Smart Building Design: Konzeption, Planung, Realisierung und Betrieb [Deutsche Ausgabe ed.] 9783035616378, 9783035616286

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Smart Building Design

Maad Bali Dietmar A. Half Dieter Polle Jürgen Spitz

Smart Building Design Konzeption, Planung, Realisierung und Betrieb

Birkhäuser Basel

Dank Diese Publikation ist das Ergebnis einer langjährigen Erforschung zentraler Fragestellungen zur Digitalisierung der Architektur bei DIAL. Unser Dank gilt hier zuallererst der Trägergesellschaft DIAL. e. V., die dieses Buchprojekt von Anfang an gerne unterstützt hat. Wir danken auch ganz besonders unseren Kolleg/innen, die uns bei der Ausarbeitung der Grafiken geholfen haben. Wir nennen hier vor allem Peter Roth, Christin Kürten, Philipp Gerhardt und Marius Bräunlich. In diesem Zusammenhang danken wir aber auch für externe Unterstützung und nennen hier besonders gerne Stephanie Salewski und Daniel Kloster. Unser Dank gilt auch den projektbeteiligten Bauherrn, Planern und Herstellern, die uns bei der Erarbeitung der Praxisbeispiele geholfen haben. Nicht zuletzt gilt unser Dank aber ganz besonders auch Katharina Kulke und Alexander Felix vom Birkhäuser Verlag, die dieses Buchprojekt so unkompliziert und gewinnbringend begleitet haben. Die Autoren Maad Bali, Dietmar A. Half, Dieter Polle und Jürgen Spitz.

Autoren Teil 1: Smart Building Design: Dietmar A. Half Evolution der Kultur: Jürgen Spitz (S.  20 – 23) Planungswerkzeuge: Dieter Polle (S.  46 – 57) Teil 2: Smart Building Technology: Maad Bali

Einleitung 6

Smart Building Design 10 Ästhetik 11 Funktion und Form  24 Planung 37 Realisierung 58 Betrieb 66

Smart Building Technology 72 Technische Komponenten  73 Datenübertragungsverfahren 77 Systemarchitektur 80 Kommunikationssysteme 84

Projekte 89 Inout house, San JosÉ  90 Haus m, meran  96 basilika, waldsassen  102 dial, lüdenscheid  110 ICE Q, Sölden  120 elbphilharmonie, hamburg  128 Anhang 138

Einleitung

Die weitverbreitete Verwendung des Begriffs „intelligent“ (oder „smart“) im Zusammenhang mit informationsübertragenden Technologien zielt auch im Bauwesen prinzipiell auf eine Analogie zur organischen Natur, deren Phylo­ genese ein breites Spektrum von Pflanzen, Einzellern, wirbellosen Tieren bis hin zu höheren Lebewesen hervorgebracht hat. Inwieweit bereits Pflanzen, Einzeller oder wirbellose Tiere wie zum Beispiel Insekten und Würmer schon als intelligent bezeichnet werden können, ist zwar mitunter Gegenstand heftiger Kontro­versen. Sie besitzen aber sicherlich zumindest rudimentäre Merkmale von Intelligenz, die sich auch bei höheren Lebewesen finden lassen. Als kleinster gemeinsamer Nenner könnten hier Sinnesorgane gelten, deren Informa­ tionen bei einfachen Lebensformen entweder intrazellulär verarbeitet werden oder bei höheren Lebewesen über komplexe Zentralnervensysteme.  >  01  Das Vorbild der belebten Natur dient insbesondere bildenden Künstlern, Architekten, Designern und Ingenieuren von jeher als Inspirationsquelle. Gleichwie in der Natur zeichnet sich eine Art technische Phylogenese hin zu immer komplexeren kybernetischen Systemen ab, die letztlich sogar die Frage nach der künstlichen Intelligenz durch den integralen Einsatz von Computertechnologien aufwirft. Etwas anders sieht es bis dato im Bauwesen aus. Hier ging und geht es in erster Linie darum, Bauwerke und Städte zu errichten, die als statische Behausungen für den Menschen und seine spezielle Lebensform dienen. Die Vorstellung, das Bauwerk sei dabei in bildnerischer Hinsicht als ein (statisches) architektonisches System zu denken, ist für uns nicht neu. Viele der größten Baumeister der menschlichen Kulturgeschichte sind Bildhauer gewesen. Die Vorstellung dagegen, das Bauwerk sei nunmehr in bildnerischer Hinsicht als ein (kybernetisches) architektonisches System zu denken, erscheint uns auf den ersten Blick womöglich ungewohnt und befremdlich. Unsere folgenden Ausführungen werden deshalb systematisch herausarbeiten, 1.) wie intelligente Technologien in Bauwerken sinnstiftend Gestalt gewinnen können und 2.) welche Modifikationen der heute gängigen Baupraxis mög­licherweise dafür erforderlich sein müssen. Insofern möchten wir eine Designtheorie intelligenter Gebäude skizzieren, ohne damit wissenschaftliche Geltung beanspruchen zu wollen, allzumal ein vollständiger Anspruch an Architektur und Design klassischerweise eben auch den Gegen-

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standsbereich der bildenden Kunst stark berührt und deshalb gerade nicht ausschließlich wissenschaftlich beschrieben werden kann und auch nicht sollte.

 >  01  Das Zentral­ nervensystem

Gehirn

des Menschen

Rückenmark

Folgende Vorgehensweise erscheint uns dabei sinnvoll: Im ersten Teil Smart Building Design möchten wir mit Vorrang zeigen, warum und in welcher Art und Weise es sich lohnt, absolut neue Gestaltungsspielräume für die Planung, die Realisierung und den Betrieb von Bauwerken zu eröffnen, um letztlich in völlig neue Dimensionen des Bauens vorzustoßen. Im zweiten Teil Smart Buil­ ding Technology werden wir dann intelligente Technologien in ihrer typischen technischen Struktur innerhalb eines Bauwerks im Grundriss skizzieren, um zu zeigen, auf welcher Basis sich neue Funktionsspielräume durch den Einsatz intelligenter Technologien erreichen lassen. Im dritten Teil zeigen wir schließspiele. Unsere folgenden Ausführungen zielen mehr in die Breite der Anwendung intelligenter Technologien als in die fast abgründige Tiefe technolo­gischer Spezialfragen, die den Blick auf das sinnvolle Ganze mitunter schmerzlich vermissen lassen.

Einleitung

lich die Anwendung intelligenter Technologien anhand konkreter Projekt­bei­

Smart Building Design

Ästhetik 11 Ursprünge 11 Klassische Ansätze  13 Integrales Design  14 Evolution der Natur — 15 / Evolution der Kultur — 20 Funktion und Form  24 Anwendungsfunktionen 25 Sicherheitsfunktionen — 26 / Energieeffizienzfunktionen — 26 / Komfortfunktionen (Ergonomie des Gebäudes) — 31 Übergeordnete Managementfunktionen  32 Anzeige- und Bedienfunktionen (User Interface) 34 Gestaltungsspielräume 34 Planung 37 Objektplaner   38 Integrale Organisation der Planung intelligenter Gebäude — 39 Fachplaner Gebäudeautomation  42 Planungswerkzeuge 46  Notwendigkeiten der interdisziplinären Zusammenarbeit — 46 / Neue Orga­nisationsformen des virtuellen Bauens — 48 / Virtuelles Planen mit konkreten Produkten — 49 / Building Information Modeling (BIM) — 50 / Fachplanung der Gebäudeautomation — 52 / Computer­simulation der Gebäudeautomation — 54 / Gebäudeautomation und BIM — 56 Realisierung 58 Bauleiter / Fachbauleiter  58 Integrale Organisation der Bauleitung — 59 / Terminplanung — 60 Bauunternehmer / Systemintegrator  61 Systemintegrator — 62 / Geordnete Inbetriebnahme — 63 Abnahme 64 Dokumentation 65 Betrieb 66 Intelligentes Technisches Gebäudemanagement  66 Periodisches Audit  68

Smart Building Design „[…] –  das Raumschiff Erde besitzt keine Notausgänge, weder für den Notfall noch für den Normalfall.“ Mit dieser Aussage bezieht sich Peter Sloterdijk in seiner vielbeachteten Rede „Wie groß ist ‚groß‘?“ während der UN-Klimakon­ ferenz in Kopenhagen 2009 explizit auf R. Buckminster Fuller als einen der einflussreichsten Design- und Architekturtheoretiker des 20. Jahrhunderts (Sloterdijk 2011, S. 95). Fuller skizziert in der berühmten „Bedienungsanleitung für das Raumschiff Erde“ von 1969 die Erde als einen Gegenstand, der nicht mehr länger als Naturgröße, sondern vielmehr als Objekt menschlicher Gestaltungskraft verstanden werden muss. Als gigantisches Konstrukt fällt dieses Objekt vor allem in den Verantwortungsbereich von „Planern, Architekten und Ingenieuren“ (Fuller 2010, S. 119  f.)1. Sie sieht Fuller von Hause aus dazu in der Lage, interdisziplinär zu arbeiten und konstruktive Antworten auf die Frage zu finden, wie das Raumschiff Erde „zum Zwecke dauerhafter Leistungsfähigkeit als Ganzes begriffen und bedient werden muss“ (Fuller 2010, S. 48), um letztlich die Selbsterhaltungsmechanismen aller Lebewesen nachhaltig aufrechtzuerhalten. Diese Perspektive einer globalen Verflechtung der vom Menschen gestalteten Umwelt erscheint uns heute ohne Zweifel evident. Mehr noch – mit der globalen Vernetzung aller Lebensbereiche durch intelligente Technologien ist die Vorstellung eines globalen funktionalen Gefüges heute bereits Realität geworden. Wenn wir nun die baulichen Aspekte dieses Gefüges in den Verantwortungsbereich von Architekten und Ingenieuren legen wollen, so können wir an dieser Stelle zunächst von der üblichen Arbeitsteilung ausgehen, die sich bei der Bearbeitung aller wesentlichen Gestaltungsfragen etabliert hat. So sind Architekten auf der einen Seite für die Gestaltung von Form und Inhalt eines Gebäudes zuständig und auf der anderen Seite Ingenieure für den – so weit als möglich – wissenschaftlich gesicherten Stand der Technik und dessen Anwendungen. Fragen wir uns in diesem Abschnitt verstärkt, wie intelligente Technologien in Bauwerken sinnstiftend Gestalt gewinnen können, so ist es nicht nur notwendig, der Frage nach Form und Inhalt nachzugehen. Es ist gleichermaßen notwendig, neue Möglichkeiten aufzuzeigen, wie Konzeption, Planung, Reali­ sierung und Betrieb von intelligenten Gebäuden organisiert sein sollten, um den wissenschaftlich gesicherten Stand der Technik möglichst weitreichend anwenden zu können. Doch zunächst verfolgen wir die Frage nach Form und

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Inhalt und suchen eine mögliche Beantwortung zuerst im Bereich der philosophischen Ästhetik.

