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Den CO2-Ausstoss automatisch senken

Lösungsansätze der bedarfsge­steuerten Gebäudeautomation für mehr Energieeffizienz

Licht, Lüftung, Standby-Verbräuche: Viele Geräte in Gebäuden steigern die Energiekosten und tragen so gleichzeitig zum klimaschädlichen CO2-Ausstoß bei. Eine bedarfsgerechte Steuerung durch intelligente Sensorik kann diese Situation in vielen Fällen verbessern – und die Möglichkeiten dazu haben sich im Laufe der Zeit erweitert. Ein Überblick in Beispielen.

Er ist die Hauptursache des Klimawandels mit all seinen Folgen, deren künftiges Ausmaß sich noch nicht einmal absehen lässt: Der CO2-Ausstoß durch den Verbrauch fossiler Energieträger wie Erdöl, Kohle und Gas beschäftigt Politik, Wirtschaft und Gesellschaft in dieser Zeit wie nur wenige andere Themen. Hinzu kommt die gewachsene Einsicht, dass ein geringerer Energieverbrauch die Selbstständigkeit gegenüber rohstoffreichen Ländern stärkt. Und natürlich spart er am Ende auch noch bares Geld.

Ein effizienterer Umgang mit der Energie ist neben dem Umstieg auf regenerative Energieformen deshalb das Gebot der Stunde. Mehr Energieeffizienz verlangsamt den Abbau und Verbrauch fossiler Energieträger, schützt so die natürlichen Ressourcen und bremst den Klimawandel. Energie nur dann, wenn sie wirklich gebraucht wird – das Motto der bedarfsgesteuerten Gebäude­automation durch Präsenz- und Bewegungsmelder erweist sich heute als wertvoller denn je zuvor.

Abb. 1: Schon der Einsatz eines einfachen präsenz- und tageslicht­abhängig schaltenden Präsenzmelders verbessert die Energiebilanz erheblich.

Schaltende Präsenz- und Bewegungsmelder

Die Idee dahinter ist außerdem einfach zu verstehen: Menschen vergessen oft, die Beleuchtung und andere Geräte wieder auszuschalten, wenn sie einen Raum verlassen. Dies betrifft insbesondere Nichtwohngebäude wie Büros, Bildungsstätten oder Gesundheitseinrichtungen. Denn dort müssen die Nutzer in der Regel nicht selbst für die Kosten aufkommen. Doch auch im Privatbereich, zum Beispiel bei der Außenbeleuchtung, muss das Kunstlicht nicht permanent scheinen und auch nicht immer mit voller Kraft.

Die grundlegendste Antwort hierauf liefern Bewegungsmelder und schaltende Präsenzmelder (Abb. 1). Sie schalten das Licht nur an, wenn Menschen in ihrer Nähe sind und das Umgebungslicht nicht ausreicht, und schalten es wieder aus, sobald das Tageslicht genügend Helligkeit liefert oder der Raum sich wieder geleert hat. Klingt einfach, und das ist es auch. Hinzu kommt: Die automatische Reduzierung der Beleuchtung auf Zeiten menschlicher Anwesenheit nutzt außerdem die hohe Lebensdauer von LEDs zuverlässig aus.

Abb. 2: Die präsenz- und tageslichtabhängige Konstantlicht­regelung eines Präsenzmelders ist die beste Form der Tageslichtnutzung. Am Bildschirmarbeitsplatz orientiert sie sich am Helligkeitssollwert von 500 Lux.

Bedarfsgesteuerte Konstantlichtregelung

Einen ganzen Schritt weiter gehen Präsenzmelder mit präsenz- und tageslicht­abhängiger Konstantlichtregelung (Abb. 2). Denn sie schalten das Kunstlicht nicht nur, sie dimmen es auch. Und zwar abhängig von einem vorgegebenen Helligkeitssollwert und dem bereits vorhandenen Tageslicht. Die Beleuchtung scheint also nur so hell wie nötig. Energie nur in dem Maße, wie sie wirklich gebraucht wird – so ließe sich das oben genannte Motto hier umformulieren.

Sinn macht die Konstantlichtregelung vor allem in Räumen mit normalem oder überdurchschnittlich hohem Tageslichteinfall. Heute sind es in erster Linie Präsenzmelder für DALI und DALI-2, die diese Steuerungsfunktion ausüben, denn der Industriestandard übertrifft die Möglichkeiten analoger Techniken deutlich. Das Gruppieren erfolgt hier außerdem einfach per Software (und bei ESYLUX direkt per Smartphone), ebenso wie eine spätere Neukonfiguration. Der Endanwender profitiert dazu von einem besonders flexiblen Lichtmanagement.

