Gebäudeautomatisierung
Smarte Gebäude werden vielseitige Dienstleister sein
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Stellen Sie sich vor, dass eines Tages die smarte Verglasung eines Bürogebäudes als transparentes Solar-Panel und als „Energie-Router“ zur Optimierung der Energienutzung dient.
Smarte Gebäude [3] werden ihren Energiebedarf mit effizienten Solar-Panels oder anderen alternativen Energiequellen, z.B. Brennstoffzellen in Kombination mit Flusszellenbatterien, optimieren können. Die effiziente Erzeugung, Nutzung und Speicherung von Energie wird zu einer erheblichen Senkung der Energiekosten beitragen, ohne dass Abstriche an der Qualität oder der Produktivität gemacht werden müssen. Smarte Gebäude werden ihre Energie außerdem kombiniert aus dem Netz und aus alternativen Energiequellen beziehen – im Verbund mit Energiespeichern großer Kapazität, die eine häufige Energieumwandlung erfordern.
Um hier Energie zu sparen, kommt es auf den Wirkungsgrad der Umwandlung und die Berücksichtigung des Verbrauchers an. Leistungsstarke Wandler und Wechselrichter benötigen Leistungstransistoren für hohe Betriebsspannungen, die mit hohem Wirkungsgrad arbeiten, sowie smarte Treiber und Controller. Die AC/DC-Wandlung bei der Einspeisung aus dem Netz in den Speicher und die DC/AC-Wandlerstufe für die Entnahme aus dem Speicher oder die Einspeisung von Solarstrom ins Netz haben von smarten Leistungselektronikschaltungen mit digitalen Regelkreisen profitiert. Neue Bausteine versprechen eine bidirektionale Energieumwandlung mit hohem Wirkungsgrad. In Zukunft werden Gebäude mit „Energie-Routern“ ausgestattet sein, die alle möglichen Energieformen aus unterschiedlichen Quellen an die einzelnen Verbraucher leiten, ganz ähnlich wie es Daten-Router heute beim Senden und Empfangen von Daten machen [4].
Stellen Sie sich schließlich ein smartes Bürogebäude vor, das Heizung, Licht, Lüftung, Sitzungsraumfläche und audiovisuelle Anforderungen an den Belegungsplan anpasst. Und stellen Sie sich weiter vor, dass Glasflächen im Gebäude als Displays genutzt werden können.
Fortschritte im Bereich der Halbleiter-Sensorik kommen in smarten Gebäuden bereits zum Einsatz und verleihen umgebungsbewussten Gebäuden die Möglichkeit, Ressourcen dynamisch zu erfassen und zu dirigieren. Präsenzdetektoren, Temperatur- und Chemikaliensensoren, Bildsensoren, Durchflussmesser und viele mehr werden in modernen gewerblichen Einrichtungen immer mehr eingesetzt. Auch die Bereiche Schutz und Sicherheit verbessern sich in einem smarten Gebäude entscheidend. Der Einsatz vernetzter Bildsensoren, zu denen Kameras, Ultraschallsensoren sowie Opto- und Radarsensoren gehören, sorgt dafür, dass es in einem smarten Gebäude kaum mehr tote Winkel gibt. Hochentwickelte Gas- und Wärmesensoren können überdies gefährliche Chemikalien oder Leckagen aufspüren und analysieren, sodass sich Hotspots und gefährliche Undichtigkeiten präzise detektieren lassen.
In einem typischen smarten Gebäude finden sich Tausende vernetzter Sensoren, die für eine verlässliche Überwachung und Kontrolle miteinander verbunden werden und harmonisch zusammenarbeiten müssen. Einige Sensoren mit mehr Leistungsbedarf werden per Ethernet vernetzt, eine umfangreichere Installation erfordert dagegen auch ein ergänzendes Netzwerk aus Funksensoren [5].
Ein Zusammenfluss von Innovationen im Bereich der Big-Data-Verarbeitung, der vermaschten Funknetzwerke mit extrem geringer Stromaufnahme, der Embedded-Sensor-Technik, des stromsparenden Energiemanagements sowie weiterer analoger und Mikrocontroller-Schaltungen hat das Entstehen smarter Gebäude beschleunigt.
Ein Gewinn an Sicherheit, Schutz, Produktivität und Qualität veranlasst viele Entwickler solcher Gebäude, schon heute auf innovative Techniken zu setzen – damit das smarte Gebäude von morgen zur lebendigen Realität wird.
Literatur
[1] Connect more – Industry’s broadest wireless connectivity portfolio. Texas Instruments.
[2] Goren, A.; Adzan, M.: Making factories smarter, more productive through predictive maintenance. Texas Instruments, Whitepaper, Oktober 2016, http://www.ti.com/lit/wp/sszy027/sszy027.pdf.
[3] Building Automation overview. Texas Instruments.
[4] Power to do anything. Texas Instruments.
[5] Sensing Innovation. Texas Instruments.
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Dr. Ahmad Bahai |
|---|
ist Cheftechnologe im Vorstand von Texas Instruments sowie Direktor von TI Corporate Research, Kilby Labs, beratender Professor an der Stanford University und IEEE Fellow. Er leitete zuvor als CTO bei National Semiconductor die Forschungslabors. Bis 1997 war Dr. Bahai bei den Bell Laboratories als technischer Leiter der Forschungsgruppe für Kommunikationstechnik und Signalverarbeitung zuständig und war Professor auf Zeit an der University of California, Berkeley. Später gründete er die Firma Algorex, ein IC-Entwicklungsunternehmen spezialisiert auf Kommunikationstechnik und Akustik, das von National Semiconductor gekauft wurde. Dr. Bahai ist Miterfinder der Multiträger-Modulation mit Frequenzspreizung, die in vielen modernen Kommunikationssystemen, wie 4G-Mobilfunk und Power-Line verwendet wird. Er verfasste 1999 das erste Lehrbuch zum Orthogonalen Frequenzmultiplexverfahren (OFDM), arbeitete fünf Jahre als Redakteur für IEEE-Zeitschriften und engagierte sich bis 2011 im technischen Lenkungsausschuss der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC). Dr. Bahai hat mehr als 80 IEEE-/IEE-Publikationen veröffentlicht und hält 38 Patente. Seinem Elektrotechnikstudium (Master of Science) am Imperial College, University of London, folgte die Promotion (Ph.D.), ebenfalls in Elektrotechnik, durch die University of California in Berkeley. |
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