Ästhetik Der Ursprung der Philosophie wird gerne mit dem einfluss­ reichen Satz „vom Mythos zum Logos“ gekennzeichnet und geht einher mit der Aufklärung des Denkens, das sich von der Sinnstiftung durch die antike Götterwelt zunehmend emanzipiert und die Realität in ihrem wahren Urgrund (archê) kraft der Gedanken wissenschaftlich erkennen möchte. Vor diesem Hintergrund hat der Begriff „Ästhetik“ seinen antiken Ursprung in der sinnlichen Wahrnehmung. Für viele antike Denker ist in der sinnlichen Wahrnehmung allerdings kein besonderes Erkenntnisvermögen begründet. Im Gegenteil: Während unsere Gedanken bis in den inneren Kern der Reali­ tät vordringen können, hat es unsere sinnliche Wahrnehmung mit den wechselnden Erscheinungen am äußeren Rand der Realität zu tun und unterliegt hier immer wieder dem Trug und der Täuschung. Diese ablehnende und skeptische Haltung gegenüber der Sinnlichkeit verstärkt sich in der Folgezeit durch weitere Implikationen des mittelalterlichen Weltbildes und bleibt bis weit in die Neuzeit hinein prägend. Wenn noch im 17. Jahrhundert René Descartes (1596 – 1650) primären Qualitäten wie etwa Form und Größe im Hinblick auf ihre erkenntnisgewinnende Tauglichkeit den Vorrang vor sinnlichen Qualitäten wie etwa Farbe und Ton gibt, so wertet auch er die sinnlichen Qualitäten klar ab, insofern er sie als verworren und sekundär bezeichnet. Erst in Anschluss an Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 – 1716) und Christian Wolff (1679 – 1754) findet eine folgenreiche Modifikation dieser Position unter Alexander Gottlieb Baumgarten (1714 – 1762) statt, der die sinnliche Wahrnehmung wiederum klar und deutlich aufwertet, wenn er ihr einen eigenen Erkenntnis­ 1 Diese Aufgabe im Blick, beendet Fuller seine „Bedienungsanleitung

bereich zuordnet und damit bekanntermaßen die Ästhetik

für das Raumschiff Erde“ mit einem

als eigenständige Disziplin im System der Philosophie ent­

Appell an alle Planer: „So, Planer,

wickelt.

die Initiative. Geht ans Werk, und vor allen Dingen, arbeitet zusam­men und haltet nicht voreinander hinterm Berge, und versucht nicht, auf Kosten der anderen zu gewinnen. Jeder

Ursprünge

Erfolg dieser Art wird zu­nehmend

Baumgarten versteht unter Ästhetik zunächst einmal eine

von kurzer Dauer sein. Das sind die

Theorie der sinn­lichen Erkenntnis im Allgemeinen, die er der

synergetischen Gesetze, nach denen

Logik als eine Theorie der gedanklichen Erkenntnis gleich­

die Evolution verfährt und die sie uns klarzumachen versucht. Das sind

berechtigt an die Seite stellen möchte. Diese Aufwertung der

keine vom Menschen gemachten

Sinnlichkeit geht einher mit den großen Erfolgen der aufkom-

Gesetze. Das sind die unendlich

menden Wissenschaftsrevolution im 17. Jahrhundert und ihrer

großzügigen Gesetze der intellek­ tuellen Integrität, die das Universum

bahnbrechenden neuen empirischen Methoden (Feldbe­

regiert.“ (Fuller 2010, S. 119 f.)

obachtungen mittels Fernrohr, Mikroskop etc.). Baumgartens

smart building design — Ästhetik

Architekten und Ingenieure, ergreift

Idee scheint damit klar gekennzeichnet: Wenn es ihm gelingt, 1.) eine Erkenntnis­fähigkeit der Sinne im Allgemeinen nachzuweisen, so scheint auch 2.) der Weg frei zu sein, speziell jene sinnliche Erkenntnis herauszuarbeiten, die sich nur der Urteilskraft des Schöngeistes („ingenium venustum et elegans connatum“, vgl. Ästhetik §§  28 – 46) erschließt. Die Auseinandersetzung um die Erkenntnisfähigkeit der Sinne ist somit eingebettet in eine weitreichende Debatte, die sich ganz besonders zwischen Rationalismus und Empirismus abzeichnet: Während der Rationalismus von einer vernunftgeleiteten Erkenntnis der Realität ausgeht, betont der Empirismus dagegen Erfahrung und insofern die sinnliche Wahrnehmung als besonders erfolgsversprechend. Erst mit seiner epochalen Kritik der reinen Vernunft (KrV) setzt Immanuel Kant (1724 – 1804) dieser Debatte ein erstes Ende und konstatiert: „Gedanken ohne Inhalt sind leer, Anschauungen ohne Begriffe sind blind.“ (KrV B75) Wenn bis dato angenommen wurde, „alle Erkenntnis müsse sich nach den Gegenständen richten“, schlägt Kant in einer Art kopernikanischen Wende des Denkens dagegen vor, „die Gegenstände müssen sich nach unserer Erkenntnis richten“. (KrV BXVI) Damit meint Kant, die unsere Erkenntnis konsti­tuierenden (transzendentalen) Prinzipien liegen in uns selbst begründet (beziehungsweise im erkennenden Subjekt) und nicht im Gegenstand (beziehungsweise im Objekt der Erkenntnis). Über das „Ding an sich“ (KrV B236) können wir zwar nichts objektiv sagen, die Bedingungen der Erkenntnis des Subjekts können hin­g egen analysiert werden. Kant unterscheidet insofern 1.) eine transzendentale Ästhetik als Theorie/Wissenschaft der Anschauungen in Raum und Zeit und 2.) eine transzendentale Logik als Theorie/Wissenschaft des Denkens in logischen Formen (beziehungsweise Kategorien wie Quantität, Qualität, Relation und Modalität).  >  02  Kant äußert allerdings Zweifel, ob das Unterfangen einer transzendentalen Ästhetik als „einer Wissenschaft von allen Prinzipien der Sinnlichkeit a priori“ überhaupt möglich ist. In einer Fußnote (!) der KrV kommt Kant zu folgendem Ergebnis: „Die Deutschen sind die einzigen, welche sich jetzt des Worts Ästhetik bedienen, um dadurch das zu bezeichnen, was andre Kritik des Geschmacks heißen. Es liegt hier eine verfehlte Hoffnung zum Grunde, die der vortreffliche Analyst Baumgarten fasste, die kritische Beurteilung des Schönen unter Vernunftprinzipien zu bringen, und die Regeln derselben zur Wissenschaft zu erheben. […] “ (KrV B35) Dennoch startet Kant später mit der Kritik der Urteilskraft (KU) genau diesen Versuch, auch wenn „die Untersuchung des Geschmacksvermögens als ästhetischer Urteilskraft […] bloß in transzendentaler Absicht angestellt wird“. (KU BIX) Kant möchte in dieser dritten Kritik die Vermittlung zwischen Natur (als Gegenstand der reinen Vernunft) und Freiheit (als Gegenstand der praktischen Vernunft) leisten. Im Zentrum steht dabei das Gefühl von Lust und Unlust, für das die Urteilskraft den Übergang vom Gebiet des Naturbegriffs zu dem des Freiheitsbegriffs ermöglicht. Transzendentales Prinzip der Urteils-

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kraft ist für Kant die Idee der Zweckmäßigkeit, die Natur geordnet und nicht chaotisch vorzufinden. Während für Kant 1.) die ästhetische Vorstellung einer

 >  02  Das System

Transzendentale

der Erkenntnis

Elementarlehre

von Kant

Allgemeine Erkenntnistheorie

Transzendentale Ästhetik

Theorie der Anschauung

Transzendentale Logik

Theorie des Denkens

Zweckmäßigkeit auf das Schöne in der Kunst abzielt, richtet sich 2.) die logische Vorstellung einer Zweckmäßigkeit auf eine Teleologie (von griech. telos: Ziel) der organischen Natur (d. h. der Biologie), auf die wir später noch zurückkommen werden. Entgegen seiner ursprünglichen Vorbehalte entfaltet Kant nun doch eine transzendentale Ästhetik und analysiert das Geschmacksurteil im Rahmen seiner logischen Formen (beziehungsweise Kategorien wie Quantität, Qualität, Relation und Modalität). Er kommt zu folgendem Ergebnis: Einen Gegenstand beurteilen wir dann als schön, wenn er unser interessenloses Wohlge­ fallen auf sich zieht. Dieses spezifische Gefühl der Lust an einem schönen Gegenstand wird also nicht durch einen an ihm erkannten Zweck geleitet, sondern erfreut sich vielmehr ausschließlich an seiner schönen Form und ihrer reinen Zweckmäßigkeit an sich: Kunst ist autonom. Im Anschluss an Baumgarten liefert Kant wesentliche Grundpositionen der modernen Ästhetik und ihrer inhärenten Kontroversen.

