefe. Und schließlich lassen sich bei vielen Funk-Lösungen auf engem Raum nur wenige Aktoren gleichzeitig betriebssicher einsetzen.

Batterielose Funk-Sensoren von EnOcean

Das Technologie-Unternehmen EnOcean aus Oberhaching bei München entwickelt seit dem Jahr 2001 Funksensormodule, die ihren Strom aus der jeweils lokal verfügbaren Umgebungsenergie gewinnen. Dank einer stromsparenden Elektronik und eines extrem kurzen Funktelegramms konnte EnOcean bereits im Jahr 2003 den ersten Lichtschalter anbieten, der außer dem jeweiligen Tastendruck keine Energiezufuhr benötigt. Das gesendete Funksignal im Frequenzbereich 868 MHz dauert weniger als eine Millisekunde und ist damit rund 100 Mal kürzer, als das Signal eines konventionellen Funktasters. Zur Erhöhung der Übertragungssicherheit wird das Datentelegramm zufallsgesteuert innerhalb von etwa 30 ms noch zweimal wiederholt. Durch diese Grundprinzipien können problemlos Hunderte Funkschalter und Funksensoren auf engstem Raum installiert und parallel betrieben werden, denn statistisch betrachtet kommt es selbst bei 200 Funksensoren, die jede Minute einmal senden, nur bei jeder 10.000sten Übertragung zu einer Datenkollision.

Die Funkmodule von EnOcean sind heute so kompakt und flach gebaut, dass sie sich auch nahtlos in bestehende Schalterprogramme einfügen. So misst der Universal-Schaltereinsatz EnOcean Easyfit samt Einzel- oder Doppel-Tastwippe lediglich 55 x 55 Millimeter und ist dadurch kompatibel zu vielen Rahmenprogrammen von beispielsweise Berker, Gira, Jung und Merten. Je nach Einsatzfall kann der Funktaster auch an einen Schrank oder Türstock geschraubt oder geklebt werden. Selbst bei der Planung von Glastrennwänden braucht der Architekt nicht mehr auf die üblichen Lichtschalter und Jalousientaster neben der Türe oder der Durchgangsöffnung zu verzichten. Beim Schalterdesign besteht ebenfalls ein sehr hoher Freiheitsgrad, denn es gibt auch hochwertige Schalterrahmen aus Glas oder Stein z.B. von PEHA - siehe Beitrag "Easyclick - batterie- und leitungsloses Funksystem von PEHA" vom 3.5.2006.

Raumthermostate, Fensterkontakte und mehr

Neben den batterielosen Funksensoren hat EnOcean auch stromsparende Funkmodule für zahlreiche andere Einsatzfälle entwickelt. Sie gewinnen ihre Energie beispielsweise von einer winzigen Solarzelle mit 13 x 35 Millimeter Fläche oder durch das Betätigen eines Zugseils. Das Einsatzspektrum der von Industrie-Partnern realisierten Lösungen reicht von Raumthermostaten mit Solltemperatur-Einstellung über wartungsfreie Funk-Fensterkontakte bis hin zu Rolltor-Zugschaltern in Autowerkstätten. So sind auch Fenstergriffe von HOPPE mit der EnOcean-Technologie ausgestattet worden - sie beziehen ihre Energie unauffällig durch Drehen am Griff und signalisieren dadurch beispielsweise einer Alarmanlage, dass noch ein Fenster offen steht, oder einer Raum-Klimaanlage, dass sie zur Vermeidung von Energieverschwendung die Heizung oder Klimaanlage abschalten kann (siehe Beitrag "SecuSignal: Wenn der batterielos Fenstergriff funkt" vom 27.3.2006).

Als weiteres Grundprinzip zur Energiegewinnung erschließt EnOcean derzeit die Differenz von Temperaturen. Demnächst wird es beispielsweise Sensoren zur Erfassung und drahtlosen Übermittlung der abgegebenen Heizkörperenergie geben, die ihren Strombedarf durch den Temperaturunterschied zwischen dem Heizkörper und der Umluft abdecken können. Im Feldversuch funktioniert dieses Prinzip bereits bei Temperaturunterschieden von lediglich vier Kelvin - damit könne sekündlich ein Funktelegramm erzeugt werden.

Vom Unterputz-Aktor bis zur intelligenten Gebäudeautomation

EnOcean-Funksensoren haben eine Reichweite von bis zu 300 Metern im Freien oder bis zu 30 Metern durch Wände und Decken innerhalb von Gebäuden. Zum Empfang der EnOcean-Datentelegramme gibt es für Einzelinstallationen 1- oder 2-Kanal-Schaltaktoren oder Beleuchtungs-Dimmer, die in einer konventionellen Schalter-Installationsdose Platz haben. Auch kompakte Jalousie-Aktoren zur Direktmontage beim jeweiligen Antrieb sind lieferbar. Zudem wurden Empfangsmodule entwickelt, die beispielsweise in einem Mehrfach-Aktor zur Hutschienen-Montage oder in einer Automatisierungslösung zum Einsatz kommen. Im Bereich der flexiblen Gebäudeautomatisierung findet sich die EnOcean-Technologie unter anderem bei Lösungen von ABB Gebäudetechnik, Beckhoff, Siemens, Thermokon, Wago und Wieland. Für besondere Einsatzfälle hat EnOcean auch bidirektional arbeitende Empfangsmodule entwickelt. Sie dienen wahlweise zur Erhöhung der Funkreichweite in größeren Gebäuden oder der Rückmeldung von Schaltaktivitäten in sicherheitsrelevanten Anwendungen.

Nichts ist mehr undenkbar, denn die batterielosen Sensoren haben sich mittlerweile auf breiter Front etabliert. Architekten und Gebäudeplaner können ihrer Kreativität dank der Funktechnik freien Lauf lassen. Aqualisa bietet beispielsweise zur Modernisierung von Gebäuden in Regionen mit antiquiertem Wasserleitungsnetz eine Funkfernbedienung für Duschen. Diese digitalgesteuerten "Powershower"-Systeme aktivieren erst bei tatsächlichem Wasserbedarf im Badezimmer eine entsprechende lokale Pumpe zur Erhöhung des Wasserdrucks. Für mehr Flexibilität im Gebäude sorgen die batterielosen Handsender von Omnio - sie eignen sich zur Fernsteuerung von elektrischen Sonnenschutzmarkisen auf der Terrasse ebenso, wie zur Steuerung von Medienräumen und zur Garagentorsteuerung aus dem Auto. Die Firma Funkstuhl hatte schließlich sogar einen Bürostuhl mit integriertem Präsenzmelder entwickelt, der in Arbeitsplatz-Steuerungssysteme integriert werden kann.