Konstantlichtregelung mit Offset

Ein Präsenzmelder realisiert die Konstantlichtregelung mithilfe seines Licht­sensors. Deshalb braucht es immer mindestens einen Melder, um das Licht in einer bestimmten Raumzone individuell zu regeln. In Räumen mit einseitigem Tageslichteinfall zum Beispiel ist der Bedarf an Kunstlicht zwischen Fensterseite und innenliegendem Bereich jedoch recht unterschiedlich. Das spräche für eine individuelle Regelung in beiden Zonen. Andererseits ist es aber oft nicht wirtschaftlich und auch nicht effizient, dafür einen weiteren Melder einzusetzen.

Hierfür wurde das Konzept des Offsets entwickelt, das die Energieeffizienz der Konstantlichtregelung auch bei nur einem eingesetzten Melder weiter verbessert (Abb. 3). Die vergangene Ausgabe der ESYWORLD hat die Offsetregelung bereits ausführlich beschrieben. Hier deshalb noch einmal in aller Kürze: Beim Offset werden fensterferne und fensternahe Leuchten jeweils einer anderen Gruppe zugeteilt. Der Melder mit entsprechender Offset-Funktion dimmt die fensternahen Leuchten dann stärker bzw. früher als die fensterfernen Leuchten – und reduziert so nochmals den Energieverbrauch.

Human Centric Lighting energieeffizient umgesetzt

Alle bisherigen Beispiele bezogen sich auf eine klassische Beleuchtung mit fester Lichtfarbe. Seit einigen Jahren wird mit dem Human Centric Lighting jedoch eine modernere Form immer populärer: Dynamische, tageslichtähnliche Farb- und Helligkeitsverläufe, die, wissenschaftlich belegt, unter anderem die Vitalität, das Wohlbefinden und die Gesundheit verbessern. Das Human Centric Lighting, auch biologisch wirksames Licht genannt, erfordert dafür eine höhere Beleuchtungsstärke. Und diese empfiehlt auch die aktuelle EN-12464 für eine gesunde Beleuchtung in Arbeitsstätten.

Um die Vorteile des Human Centric Lighting energieeffizient abzufedern, hat ESYLUX die SymbiLogic-Technologie entwickelt (Abb. 4). Die SymbiLogic überträgt das Prinzip der Konstantlichtregelung durch eine adaptive HCL-Licht­regelung auf das biologisch wirksame Licht: Sie nutzt das einfallende Tageslicht, indem sie sich an einem dynamisch verlaufenden Helligkeitssollwert orientiert. Das Kunstlicht muss so in der Regel nicht mit voller Stärke scheinen. Die Beleuchtung wird außerdem auch hier natürlich präsenzabhängig geschaltet.

Abb. 5: Ein Paradebeispiel für gewerkeübergreifende Energieeffizienz: Der multisensorische ATMO-Präsenz­melder für KNX in seiner höchsten Ausbaustufe. Er verfügt unter anderem über einen Luftgüte-Sensor zur energieeffizienten Verbesserung des Raumklimas.

Gewerkeübergreifende Steuerung mit Multisensorik

Die SymbiLogic zeigt, wie sich ein Mehr an Lebensqualität energieeffizient umsetzen lässt. Eine solche „Kombination“ lässt sich noch bei einer weiteren Anwendung finden, die mit Beleuchtung nichts zu tun hat. Sie ist zugleich ein gutes Beispiel dafür, wie die bedarfsgesteuerte Gebäudeautomation gewerkeübergreifend agiert: Gemeint sind die Präsenzmelder der Serie ATMO. Denn in ihrer höchsten Ausbaustufe steuern sie in einer KNX-Anlage neben der Beleuchtung mithilfe von Aktoren auch die Klima- oder Lüftungsanlage.

Dass sie dies können, liegt an ihren zusätzlichen Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgüte (Abb. 5). Besonders in gut abgedichteten Gebäuden ist ein regelmäßiger Luftaustausch wichtig, aber auch in Räumen, in denen sich viele Menschen zur selben Zeit aufhalten. Da dies in Nichtwohngebäuden gerne vergessen wird, übernehmen ATMO-Präsenzmelder es automatisch – lassen die Klima- oder Lüftungsanlage aber auch hier nur so intensiv arbeiten, wie die aktuelle Raumatmosphäre es tatsächlich erfordert. So sorgen sie für einen energieeffizienten Betrieb und ersparen durch ihre Multisensorik zugleich den Einsatz mehrerer Einzellösungen.

Abb. 6: Viele denken bei Präsenzmeldern nur an Lichtsteuerung. Tatsächlich aber lassen sich noch viele weitere Geräte präsenzabhängig und damit energiesparend schalten.