Klassische Ansätze Heute ist die Ästhetik in ihren drei bekanntesten Ansätzen für uns wahlweise die Theorie 1.) der sinnlichen Erkenntnis, 2.) der Kunst oder 3.) des Schönen. Allerdings haben diese unterschiedlichen Definitionen allesamt ihre gewissen Defizite. Eine Ästhetik als Theorie der sinnlichen Erkenntnis geht beispielsmung ästhetischer Qualitäten scheint eher der Spezialfall einer sinnlichen Erkenntnis zu sein, die uns zum Beispiel einfach auch nur einmal in die Lage versetzt, einen Champignon von einem Pfifferling zu unterscheiden. Auch lassen sich nicht alle ästhetischen Erlebnisse auf die sinnliche Wahrnehmung reduzieren, es sei denn, man möchte unsere vielschichtigen Empfindungen beim Lesen von Literatur der visuellen Wahrnehmung zuordnen. Eine Ästhetik als Theorie der Kunst greift dagegen insofern zu kurz, als dass sich ästhetische Erlebnisse nicht auf den Gegenstandsbereich der Kunst beschränken lassen – sie sind für uns zum Beispiel auch und gerade in der Natur möglich. Wenn dagegen eine Ästhetik als Theorie des Schönen dieses Problem einerseits vermeidet, so stellt sich andererseits die Frage, welche

smart building design — Ästhetik

weise über ästhetische Erlebnisse weit hinaus, denn die sinnliche Wahrneh-

grundsätz­lichen Möglichkeiten ästhetischer Erlebnisse unter dem Begriff des Schönen zu subsumieren sind. Bereits in seinen Beobachtungen über das Gefühl des Schönen und Erhabenen (GSE) von 1764 beschreibt Kant zwei Spannungs­pole ästhetischer Erlebnisse, wenn er konstatiert: „Das Erhabene rührt, das Schöne reizt.“ (GSE Abschnitt 1). Beide Spannungspole liegen möglicher­w eise in der sprachlichen Doppeldeutigkeit des Begriffs „schön“ begründet, und lassen sich sowohl inhaltlich als auch formal reduzieren. So verursacht doch auch der gute Inhalt und nicht nur die schöne Form bei uns möglicherweise ein ästhetisches Erlebnis, wenn Francisco de Goya in seinem Bild die unmenschliche Erschießung der Aufständischen in Madrid 1808 festhält und in den Dienst der Gesellschaftskritik seiner Zeit stellt. An dieser Stelle können wir also durchaus einmal festhalten, dass sich alle drei klassischen Defini­tionen der Ästhetik offenbar als unzulänglich erweisen.

Integrales Design Einige der Unzulänglichkeiten, die sich in der klassischen Positionierung der Ästhetik begründen, liegen offenbar in ihrer ersten Grundlegung durch Baumgarten begründet. Es lohnt sich, noch einmal genauer hinzuschauen, was im Rahmen der Wissenschaftsrevolution im 17. Jahrhundert stattfindet. Währ­e nd beispielsweise Leibniz und Wolff der cartesianischen Demarka­ tionslinie zwischen primären und sekundären Qualitäten noch weitestgehend folgen, indem sie zwischen dem Verstand als einem oberen Erkenntnisver­ mögen und der Sinnlichkeit als einem unteren Erkenntnisvermögen unterscheiden, findet eine folgenreiche Modifikation dieser Position unter Baumgarten statt, der in Anschluss an Leibniz und Wolff erstmals die Ästhetik als eigenständige Disziplin im System der Philosophie entwickelt und damit die neuzeitliche Trennung von Wissenschaft und Kunst vorbereitet.  >  03  Kunst ist nun ein Spezialfall geworden, der möglichst anwendungsfrei einem eigenen sinnlichen Erkenntnisbereich zugeordnet und vor allem in der Welt der Kunstakademien und Museen auf die Vermittlung von schöner Form und / oder gutem Inhalt ausgerichtet ist. Auf der anderen Seite emanzipiert sich die Wissenschaft sukzessive aller formalen und inhaltlichen Implika­tionen und möchte fortan die Gesetzmäßigkeiten der Natur, später dann auch die Gesetzmäßigkeiten der Kultur in eine Welt der objektiven Tatsachen zerlegen und beschreiben. Als zentrale Inspirationsquelle des späteren Wiener Kreises und Namensgeber im Vereinsregister (Verein Ernst Mach) überträgt Ernst Mach (1838 – 1916) den evolutionistischen Begriff der Anpassung auf die Wissenschaft. Ihr oberstes Ziel ist es „die Gedanken den Tatsachen anzu­ passen und nicht umgekehrt“. (Mach 1980, S. 164  f) Kunst und Wissenschaft zeigen sich in ihrer reinsten Form für uns heute als zwei anwendungsfreie Pole sinnlicher und geistiger Erkenntnis, die sich scheinbar zunächst unvereinbar gegenüberstehen. Bewegt sich aber die Erkenntnisrichtung von beiden Polen reiner Erkenntnis hin zu einem zwar erkenntnisgeleiteten, aber

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doch anwendungsorientierten Mittelpunkt des Handelns, so ist das Ergebnis dieses Handeln das Design der vom Menschen transformierten Natur.  >  04 

 >  03  Erkenntnis in Kunst (Ästhetik) Kunst

und Wissenschaft (Logik)

Wissenschaft

reine sinnliche

reine geistige

Erkenntnis

Erkenntnis

 >  04  Design als

Design ______

Ingressionspunkt (Nukleus) für eine integrale Theorie des Erkennens und Handelns

Kunst

Wissenschaft

reine sinnliche Erkenntnis

reine geistige Inhalte

Erkenntnis

für anwendungsorientierte

Handlungsabsichten

In dieser modifizierten Perspektive erweisen sich Kunst und Wissenschaft als zwei unentbehrliche Teile einer Design­ theorie des Natur/Kunst-Ganzen in Form der vom Menschen gestalteten Lebenswelt. Das setzt allerdings voraus, dass wir im Prinzip wieder „näher an eine Theorie über das Menschsein herankommen, die den Arten von Bewusstsein und Selbstbewusstsein gerecht wird, die für uns als kulturelle und nicht nur natürliche Wesen spezifisch sind“. (Brandom 2001, S. 54) Wenn Design als Ingressionspunkt (Nukleus) für eine integrale Theorie des Erkennens und Handelns in Kunst und Wissenschaft positioniert werden soll, so stellt sich uns zu­nächst auch die Frage, wie Kunst und Wissenschaft in eine

Evolution der Natur Diese Frage führt uns unweigerlich zu kontroversen Debatten über die Leistungsfähigkeit heutiger Wissenschaft, in denen ganz aktuell die Deutungshoheit über die Natur als Ganzes und die Rolle der menschlichen Spezies in dieser Naturord2 Die Verbindung von Kunst und

nung (falls vorhanden) diskutiert werden. Auf der einen Seite

Wissenschaft bildete bereits eine

wird das etablierte Programm eines Reduktionismus mit

zentrale Fragestellung für die

einem Deutungsanspruch verteidigt, als ginge es hier um

Programmatik der Hochschule für Gestaltung in Ulm (1953 – 1968,

letzte Glaubenswahrheiten und nicht um eine Wissenschaft,

www.hfg-archiv.ulm.de).

die sich kontinuierlich selbst korrigiert und weiterentwickeln

smart building design — Ästhetik

solche Designtheorie überhaupt eingebunden sein könnten.2

muss, wenn sie nicht orthodox erstarren möchte. In dieser reduktionistischen Weltdeutung soll sich alles, was ist, nicht nur konstitutiv auf die mathe­matisch beschreibbaren Gesetzmäßigkeiten der Elementarteilchenphysik reduzieren lassen können, sondern auch historisch: Die Geschichte beginnt mit dem Urknall. Dieser Big Bang verursacht eine gewaltige kosmische Genese, die zwei Arten von Entwicklungen hervorbringt: eine quantitative Entwicklung, die maßgeblich durch die Expansion des Universums und seiner Galaxien, Sterne und Planten gekennzeichnet ist. Auf mindestens einem dieser Planeten – unserer Erde – findet gleichzeitig eine qualitative Entwicklung zwei­ facher Art statt, in der a.) aus lebloser Materie erste primitive Lebensformen entstehen, die sich unter den Gesetzmäßigkeiten der Evolution zu immer komplexeren Lebewesen entwickeln, und b.) jedes dieser Lebewesen seinerseits eine Genese durchläuft, die mit der Geburt beginnt und dem Tod endet.  >  05  Die erste Pointe an dieser Geschichte ist das Prinzip des Zufalls, mit dem auch die qualitative Entwicklung des Universums erklärt werden soll. Es beginnt mit dem Ursprung des Lebens, wo sich zufälligerweise nicht nur die entscheidenden protobiologischen Moleküle gebildet haben müssen, sondern vielmehr eine replikationsfähige Urzelle, aus der dann zufällig erste Lebensformen entstanden sind. Die Geschichte setzt sich fort mit der Entfaltung einer enormen Bandbreite von Lebensformen durch zufällige Mutation des genetischen Codes beziehungsweise der Selektion immer neuer Phänotypen, und am Ende dieser Geschichte ist folgerichtig auch das menschliche Bewusstsein nicht mehr als ein besonderer Zufall der Natur, welcher in erster Linie der speziellen Ausprägung des menschlichen Zentralnervensystems beziehungsweise seines Gehirns zugeordnet werden soll. Die zweite Pointe der Geschichte liegt dann in der Hoffnung begründet, das menschliche Bewusstsein nicht nur biologisch, sondern auch chemisch und am Ende sogar physikalisch reduzieren zu können. Dieser Reduktionismus kann zwar nach wie vor einen breiten Konsens in der orthodoxen Wissenschaftsgemeinde erzielen, hat aber in den letzten Jahrzehnten zunehmend auch Kritiker gefunden, deren Zweifel wir unter Rekurs auf den US-ameri­ka­ nischen Philosophen Thomas Nagel als einen der relevantesten Kritiker kurz beleuchten möchte. Der Schwerpunkt liegt dabei auf einer Argumentationslinie, die er zuletzt in Mind and Cosmos (Nagel 2013) entfaltet hat: Die erste Art von Zweifeln richtet sich auf die Frage, als wie wahrscheinlich das Prinzip des Zufalls bei der Entstehung des Lebens und der Ausprägung vielfältiger Arten und konkreter Lebensformen einschließlich ihrer regenerativen Fähigkeiten einzuschätzen ist. Auch wenn Nagel gerade als Philosoph religiöse Erklärungsmodelle naturgemäß nicht teilen mag, hält er es aber doch prinzipiell für „offen“, wie aus toter Materie das Leben in aller seiner Artenvielfalt und letztlich auch der menschliche Geist hervorgegangen sein sollen. Während Nagel sowohl kausale als auch intentionale Erklärungs­ modelle für ungeeignet betrachtet, diese zentralen Fragen befriedigend zu erklären, favorisiert er das Terrain zwischen beiden Positionen und vermutet,

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eine einheitliche Form der Erklärung müsse „teleologische Elemente“ (Nagel 2013, S. 54) beinhalten. Nagel geht es im Kern um „eine […] konstitutive

 >  05 Evolution

Quantitative Entwicklung

der Natur (Kausales Modell)

