300 000 Datenpunkte für Betrieb, Sicherheit, Wohlbefinden und Energieeffizienz

Die Gebäudeautomation steuert wesentliche Aspekte der Haustechnik wie Heizung, Lüftung oder Beleuchtung mit dem Ziel, den energieeffizienten und sicheren Betrieb von Geräten und Systemen sicherzustellen und gleichzeitig das Raumklima zu optimieren. Da viele Steuerungsbefehle automatisiert ablaufen bzw. in Regelkreisen programmiert sind, spricht man von Gebäudeautomation.

Die gleichnamige Sektion betreut mit elf Mitarbeitenden zum Ersten das Gebäudeleitsystem der ETH – mit rund 30 Servern, über 4000 Automatisierungsstationen und mehr als 300 000 Datenpunkten eines der grössten dieser Art in der Schweiz – und zum Zweiten die Entwicklung und Implementierung von intelligenten Gebäudelösungen.

Feldebene: Steuerbare Geräte und Sensoren

Im Fachjargon unterscheidet man bei der Gebäudeautomation drei Ebenen. Die Feldebene umfasst die Steuerung einer Vielzahl von Geräten, so etwa Ventilatoren, Lüftungsklappen, Heizungsregler, Klimaanlagen, Beleuchtungen oder Jalousien. Hinzu kommen Sensoren, die Temperatur, Licht oder die Luftqualität messen und entsprechende Daten liefern.

Alle diese Geräte und Sensoren sind über ein Kommunikationssystem miteinander verbunden. An der ETH Zürich werden so mehrere hunderttausend Datenpunkte überwacht, Tendenz stark steigend. Denn mit zunehmender Komplexität der Gebäude steigt die Anzahl Datenpunkte im Verhältnis zur Geschossfläche. Ein Datenpunkt entspricht dabei einer Information – etwa: Temperatur im Raum X – oder einem Steuerungsbefehl, z.B.: Jalousien Fassade Süd schliessen.

Automatisierungsebene: Dezentrale Kommandostationen

Auf einer zweiten Ebene befinden sich die Automationsstationen. Bei der ETH Zürich gibt es verteilt über alle Gebäude über 4000 davon. Hier laufen die Signale zusammen, sie werden verarbeitet und es werden bei Bedarf Steuerungsbefehle in das System zurückgeschickt.

Zum Beispiel meldet ein Fühler in einem vollbesetzten Hörsaal den Anstieg der CO₂-Konzentration. In der Automationsstation wird dieses Signal in den Regelkreis für Frischluft eingespeist und entsprechend wird automatisiert die Lüftung hochgefahren. Durch die erhöhte Leistung der Ventilatoren sinkt der CO₂-Wert wieder in den Sollwertbereich und nach der Vorlesung darunter. In der Folge gibt es einen neuen Steuerungsbefehl, der die Lüftung wieder drosselt, um Strom zu sparen.

Managementebene: Gebäudeleitsystem

Die Automationsstationen werden mit dem Gebäudeleitsystem überwacht und gesteuert. Diese Software – die ETH verwendet seit über zwanzig Jahren ControlMaestro – bildet die dritte Ebene und damit das Kernstück der Gebäudeautomation. 12 500 Prozessbilder zeigen in unterschiedlichen Granularitätsstufen vom Campus über die Gebäudebereiche bis hinunter zu den Gebäuden und einzelnen Anlagen oder Gewerken alle Elemente der Gebäudeautomation und erlauben, Daten auszulesen und Steuerungen anzupassen.

Das Leitsystem dient primär der Überwachung der Gebäude und Anlagen und erlaubt Fehlfunktionen im laufenden Betrieb zu erkennen, bevor die Nutzenden davon betroffen sind oder Schäden entstehen können. Zusätzlich zu diesen Anforderungen rund um Verfügbarkeit und Sicherheit versucht die Gebäudeautomation auch weitere sich teils widersprechende Interessen zu erfüllen. Dies betrifft einerseits den Komfort der Nutzenden – möglichst konstante Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit unabhängig von Saison und Wetter – und andererseits Optimierungs- und Sparmassnahmen rund um den Energie- und Medienverbrauch.

Vom Alarmsystem zur Betriebsoptimierung

Der Ursprung der Gebäudeautomation liegt klar in der Störungsanalyse. So ermöglichten die ersten Systeme in den 1980er Jahren mit raumfüllenden Rechnern erstmals detaillierte Fehlermeldungen. Auch heute sind Alarmierungen Teil der Gebäudeautomation. Alarme reichen von unkritischen Wartungsmeldungen, über Störmeldungen ohne Dringlichkeit bis zu dringlichen Sachschutzmeldungen oder gar Brand- oder Personenalarmen. Ereignisse der beiden höchsten Stufen werden direkt durch die Alarmzentrale bearbeitet. Zudem werden sie via Pager an die Spezialisten von Facility Services gemeldet. Denn bei Störungen und für Wartungsarbeiten sind diese nicht nur näher am Geschehen, sie kennen die Anlagen in ihrem Gebäudebereich auch am besten.

Die Bedeutung des Leitsystems für die Betriebsoptimierung nimmt aber zu. Dank 2340 Messstellen für Elektrizitäts- und Wasserverbrauch, Kälte- und Wärmeleistung zeigt es die Energieströme in Gebäuden und Anlagen auf und ist daher erste Adresse, wenn es darum geht, Sparpotenziale für Netto-Null oder auch finanzieller Natur zu erschliessen. Die Gebäudeautomationssysteme werden daher ein wichtiger Baustein für den geplanten Digitalen Zwilling des Campus sein.