Präsenzabhängiges Schalten von 230V-Geräten

Nicht überall wird allerdings eine KNX-Anlage installiert. Deshalb braucht es für das bedarfsabhängige Steuern von 230V-Geräten wie zum Beispiel der Lüftung auch einfachere Lösungen. Eine solche energieeffiziente Alternative ist ein rein präsenzabhängiges Schalten durch Präsenzmelder mit separatem Schaltausgang, auch HLK-Ausgang genannt. Bei ESYLUX lassen sich diese ON/OFF-Präsenzmelder an einem zusätzlichen „plus“ im Namen erkennen.

Das präsenzabhängige Schalten von Geräten beschränkt sich dabei nicht auf den typischen Fall der Lüftung: Monitore, Drucker, elektrisch höhenverstellbare Schreibtische und viele andere Geräte mit Standby-Verbrauch lassen sich so ebenfalls einfach und zuverlässig deaktivieren (Abb. 6). Bei DALI-Präsenz­meldern und bei Lichtsystemen mit ESYLUX Light Control erfolgt dies voll- oder halbautomatisch über spezielle DALI-Aktoren.

Abb. 7: Uhrzeitabhängige Betriebsmodi können sowohl den Energieverbrauch als auch die Lichtverschmutzung reduzieren. Im Beispiel sorgt der Dämmerungsschaltermodus in den frühen Morgen- und Abendstunden für eine repräsentative Beleuchtung. In der Nacht dagegen geht das Licht nur bei Bewegung an – und anschließend automatisch wieder aus.

Uhrzeitabhängiges Steuern

Mit Präsenz, Licht, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftgüte wurden hier nun schon eine ganze Reihe unterschiedlicher Automationsauslöser genannt. Doch ein wichtiger fehlt noch: die Zeit. Denn auch sie kann dazu beitragen, die Energieeffizienz weiter zu verbessern. Zum Beispiel, wenn sich abhängig von der Uhrzeit unterschiedliche Betriebsmodi aktivieren lassen. Im Außenbereich kann das außerdem ein wirkungsvolles Mittel sein, um die nächtliche Licht­verschmutzung zu reduzieren – und damit ein weiteres Umweltproblem.

Wie das geht, zeigen die DEFENSOR-Außenbewegungsmelder. Bei ihnen lassen sich neben dem Standard-Betriebsmodus zwei Zeitfenster mit abweichendem Betriebsmodus festlegen (Abb. 7). So wäre es beispielsweise möglich, für die beiden Zeitfenster den Dämmerungsschaltermodus zu wählen, um bei einem Gewerbebau in den frühen Abend- und Morgenstunden für eine repräsentative Beleuchtung zu sorgen. Als Standard und dadurch auch in der Nacht zwischen 22 und 5 Uhr könnte dagegen der vollautomatische Bewegungsmeldermodus zum Einsatz kommen. Das spart Energie – und verhindert zugleich das permanente Anlocken von Insekten durch das Kunstlicht.

Abb. 8: Präsenz- und Bewegungsmelder mit Tastereingang ermöglichen ein einfaches Übersteuern. Wenn der Nutzer das Ausschalten vergisst, übernimmt es der Melder automatisch. Und wenn der Nutzer selbst ausschaltet: umso besser!

Halbautomatischer Tasterbetrieb

Alle Beispiele zeigen, auf welch unterschiedliche Weise die bedarfsgesteuerte Automation mit Präsenz- und Bewegungsmeldern die Gebäudeenergieeffizienz verbessern kann. Stets gleichbleibender Vorteil: Der Nutzer braucht sich im Prinzip um nichts zu kümmern. Bleibt noch eine Frage: Wenn das Ausschalten doch so oft vergessen wird, weshalb gibt es dann eigentlich Melder mit Taster­eingang? Nun, zum einen möchten Nutzer manchmal selbst bestimmen, wann eingeschaltet wird, oder die Automation per Szene übersteuern wie bei Licht­systemen mit ESYLUX Light Control oder DALI-2-Anlagen.

Doch auch für die Energieeffizienz kann ein Taster prinzipiell von Vorteil sein. Präsenz- und Bewegungsmelder schalten in der Regel erst nach Ablauf einer Nachlaufzeit die Beleuchtung und andere Geräte aus. Auch wenn sich diese zum Beispiel auf nur 1 Minute einstellen lässt: Denkt der Nutzer ausnahmsweise ans Ausschalten, geht es per Taster natürlich trotzdem schneller. Vergisst er es dagegen doch wieder...na, Sie wissen schon.