Erde

Urknall

Qualitative Entwicklung

Darstellung, die zeigt, in welcher Weise bestimmte komplexe physische Systeme ebenfalls mentale sind, und eine geschichtliche Darstellung, die erklärt, wie solche Systeme im Universum seit seinen Anfängen entstanden sind“. (Nagel 2013, S. 82) Die zweite Art von Zweifeln richtet sich auf die Frage, ob Bewusstsein von Lebewesen ganz allgemein beziehungsweise ob der menschliche Geist im Speziellen naturwissenschaftlich reduzierbar ist. Dabei bleibt es bis dato ein mehr oder weniger offenes philosophisches Grundproblem (das sogenannte Leib-Seele-Problem), wie denn nun diese beiden Welten entweder miteinander interagieren (Dualismus) oder ob die eine auf die jeweils andere Realität zu reduzieren sein könnte (Monismus). Relativ neu ist der reduktionistische Versuch, das Mentale mit den Methoden physikalischer Wissenschaft beschreiben und insbesondere verstehen zu wollen, obwohl diese Methoden gerade deshalb so erfolgreich erscheinen, weil gerade hier das Mentale vom Ursprung her programmatisch mehr oder weniger keine Rolle spielt. Ein solcher Versuch müsste also nicht nur 1.) objek­ tivierbare mentale Entitäten der menschlichen Spezies im Allgemeinen beschreiben und verständlich machen können, sondern auch 2.) subjektive mentale Entitäten eines einzelnen Menschen im Speziellen, wenn er als gelungen bezeichnet werden möchte. Ausgangspunkt großer Hoffnungen, dieses Projekt erfolgreich beenden zu können, liegt in der mittlerweile unumstrittenen Tatsache begründet, dass das Mentale stark mit neuronalen Ereighängt. Insbesondere die Neuro- und Kognitionswissenschaften verfolgen das reduktionis­tische Projekt möglicherweise „bis zu dem abschließenden Punkt, an dem der Geist einer objektiven physikalischen Realität einverleibt werden würde, aus der er ursprünglich ausgeschlossen war“. (Nagel 2013, S. 58) In den Kontext dieser modernen Form des philosophischen Leib-SeeleProblems ist seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts die sogenannte Philosophy of Mind einzuordnen, deren Akteure sich im Kern mit der Natur geistiger Zustände beziehungsweise ihrer Ursachen und Wirkungen beschäftigen und sowohl reduktionistische als auch antireduktionistische Positionen gegeneinander ausfechten. Mit dem 1974 publizierten Aufsatz What is it like to be a bat? initiiert Nagel ganz maßgeblich eine heftige Debatte um den

smart building design — Ästhetik

nissen im Zentralnervensystem beziehungsweise dem Gehirn zusammen-

Status sogenannter Qualia als den subjektiven Erlebnisgehalten mentaler Zustände (wie etwa der Geschmack von Rotwein oder der Klang einer Violine). Von ihm glauben die Protagonisten antireduktionistischer Positionen wie Nagel, hier sei das „hervorstechendste Hindernis für einen umfassenden Naturalismus, der einzig auf den Ressourcen der physikalischen Wissenschaft beruht“. (Nagel 2013, S. 55) Aber nicht nur dieser Streitpunkt scheint bereits ein schwerwiegendes Hindernis für reduktionistische Positionen innerhalb der Philosophy of Mind darzustellen, „sondern die Entstehung von subjektiv individuellen Standpunkten – ein Typ von Existenz, der sich logisch von allem unterscheidet, das sich allein durch die physikalischen Wissenschaften beschreiben lässt“. (Nagel 2013, S. 68) Intentionale Zustände des Bewusstseins wie Überzeugungen, Absichten und Wünsche scheinen noch viel weniger einen Platz im physika­lischen Universum finden zu können, wenn sie sich auf Werte, Urteile, Zwecke und Ziele gründen. Nahezu aussichtslos wirkt aber schließlich der reduk­tionistische Versuch, die Gestaltung der humanen Lebenswelt mit den Methoden physikalischer Wissenschaft beschreiben und verständlich machen zu wollen, obwohl die dafür erforderlichen menschlichen Handlungen offen­ kundig teleologischer Natur zu sein scheinen, während dagegen der reduk­ tionistische Naturalismus ein Universum postuliert, das ausschließlich kausaler Natur sei. Wenn Kunst und Wissenschaft als zwei unterschiedliche Formen von Intelligenz die menschliche Spezies in ganz besonderer Art und Weise repräsentieren, muss eine kohärente Theorie in der Lage sein, beide Formen von Intelligi­ bilität beschreiben und insbesondere verständlich machen zu können.  >  06  Aber gerade naturwissenschaftliche Erklärungsmodelle scheinen dafür eben so wenig geeignet zu sein, wie der Versuch, das Design eines Bauwerks mit dem Vokabular von Physik, Chemie und Biologie beschreiben und verständlich machen zu wollen. Sie bleiben wahlweise unvollständig oder völlig unangemessen. Eine gegenseitige Ergänzung kausaler und teleologischer Vor­ stellungen findet nur dann statt, wenn der Naturordnung gestaltbildende Prinzipien als ihr immanent zugestanden werden.  >  07  In dieser modifi­ zierten, säkularen Perspektive ist das Universum von seinem Ursprung her intelligent gestaltet, und auf mindestens einem seiner Planeten gibt es nicht nur eine Vielzahl intelligenter Lebensformen unterschiedlicher Komplexität, sondern mindestens eine intelligente Spezies, die potenziell nicht nur in der Lage ist, die Intelligibilität des Universums mithilfe der Wissenschaft zu beschreiben und zu verstehen, sondern ihre Lebenswelt mithilfe der Kunst auch intelligent zu gestalten. Weder der Architekt als angewandter Künstler noch der Ingenieur als ange­ wandter Physiker werden diesem Anspruch gerecht, sondern verkörpern in ihrem derzeitigen Berufsbild noch mehr oder weniger deutlich die offene Herausforderung, eine historisch gewachsene Trennung von (Bau-)Kunst und (Ingenieur-)Wissenschaft zu überwinden: Ziel ist ein integrales Design des Natur/Kunst-Ganzen in Form der vom Menschen gestalteten Lebens-

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welt.  >  08  Die Evolution der Kultur mit ihrem jeweiligen Stand der Technik steht in dieser Perspektive der Evolution der Natur hin zu immer komplexe-

 >  06 Musik aus der Perspektive von Kunst und Wissenschaft

1

1/2

1/4

1/8

1/16

1/32

1/64

y (t) Schwingungsdauer Amplitude ______ Zeit (t)

 >  07  Evolution der Natur

Quantitative Entwicklung

(Tele­o­logisches Modell)

Erde

Urknall

Qualitative Entwicklung Design ______

 >  08  Integrales Architekt

(Bildende) Kunst

Design ______

Ingenieur

(Ingenieur-)

Wissenschaft

ren Formen nicht unvereinbar gegenüber, sondern gestaltet sich vielmehr sukzessive zu ihrem integralen Bestandteil. Intelligente Funktionen und automatisierte Vorgänge sind in dieser Lesart nicht unnatürlich, sondern korrespondieren mit natürlichen Prozessen. Der heutige Stand der Technik am Bau ist dagegen vielfach noch paradigmatisch (manuell) und wird erst durch den Einsatz intelligenter Technologien in seinen eigentlichen Sinn überführt. Oder anders formuliert: Technik entfaltet erst – und gerade – in automatisierter Form ihren eigentlichen Sinn.

smart building design — Ästhetik

Design

Evolution der Kultur Der Begriff „Kultur“ (von lat. colere: bebauen, pflegen, verehren) hat mannig­ fache Bedeutungen, die jedoch gemeinsam haben, dass sie allesamt vom Menschen Geschaffenes oder Beeinflusstes bezeichnen. Die Kultur steht der Natur diametral gegenüber. Die Begriffe schließen sich gegeneinander weitgehend aus. Selbst die Einflussnahme des Menschen nach den Prinzipien der Natur macht zum Beispiel aus einem (Ur-)Wald einen Kulturwald. Die Mensch­ heits­geschichte ist zugleich die Kulturgeschichte. Sie reicht mehrere Millionen Jahre zurück, ist jedoch erst ab etwa 600 000 Jahren (Altsteinzeit, Paläo­ li­thikum) archäologisch hinreichend genau dokumentiert. Merkmale erster Kulturtechniken waren der Einsatz von Werkzeugen und die Nutzung von Feuer. Erst in der Jungsteinzeit (Neolithikum, etwa 10 000 – 2 000 v. Chr.) begannen Häuserbau, Haustierzucht und Ackerbau (Agrikultur). Einige Schlaglichter der Kulturgeschichte im Zeitraffer: Bronzeguss, Bearbeitung von Eisen, Kalender, Erdvermessung, Staatenbildung, Schrift, Geldwirtschaft, Naturwissenschaft, Industrialisierung. Ein wesentlicher Aspekt der kulturellen Evolution ist der der technischen Entwicklung. Wenngleich der Kulturbegriff die Technik einschließt, so wollen wir die Technik (von griech. technê: Handwerk, Kunst) explizit in ihrer Bedeutung für vom Mensch geschaffene Gegenstände, insbesondere Anlagen, Maschinen und Geräte betrachten. In dieser Publikation liegt der Fokus auf Technik für Gebäude, die dem Aufenthalt von Menschen dienen. Bis zur Nutzung der Elektrizität im 19. Jahrhundert und insbesondere der Halbleitertechnik im 20. Jahrhundert ist die Entwicklung der Gebäudetechnik geprägt von der Mechanik. Zwar lassen sich auch rein mechanisch arbeitende Formen von „Automation“ oder besser Automaten (von lat. automatus: aus eigenem Antrieb handelnd) konstruieren, allerdings ist der technische Aufwand im Vergleich zu elektromechanisch oder elektronisch arbeitenden Systemen ungleich höher und die Anzahl an Funktionen deutlich eingeschränkter. Die eigentliche Geschichte der Automatisierung beginnt erst mit der Halbleitersowie der Digitaltechnik, einerseits durch die damit ermöglichte Form der einfachen Datenübertragung und das Bilden von Übertragungsnetzen sowie andererseits durch die Informationsverarbeitung in hoch verdichteten elek­ tro­­nischen Schaltkreisen, den Prozessoren.  >  09 

Nervensystem für Gebäude Viele Gebäude werden in Skelettbauweise ausgeführt. Die Begriffsanalogie mit der Stützstruktur des Körpers von Wirbeltieren (und vielen weiteren) lädt ein, auch für weitere Gewerke am Bau die morphologische Entsprechung zu suchen. Das Gewerk „Automation“ fände seine adäquate Begriffsanalogie ganz sicher in der Bezeichnung „Nervensystem“. Ein Merkmal des Nervensystems hoch entwickelter Wirbeltiere ist ein im Verbund stehendes Netz aus mehreren Milliarden Neuronen. Die Steuerung erfolgt dabei zentral in Gehirn und Rückenmark. Bemerkenswert ist dabei auch die funktionelle Aufteilung

20

in das vegetative und somatische Nervensystem. Während das vegetative Nervensystem ganz überwiegend Körperfunktionen steuert, die unbewusst,

 >  09  Entwicklungs­

Pleistozän Altsteinzeit

Paläolithikum

geschichte

Jungsteinzeit

Altertum

vor 10 000 Jahren

vor 4 000 Jahren

Neolithikum

Mittelalter Neuzeit

technologischer vor 1,5 Mio. vor 600 000 - 300 000 Jahren Jahren

vor 2 000 Jahren

heute

vor 500 Jahren

Halbleitertechnik

Mechanik Elektrizität Industrialisierung Anlagen Maschinen Geräte Physik

Erdvermessung Buchdruck

Geldwirtschaft Eisenbearbeitung Staatenbildung

Kalender

Keilschrift

Bronzeguss

Häuserbau

Ackerbau Haustierzucht

Spitzen, Messer

Faustkeil

Werkzeuge

Digitaltechnik

Automation

Elektronik Prozessoren

quasi automatisch erfolgen, übernimmt das somatische Nervensystem die Verarbeitung äußerer Sinnesreize und die bewusste Steuerung von Körperfunktionen. Zum Nervensystem zählen insbesondere auch die Organe zur Sinneswahrnehmung: die Rezeptoren. Übertragen auf ein technisches Gebilde stellen Sensoren die Rezeptoren dar, während Aktoren ihre Entsprechung weitgehend in der Muskulatur finden. Auch in einem Gebäude erscheinen im Hinblick auf bestimmte Ereignisse manche Aktionen so sinnvoll, dass sie immer ausgeführt werden sollten, gleich einem körperlichen Reflex. Dies gilt ganz sicher, wenn es sich um Schutzfunktionen für Menschen handelt. Beispielsweise sollte ein Schließ­ mechanismus einer Tür oder eines Tores nicht auslösen, solange sich Personen im Schließbereich aufhalten. Folgt man dem Vorbild der Natur, müsste diese Schutzfunktion im technischen System als „Reflex“ fest gespeichert werden, in der Softwaresprache als „hartcodiert“ bezeichnet. Reaktionen auf andere Ereignisse scheinen dagegen sinnvoller hochdynamisch zu erfolgen, also nach Auswertung zahlreicher Sensordaten, Verrechnung mit dem gespeicherten Erfahrungswissen und / oder einem Wahrscheinlichkeitsmodell, das die Erwartungshaltung des Nutzers beschreibt. Automatisierung ist keinesfalls eine vom Menschen entwickelte Ausprägung der Technisierung, sondern ein selbstverständlicher Teil der Natur und Merkmal zahlreicher natürlicher Organsimen und Lebensformen.

smart building design — Ästhetik

Erfindungen

Internet der Dinge Ein hinreichend ausgereiftes technisches System kann möglicherweise nahe an die Qualität seines natürlichen Vorbildes heranreichen – in einem Punkt kann es jedoch weit mehr: Während in der Natur die neuronale Vernetzung auf ein Individuum beschränkt ist, erlaubt die digitale Vernetzung den Infor­ mationsaustausch von nahezu beliebig vielen Dingen. Im Internet der Dinge (IoT – Internet of Things) steht jedem Ding nun nicht mehr nur die Informa­tion des eigenen abgeschlossenen Systems zur Verfügung, sondern die aus unzähligen weiteren Quellen. Allein dies birgt mehr Potenzial, ein techni­ sches Individuum in eine höhere Entwicklungsebene zu heben, als dies jemals in einem evolutionären Prozess möglich wäre. Die Tragweite dieser Hypothese zeigt sich am Beispiel einer Pflanze. Wir wis­ sen, dass auch in Pflanzen physiologische Vorgänge stattfinden, die Para­l­ lelen mit neuronalen Systemen aufweisen. Für jedes Individuum einer Pflanze wären aktuelle und historische Informationen über Wetter, Klima, Brände, Schädlinge, Parasiten, Boden, Konkurrenten, Fressfeinde und vieles weitere unschätzbar wertvoll, um die eigene Wachstums- und Überlebensstrategie zu optimieren. Lieferte zum Beispiel die Wetterprognose für die nächsten drei Tage die Information „Frostgefahr“, könnte die Pflanze die Blütenbildung etwas verzögern. Ohne diese externen Informationen bleibt der Pflanze nichts anderes übrig, als heuristisch zu reagieren, also mittels eigener „Sen­ sorik“ die Umgebungsbedingungen selbst herauszufinden, möglicherweise zu spät. Allerdings hat diese Eigenständigkeit auch einen unschätzbaren Vor­ teil: Das System ist vollkommen unabhängig von externen Daten. Es droht keine Gefahr durch instabile oder unterbrochene Verbindungen, durch Falsch­informationen oder Dateninkompatibilität, Viren und andere virtuelle Angriffe. In der Gesamtbetrachtung liefert die Vernetzung vermutlich jedoch weit mehr Vor- als Nachteile.

Künstliche Intelligenz Da die permanente Verarbeitung und Auswertung von großen Datenmengen (Big Data) sogar die kognitiven Fähigkeiten der am höchsten entwickelten Spezies der Säugetiere bei Weitem überfordert, bedarf es auch hierzu einer Automatisierungstechnologie, die heute gerne als „KI“, also „Künstliche Intelligenz“, bezeichnet wird. Wenn wir den Blick auf Gebäude richten, dann stellen wir fest, dass die heute mögliche Gewerke übergreifende Vernetzung bereits zahlreiche Vorteile liefert, die sich unter den drei Überschriften Ener­ gieeffizienz, Sicherheit und Komfort einordnen lassen. In einem künftigen intelligenten Gebäude werden vermutlich nicht nur sämtliche Komponenten und Produkte aus Baukonstruktion und technischem Ausbau, deren Eigen­ schaften sich in irgendeiner Form verändern beziehungsweise modulieren lassen (Fenster, Türen, Glasflächen, Wärmedämmung, Beleuchtung, Lüftung, Heizung, Kühlung etc.), in das Automatisierungskonzept eingebunden sein. Es wird wahrscheinlich auch umfassend mit Sensoren sowie Kameras ausge­ stattet sein und damit permanent große Mengen an Daten produzieren, die

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verarbeitet, analysiert, verkauft oder im Rahmen von Geschäftsmodellen von Dienst­leistungsunternehmen der Digitalwirtschaft genutzt werden.

Den Nutzern von Gebäuden werden dadurch zahlreiche Optionen für Mehrwerte geboten, die mutmaßlich über das heute Vorstellbare hinausgehen. Da die überwiegende Zahl der Menschen in Industriegesellschaften den größten Teil ihres – zunehmend digital unterstützen – Lebens in Gebäuden verbringen, spielen Gebäude beziehungsweise das Gebäudeumfeld eine zentrale Rolle hinsichtlich Mensch-zentrierter Assistenz-, Interaktions- sowie Kommunikations­ systeme. Natürlich erscheint dieses Feld deshalb auch für viele Marktteil­ nehmer unter wirtschaftlichen Aspekten hoch interessant. In Ansätzen erleben wir heute bereits, dass Menschen von Routinetätigkeiten, die vielleicht langweilig und monoton oder auch ungesund sind, entlastet werden. Beispiels­ weise Staubsauger und Mähroboter, zwar nicht als Teil des Gebäudes, sondern im Stand-alone-Betrieb, erfreuen sich bereits großer Beliebtheit. Reinigungsund Pflegearbeiten wie Glasflächen- oder Bodenreinigung werden künftig sicher nur noch in Ausnahmefällen manuell durchgeführt. Die Ver- und Entsorgung des Gebäudes wird analysiert und ständig optimiert. Dazu zählen auch der Einkauf von Energie, überwiegend in Form von Elek­trizität, sowie deren Verkauf, aber auch die Beschaffung von Lebensmitteln und anderen Konsumgütern. Gebäude werden außerdem zunehmend Assistenzaufgaben übernehmen und Menschen zu einem gesunden Lebensstil motivieren, indem sie Anreize setzen und Belohnungen geben. Personen mit körperlichen Einschränkungen, sei es temporär oder dauerhaft, eröffnen sich ebenfalls völlig neue Optionen. Den vermutlich nicht ganz unberechtigten Bedenken und Sorgen vor technisch hochgerüsteten Gebäuden, die sich zum Beispiel in Form von Bedenken hinsichtlich möglicher Fehlfunktionen, mangelnder Bedienbarkeit oder Überwachung durch Cloud-Services aus­ drücken, stehen zahllose Dienste und Funktionen gegenüber, die Menschen ein anderes, selbstbestimmteres Lebensgefühl geben können und ihnen

smart building design — Ästhetik

mehr Zeit für die Dinge lassen, die sie gerne tun wollen.

Funktion und Form Unabhängig davon, wie ein intelligentes Gebäude (Smart Building) heute oder in Zukunft technologisch umgesetzt wird, bleibt eine Frage zunächst zentral: Welchen konkreten neuen Nutzen können intelligente Technologien und Systeme generieren, um ihren Einsatz möglichst überzeugend zu rechtfertigen? In der Beantwortung dieser Frage geht es uns nicht um den überschaubaren Funktionsspielraum von simpler Unterhaltungselektronik in Form smarter Gadgets aus Fernost, auch wenn dieser Markt Milliardenumsätze generiert. Es geht uns vielmehr darum, neue Funktionsspielräume für Gebäude aufzuzeigen, die einen ersten Eindruck vermitteln, was es mit der vielfach verwendeten Vernetzung der Gewerke auf sich haben könnte. Ist damit aber bereits alles Wesentliche gesagt? Die nach wie vor wohl einflussreichste Designdoktrin der jüngeren Vergangenheit, nämlich Form follows Function von Louis Sullivan (1856 – 1924), könnte so missverstanden werden. Ein genauerer Blick zeigt, dass Sullivan an viel Anspruchsvolleres denkt, wenn er konstatiert: „Ob es der gravitätische Adler in seinem Flug sei oder die geöffnete Apfelblüte, das sich abplagende Arbeitspferd, der anmutige Schwan, die sich abzweigende Eiche, der sich schlängelnde Strom an seiner Quelle, die treibenden Wolken, über allem die scheinende Sonne, die Form folgt immer der Funktion, und dies ist das Gesetz. Wo die Funktion sich nicht ändert, ändert sich die Form nicht.“. (Sullivan 1896, S. 408) Sullivans respektvolle Beobachtung zielt auf das Beispiel der Natur, in der Schönheit und Zweckmäßigkeit eine nahezu perfekte Symbiose eingehen und eine atemberaubende Vielfalt an intelligenten Formen auf der Erde hervorbringen. Denken wir in diese Richtung weiter, so liegt die Funktion einzelner Formen (z. B. Funktion und Form einer Apfel­ blüte) nicht nur in sich selbst begründet, sondern gleichermaßen in der komplexen Vernetzung mit der natürlichen Umwelt, deren Architektur bis heute nicht ansatzweise von den Naturwissenschaften dechiffriert ist. Wenn der Begriff „Architektur“ im 4. Jahrhundert v. Chr. seine überragende sprachliche Bedeutung als Synonym für die (vor-)denkende, gestaltende und letztlich planende Kraft des Menschen erhält (beispielsweise im Hinblick auf die Architektur des Bauwerkes, der Stadt, der Wirtschaft, des Staates usw.), so stellt Aristoteles bekanntermaßen fest, das Ganze sei mehr als die Summe aller Teile. Sicherlich spielt gerade bei einem Bauwerk der einzelne Raum beziehungsweise die (räumliche) Vernetzung (Organisation) aller Räume untereinander eine zentrale Rolle, denn hier begründet sich die elementare Funktion eines jeden Gebäudes per se. Und natürlich leitet sich demzufolge der Hauptanreiz intelligenter Funktionen aus der Beantwortung der Frage ab, inwieweit sich ein direkt erfahrbarer Nutzen vor allem im räumlichen Gefüge wiederfindet. Gleichzeitig zeigen sich aber gerade in diesem Zusammenhang auch Grenzen, Funktionsspielräume intelligenter Technologien abschließend kategorisieren zu können. Es verhält sich hier genau wie mit dem Versuch, die Funktionen von

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Bauwerken abschließend beschreiben zu wollen: Zwar gibt es durchaus Standardliteratur, die Gebäudetypologien in lexikalischer Manier behandelt und

Systemaufbau

Cluster

automatischer Funktionen

______ Komfort Effizienz Sicherheit ...

Teilfunktionen

Temperatur ...

Grundfunktionen

Schalten Stellen Melden Zählen Messen

Funktionale Merkmale, u. a. ___ ___

Temperatur

Schalten

Luft

Stellen

Melden

Licht

Zählen

Messen

insofern ein Grundrepertoire an Gestaltungsspielräumen liefert, die typischen Räume eines bestimmten Gebäudetyps möglichst funktionierend zu organisieren. Spätestens aber mit der ersten komplexeren Entwurfsaufgabe eines Gebäudes in einem realistischen Szenario zeigen sich die Grenzen derartiger Nachschlagewerke. Und auch wenn die bei vielen Planern so bekannte Bauentwurfslehre von Ernst Neufert vermutlich immer noch ihren verdienten Platz in der Firmenbibliothek innehat, so ist die tägliche Arbeits- und Lösungs­ vielfalt doch so unendlich viel komplexer, immer wieder neu und anders. Kein professioneller Planer würde auf die abwegige Idee kommen, ausgerechnet bei der Vernetzung der Gewerke – in klassischer Lesart als „Architektur“ bezeichnet – ließen sich simple Funktionsspielräume komplett durchstandardisieren. Automatisierte Vorgänge entlasten den Menschen, erweitern seinen Handlungsspielraum und ermöglichen neue Freiräume. Insofern liefern die folgenden Ausführungen nur eine einführende Beschreibung typischer Funktionen, die allerdings im realen Projekt so unendlich viel komplexer, immer wieder neu und anders, ihre Gestalt finden müssen.

Anwendungsfunktionen Im Gegensatz zur Frage nach den elementaren (atomaren) Grundfunktionen automatischer Prozesse wie zum Beispiel Schalten, Stellen, Melden, Zählen, Messen, zielt die Frage nach einem anwendungsorientierten Nutzen intelligenter Funktionen zunächst auf das softwarebasierte Zusammenspiel von elektro­nischen Komponenten. Der Vorteil eines automatisierten Systems liegt vor allem darin begründet, dass sogenannte Sensoren und Aktoren über ein geeignetes Übertragungsmedium Daten austauschen können. Dieses ein­ fache Prinzip kann auf verschiedene Gewerke übertragen werden. Ein Sensor meldet zum Beispiel Präsenz, und das Licht geht automatisch an. Oder ein Sensor misst eine schlechte Luftqualität, und der Volumenstrom erhöht sich auto­matisch über die Lüftungsanlage. Insofern erscheint das Zusammenspiel von Sensoren und Aktoren zunächst als eine Art Teilfunktion, die innerhalb eines einzigen Gewerkes ihre Wirkung entfaltet. Solche Teilfunktionen bilden nun die elementare Basis für ganze Cluster von Anwendungsfunktionen, die dann verschiedene Gewerke miteinander vernetzen.  >  10 

smart building design — Form und Funktion

 >  10

Die einzelnen Gewerke werden dabei nicht mehr isoliert voneinander be­­ trachtet, sondern mithilfe von Gebäudeautomationssystemen (GA-Systeme) untereinander vernetzt. GA-Systeme dienen in erster Linie der Informationsübertragung und erzeugen ähnlich wie das menschliche Nervensystem für sich selbst gesehen zunächst keinen wahrnehmbaren Nutzen. Erst im auto­ ma­tischen Zusammenspiel der unterschiedlichen technischen Gewerke wird das Ziel eines jeden einzelnen technischen Systems optimiert. Marktgängig sind hier insbesondere Cluster von Anwendungsfunktionen mit dem Ziel von mehr Sicherheit, besserer Energieeffizienz und höherem Komfort, die nachfolgend beispielhaft skizziert werden.

Sicherheitsfunktionen Alle automatischen Sicherheitsfunktionen in Gebäuden zielen vor allem auf die Meldung von Bränden, Einbrüchen und Überfällen. Zu den Aufgaben dieser sogenannten Gefahrenmeldeanlagen (GMA) gehören unter anderem: —— Selbstüberwachung der eigenen Betriebsbereitschaft —— Alarmierung im Gefahrenfall (lokal und an Hilfe leistende Stellen) —— Auslösung von automatischen Vorgängen zur Schadensbegrenzung In den meisten Fällen werden Gefahrenmeldeanlagen von der zuständigen Bauaufsichtsbehörde und / oder dem Sachversicherer gefordert und sind mit zertifizierten Anlagenkomponenten nach fest vorgeschriebenen Regeln zu planen, zu errichten und zu betreiben. Gefahrenmeldeanlagen arbeiten in aller Regel als autonome Systeme und werden deshalb normalerweise nicht über die Kommunikationsprotokolle der Gebäudeautomation realisiert. Davon ausgenommen sind kleinere, nicht genehmigungspflichtige Anlagen, beispielsweise vernetzte Rauchmelder. Gefahrenmeldeanlagen besitzen aber häufig geeignete Schnittstellen, um relevante Informationen an das GA-System zu liefern. So sorgt beispielsweise die Auslösung einer Brandmeldeanlage für eine ganze Kaskade von automatischen Ereignissen, die zunächst im Brandschutzkonzept festgelegt und anschließend im Brandfall über eine entsprechende Brandfallsteuerung koordiniert werden. Betroffen sind davon alle brandschutzrelevanten Anlagen verschiedener Gewerke.

Energieeffizienzfunktionen Jeder natürliche Organismus, mehr noch die gesamte belebte Natur ist effizient organisiert. Selbst bei höheren Lebewesen und nicht zuletzt auch beim Menschen obliegt dabei die Frage nach einem effizienten Umgang mit der von außen zugeführten Lebensenergie in Form von Nahrung mehr oder weniger unbewussten Stoffwechselprozessen, die im Wesentlichen auf Funktionen des vegetativen Nervensystems basieren. Insofern aber heute die

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Gesamtheit aller Menschen nach derzeitigem Stand des Wissens eben nicht effizient organisiert ist und – obwohl selbst Teil der belebten Natur – offenbar

 >  11 der Anlagen­ technik

Erneuerbare Energien

Solarenergie Bioenergie Umweltenergie Windkraft Wasserkraft

Systemgrenze

Vermeidung Erzeugung von Verlusten Speicherung Verteilung Übergabe

Betriebsweise der Anlagentechnik

______

______

stark auf deren Kosten lebt, ist die Frage nach einem effizienteren Umgang mit Energie bereits seit mehreren Jahrzehnten elementarer Bestandteil der Planungsziele von Investoren, Planern, Herstellern und Handwerkern im Bausektor und wird sowohl gesetzlich reguliert als auch marktliberal verfolgt. Allerdings liegen die meisten Ansatzpunkte hier vornehmlich im Bereich konventioneller Bau- und Anlagentechnik, was nicht wirklich nachvollziehbar ist, da selbst die effizienteste Bau- und Anlagentechnik nahezu keinen Einfluss darauf ausübt, wie sich ein Nutzer verhält, wenn er zum Beispiel einen Raum längere Zeit verlässt. Macht er das Licht aus? Bleibt das Licht einfach an? Bereits dieses kleine Beispiel zeigt eine eklatante Lücke in den konventionellen, statischen Strategien zur Gestaltung energetisch hocheffizienter Gebäude. Viele technische Maßnahmen erweisen sich erst dann als energieeffizient, wenn sichergestellt wird, dass auch der Betrieb der Anlagentechnik effizient erfolgt. Dabei kommt einer bedarfsabhängigen Bereitstellung von Energie in Form von Wärme und Kälte, Warmwasser, frischer Luft und künstlichem Licht eine wesentliche Rolle zu. Das heißt es wird nur die Energie bereitgestellt, die real im Raum benötigt wird. Unnötige Energieverluste werden bereits im Vorfeld in Bezug auf —— (aus energetischer Sicht) problematisches Nutzerverhalten, —— An- und Abwesenheit von Personen im Raum und —— vorab zu definierende Zeitfenster, in denen Energie überhaupt benötigt wird, durch automatische Systeme vermieden.  >  11  In der aktuellen Norm DIN V 18599 Energetische Bewertung von Gebäuden werden in Deutschland deshalb solche Überlegungen erstmals in Teil 11 Gebäudeautomation berücksichtigt und sind mit einer Novelle der Energie­ einsparverordnung (EnEV) erstmals in Kraft getreten. Strukturell entsprechen die hier aufgeführten Automatisierungsgrade A – D den gleichnamigen Funktionsklassen A – D der Norm EN 15232 Gesamtenergieeffizienz von Gebäu­ den – Einfluss von Gebäudeautomation und Gebäudemanagement, wobei Effizienzklasse A besonders hocheffiziente Automationssysteme beinhaltet

smart building design — Form und Funktion

Effizienzfaktoren

und Effizienzklasse D quasi als Sanierungsfall gilt.  >  12  Die EN 15232 beinhaltet in erster Linie eine Spezifikation von Methoden zur Einschätzung des Einflusses von Gebäudeautomation und intelligentem Technischen Gebäudemanagement (TGM) auf die Energieeffizienz von Gebäuden. Diese Spezi­­­fi­ kation umfasst unter anderem 1. eine strukturierte Liste von Funktionen der Gebäudeautomation beziehungsweise des intelligenten Technischen Gebäudemanagements, die Einfluss auf die Energieeffizienz von Gebäuden nehmen. 2. eine vereinfachte und detaillierte Methodik zur Einschätzung des Einflusses dieser Funktionen auf die Energieeffizienz eines Gebäudes. Mit der EN 15232 ist es möglich, den Nutzen von Gebäudeautomation und intelligentem Technischen Gebäudemanagement sowohl qualitativ als auch quantitativ auf Basis der oben genannten Funktionsliste darzustellen. Diese Funktionen werden den sogenannten GA-Effizienzklassen (A, B, C, D) zugeordnet und beziehen sich auf die Regelung von —— Heizung, —— Trinkwassererwärmung, —— Kühlung, —— Lüftung und Klima, —— Beleuchtung, —— beweglichen Sonnenschutzeinrichtungen sowie den Einsatz eines intelligenten Technischen Gebäudemanagements. Den vier GA-Effizienzklassen sind sowohl für Nicht-Wohngebäude als auch für Wohngebäude folgende GA-Systeme zugeordnet.  >  13  Die EN 15232 kennt sowohl ein ausführliches Verfahren als auch ein faktorbasiertes Verfahren zur Berechnung der Auswirkung der Funktionen in einer GA-Effizienz­klasse auf die Energieeffizienz des Gebäudes. Das faktorbasierte Verfahren ermöglicht eine einfache Berechnung über sogenannte GA-Faktoren. Die in EN 15232 hinterlegten GA-Faktoren werden mithilfe dynamischer Simula­tionen berechnet und ermöglichen eine grobe quantitative Abschätzung der Auswirkungen von GAund TGM-Funktionen auf den Bedarf des Gebäudes an thermischer und elektrischer Endenergie entsprechend den GA-Effizienzklassen. So kann sich bei Bürogebäuden, ausgestattet mit einem GA-System der Klasse A, 1. der erforderliche Energiebedarf thermischer Endenergie (Heizung, Trinkwassererwärmung und Kühlung) um bis zu 30  % und 2. der erforderliche Energiebedarf elektrischer Endenergie (Beleuchtung und Hilfsenergie) um bis zu 13  % reduzieren. Der Ursprung des Energiebedarfs wird dabei zuallererst den Räumen zugewiesen. Zentrale Aufgabe der oben genannten technischen Anlagen ist es, ein bedarfsgerechtes und komfortables Raumklima für die Nutzer der Räume zu gewährleisten. Wird auf dieser Basis thermische und elektrische Energie

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bereitgestellt, können mögliche Verluste in Verteilung, Speicherung und Erzeugung maximal reduziert werden.  >  14 

 >  12  Energetische Bewertung von GA-Systemen (EU und Deutschland)

Richtlinie

EU

Deutschland

EPBD

EnEG

Gebäude

gesetz

Energieeinspar-

Energieeffiziente

Gesetz

Durchführungs-

EnEV

verordnung

Energieeinsparverordnung

Referenziert auf

Norm

Normen ______ EN 15323

DIN V 18599 Teil 11 ______

Berechnungs-

Bewertung von

Bewertung von

Auswirkung von

Energetische

Energetische

GA-Systemen

GA-Systemen

methoden der

Maßnahmen auf die Energieeffizienz

 >  13 GA-Effizienz­

Klasse A ______

entspricht hoch energieeffizienten GA-Systemen und TGM-Funktionen

Klasse B

entspricht erweiterten GA-Systemen und einigen speziellen TGM-Funktionen

Klasse C

entspricht Standard-GA-Systemen (Referenzfall)

Klasse D

entspricht GA-Systemen, die nicht energieeffizient sind. Gebäude mit der-

klassen nach EN 15232

artigen Systemen sind zu modernisieren. Neue Gebäude dürfen nicht mit derartigen Systemen gebaut werden.

 >  14 Bedarfsgerechte Betriebs­philo­sophie

System

AA (Erzeugung) _______ Bedarf

Energie

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

(TGM) Technisches Gebäudemanagement (AA) Anlagenautomation (RA) Raumautomation

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

smart building design — Form und Funktion

TGM

des Gebäudes

Allerdings finden die in EN 15232 aufgeführten GA-Faktoren zur Reduktion thermischer und elektrischer Endenergie gängiger Gebäudetypen derzeit weder in nationalen Gesetzgebungen eine ausreichende Berücksichtigung noch in führenden und international verbreiteten Gebäudezertifizierungs­ systemen wie BREEAM, LEED oder DGNB. Um diese Potenziale jenseits gesetz­licher Regulierungen dennoch zu erschließen, führte die eu.bac (european building automation controls association) eine neue Audit-Methodik für Gebäude­automationssysteme ein und startete ein Rollout für ganz Europa. eu.bac System ist hersteller- und produktneutral und basiert auf denselben Anwendungsfunktionen wie die EN 15232. Anders jedoch als EN 15232 basiert das eu.bac System auf einem gewichteten Verfahren: Nicht das ganze GA-System wird einheitlich energetisch klassifiziert, sondern seine einzelnen Räume und Zonen. So wird eine deutlich größere Praxisnähe erreicht, da in der Regel beispielsweise ein Flur anders konditioniert und automatisiert wird als ein Büro. Um das Bewertungssystem auf einen sicheren Boden zu stellen, wurden die zugrunde liegenden Verfahren und Gewichtungsfaktoren von einer deutschen Universität verifiziert und bestätigt. Die Effizienzklassen der Automatisierung reichen dabei von E bis AA und werden über eine Skala von 0 – 100 Punkten relativ bewertet. Trotz seiner Praxisnähe und Vorzüge ist eu.bac System aktuell noch nicht fest im Markt verankert. Hierfür kommen derzeit noch folgende Gründe infrage: 1. Integration in den Bausektor  eu.bac System basiert auf EN 15232 als technischer Regel in Europa. Gleichzeitig ist die EN 15232 beispielsweise in Deutschland strukturell die Basis für DIN V 18599 Teil 11 als gültiger Berechnungsnorm der Energieeinsparverordnung (EnEV). Während die EN 15232 in die GAEffizienzklassen A – D unterscheidet, erfolgt die Einteilung nach eu.bac System in AA – E. Es erscheint zwingend notwendig, diese Unter­ scheidungen zu harmonisieren. 2. Überprüfbarkeit der energetischen Relevanz des Systems Die energetische Relevanz der EN 15232 beziehungsweise von eu.bac System basiert überwiegend auf theoretischen Berechnungen und ist bis dato noch nicht in ausreichender Form empirisch belegt. Geeignete Forschungsprojekte über einen Zeitraum von mindestens zwei Jahren sollten die energetische Relevanz von GA/TGM gemäß der EN 15232 beziehungsweise eu.bac System noch weiter empirisch belegen und dadurch einen stärkeren Einfluss im Bausektor vorbereiten. 3. Planungswerkzeuge (Vernetzung der Gewerke) Eine entscheidende Aussage von eu.bac System lautet: „Die zentrale Aufgabe eines Gebäudeautomationssystems ist die Steuerung und Überwachung von Heizungs-, Kühlungs- und Klimaanwendungen sowie Beleuchtung und Beschattung.“ (System Audit Flyer, 2015) Insofern verfolgt eu.bac System einen integralen Planungsansatz im Schnitt­ stellenbereich planender Architekten und Ingenieure und steht deshalb vor der Herausforderung, Anteil zu nehmen an den marktüblichen

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Organisationsformen der integralen Planung mittels marktgängiger Planungswerkzeuge.

Komfortfunktionen (Ergonomie des Gebäudes) Einige der bis dato beschriebenen Automatismen ergeben nicht nur im Kontext von Effizienz einen Sinn, sondern auch im Kontext von Komfort. So ist es beispielsweise gleichermaßen effizient und komfortabel, das Licht bei Ver­ lassen eines Raumes automatisch auszuschalten oder den Luftvolumenstrom bedarfsgerecht in Abhängigkeit von der Luftqualität zu variieren. Mit „Komfort“ bezeichnen wir an dieser Stelle nicht solche Anwendungsfunktionen, die sich als verzichtbarer Luxus in einer Minderzahl von realisierten Gebäuden wiederfinden, sondern vielmehr automatische Anwendungsfunktionen, die eine ergonomische und daher komfortable Nutzung einer Vielzahl aller möglichen Gebäude ermöglichen. In dieser Hinsicht versucht beispielsweise die VDI Richtlinie 3812 Assistenz­ funktionen zum Wohnen über eine Planungsmatrix unter anderem auch Komfortspielräume intelligenter Funktionen zu standardisieren. Das Licht in einem Raum wird zum Beispiel nicht mehr nur mithilfe eines einfachen Schalters einund ausgeschaltet, sondern es besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Lichtszenarien abzurufen (vgl. Assistenzfunktion 13 in der VDI Richtlinie 3812). Im Vergleich zu der enormen Vielfalt standardisierter Assistenzfunk­ tionen in einem aktuellen Mittelklassewagen stellen diese Beispiele allerdings nicht mehr als erste, ausbaufähige Versuche dar, automatische Funk­ tionsspielräume auch jenseits von Sicherheit und Effizienz zu etablieren. Werden allerdings die Funktionen subtrahiert, die sich bei der Gestaltung von Fahrzeugen alleine durch die Mobilität ergeben, so scheint die typische Einraumsituation mit nahezu identischer Funktion in der Automobilbranche recht überschaubar zu sein im Vergleich zur Baubranche mit ihren typischen Vielraumsituationen unterschiedlichster Funktionen. Die sich dadurch ergebenden breiten und komplexen Anwendungsspiel­ räume können wir an dieser Stelle in allgemeine- und spezielle Anwendungs­ bereiche unterscheiden. Damit sind auf der einen Seite Anwendungen gemeint, die sich für die technische Ausgestaltung eines jeden möglichen Raumes im Allgemeinen anbieten. Diese Anwendungsbereiche umfassen des beispielsweise durch automatische Fenster, Türen, Wände, Treppen oder Möbel. Darüber hinaus geht es bei allen Räumen zum einen um die Gestaltung eines angenehmen Raumklimas durch die automatische Heizung, Kühlung, Lüftung und Klimatisierung der Räume. Zum anderen geht es um die Gestaltung einer guten Beleuchtung durch automatische Lichtszenen und dynamische Beleuchtungsstrategien. Nicht zuletzt existieren allgemeine Anwendungsbereiche, die zwar nicht in jedem Raum, aber dafür in jedem Gebäude zur Anwendung kommen, wie zum Beispiel Sanitäranwendungen. Auf der anderen Seite gibt es spezielle Anwendungen, die sich ausschließlich im Kontext bestimmter Räume und ihrer Nutzung ergeben: Diese können dann wiederum jeweils ihre ganz eigenen Gestaltungsspielräume automa­ tisierter Anwendungen hervorbringen. Das gilt beispielsweise für Hotel­ räume, Gastronomieräume, Ausstellungsräume, Verkaufsräume oder Sakralräume. Alle allgemeinen und speziellen Anwendungen erzeugen aber nur dann einen sinnvollen Nutzen, wenn alle wesentlichen Vorbedingungen für

smart building design — Form und Funktion

zunächst sicherlich die Möglichkeit einer einfachen Benutzbarkeit des Gebäu-

einen Gewerke übergreifenden Einsatz intelligenter Systeme durch eine geeignete Fachplanung der jeweiligen Gewerke (z. B. Heizung, Kühlung, Lüftung und Klimatisierung, Beleuchtung) vorbereitet werden. Hierbei ist von entscheidender Bedeutung, dass ein Gewerk fachgerecht im Hinblick auf automatisierte Vorgänge geplant wird, da es ansonsten nicht fachgerecht automatisiert werden kann.  >  15 

Übergeordnete Managementfunktionen In der Natur werden bei höheren Lebewesen nahezu alle sinnlichen Eindrücke über komplexe Zentralnervensysteme verarbeitet, um die artspezifischen Handlungen eines Lebewesens situationsabhängig zu ermöglichen. Insbesondere für höhere Lebewesen bildet das Gehirn die zentrale Instanz für eine Vielzahl von angeborenen und zu erlernenden Organisationen der unterschiedlichen Funktionsbereiche des gesamten Körpers. Nicht viel anders sieht es mit intelligenten Systemen im Gebäude aus. Hier sind es zentrale Management- und Bedieneinrichtungen, über die sämtliche Daten im Gebäude verarbeitet werden. Alle projektspezifischen Funktionen werden überwacht und gegebenenfalls modifiziert, um die Gesamtfunktionalität zu optimieren. Hierfür müssen Zustände im Gebäude zentral angezeigt, bedient, aufgezeichnet und ausgewertet werden können: Auf dieser Basis erfolgt dann beispielsweise das Management von Sollwerten, Betriebszeiten, Anlagen­fehlern, Energieanforderungen.  >  16  Ist das gesamte funktionale Gefüge eines intelligenten Gebäudes in dieser Hinsicht nicht ausreichend orga­nisiert, droht dem System früher oder später ein Kollaps sowohl in Form von Fehlfunktionen und Komforteinbußen als auch durch steigende Betriebs-, Wartungs- und Instandsetzungskosten. Ein intelligentes Technisches Gebäudemanagement ermöglicht hingegen die kontinuierliche Anpassung und Verbesserung des Betriebs an den tatsächlichen Bedarf der Nutzer über geeignete Schlüsselindikatoren. Inwieweit diese Veränderungen in Zukunft sogar über selbstlernende Systeme optimiert werden können, hängt letztlich auch davon ab, in welchem Umfang menschliche Nutzerprofile standardi­sierbar sind. Hier wird es wohl auch Grenzen geben: Denn intelligente Technologien erzeugen für sich selbst gesehen keinen wahrnehmbaren Nutzen. Erst im übergeordneten Zusammenspiel der unterschiedlichen Gewerke wird der Nutzen eines jeden einzelnen technischen Systems optimiert, wobei der Mensch im Mittelpunkt aller Überlegungen stehen muss. Insofern ist es für die Akzeptanz eines intelligenten Gebäudes ebenso wichtig, jenseits aller zuvor spezifizierten Automatismen auch individuelle Handlungsmuster der Nutzer situationsabhängig zu berücksichtigen.  >  17 

32

 >  15 Fachplanung und intelligente

Klimaplaner

...

Lichtplaner

...

Licht

...

Anwendungs­ funktionen _______ User Interface/Automatismen Datenpunkte ...

Temperatur

Luft

 >  16 Ziele des Technischen

_______ Controlling

_______ TGM

Gebäude­

Visualisierung von Betriebszuständen

managements

Parametrierung technischer Anlagen Historisierung von Betriebsdaten Analyse der Betriebsdaten

_______ System

AA (Erzeugung) Bedarf

Energie

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

(TGM) Technisches Gebäudemanagement (AA) Anlagenautomation

 >  17 Betriebskreislauf eines intelligenten Gebäudes Allgemeine Spezifikation der Funktionalität

Inbetriebnahme

Individuelle Anpassung der Funktionalität ______

______

Kontinuierliche Verbesserung

______

Analyse Überwachung

smart building design — Form und Funktion

(RA) Raumautomation

Anzeige- und Bedienfunktionen (User Interface) Damit erweist sich nicht nur die Gewerke übergreifenden Gestaltung automatischer Anwendungen, sondern gleichermaßen auch die Gestaltung von Anzeige- und Bedienfunktionen als entscheidend für den Erfolg und die Akzeptanz intelligenter Technologien. Diese Aufgabe umfasst das Design interaktiver Benutzerschnittstellen (User Interface) sowohl von 1.) zentralen Anzeige- und Bedienfunktionen für das intelligente Technische Gebäude­ management als auch von 2.) dezentralen Anzeige- und Bedienfunktionen für die Nutzung aller Räume. Die Benutzerschnittstellen ermöglichen den Nutzern sowohl individuelle Handlungsspielräume als auch Anpassungen der Betriebsphilosophie. Inwieweit aber die für ein Bauprojekt erforderlichen Anzeige- und Bedienfunktionen zum Beispiel in Form von —— Bediengeräten (z. B. Touchpanels), —— Apps auf Computern, Smartphones, Tablets und Wearables, —— interaktiven Projektionen oder Hologrammen oder —— Gesten- und Spracherkennung realisiert werden, ist interdisziplinär herauszuarbeiten. Denn das Design aller Automatismen im Gebäude samt seiner Bedienung über geeignete Benutzer­ schnittstellen korrespondiert maßgeblich mit der konkreten Ausgestaltung der einzelnen Gewerke und nicht zuletzt auch mit der Nutzererfahrung (User Experience).  >  18  In nahezu allen anderen Branchen steht die Frage der Usability interaktiver Benutzerschnittstellen im Zentrum einer interdisziplinären Gestaltungsarbeit von Designern, Informatikern und Ingenieuren. In der Baubranche hingegen wird ausgerechnet diese Frage in vielen Fällen gestaltungsund planungsfremden Technologen überlassen – mit dem entsprechenden Ergebnis: Intelligente Technologien werden abgelehnt.

Gestaltungsspielräume Bis zu diesem Punkt erscheint uns die Funktionalität eines intelligenten Gebäudes zunächst einmal als eine aufsteigende Reihenfolge von a.) elementaren Grundfunktionen automatischer Prozesse, wie zum Beispiel Schalten, Stellen, Melden, Zählen, Messen, b.) Teilfunktionen innerhalb eines Gewerkes als ein automa­tisches Zusammenspiel von Sensoren und Aktoren, wie zum Beispiel die Messung der Luftqualität eines Raumes und die automatische Anpassung des Volumen­stromes über eine Lüftungsanlage und c.) Gewerke übergreifende Cluster von Anwendungsfunktionen, beispielsweise mit dem Ziel von mehr Sicherheit, besserer Energieeffizienz und höherem Komfort. Darauf lässt sich die gesamte Funktionalität eines intelligenten Gebäudes allerdings nicht reduzieren. Zwar korrespondiert die Nutzung eines Gebäudes auf Basis intelligenter Technolo­ g ien einerseits mit standardisierten Anwendungsfunktionen. Es

34

erscheint aber andererseits fraglich, ob dieses Unternehmen ausschließlich in standardisierter Form gelingen könnte. Dagegen sprechen folgende Argumente:

 >  18 Typische Benutzer­ schnittstellen Hologramm

Gestenerkennung

Spracherkennung

Smartphone

Wearable Touchpanel

1. Im Gegensatz zu vielen anderen Branchen werden in der Baubranche nach wie vor keine Serienprodukte entwickelt, von Robotern gebaut und in hohen Stückzahlen verkauft. Nahezu jedes Bauprojekt generiert eine Art Prototyp, der in einem mehr oder weniger komplexen städtebaulichen Zusammenhang errichtet wird. Und es ist auch nicht abzu­ sehen, dass sich das in absehbarer Zukunft ändert. Nicht auf der grünen Wiese werden die Bauaufgaben der Zukunft gelöst, sondern im städtebaulichen Kontext und im Gebäudebestand. Hier schließt sich das zweite Argument an. 2. Die postmodernen Gesellschaften erzeugen einen hohen Grad an Individualisierung, der sich letztlich auch in einem Funktions- und Formen­pluralismus der Architektur widerspiegeln möchte. Wohl zurück, die heute in vielen Fällen wieder flächendeckend abgerissen und überplant wird. Der Formenpluralismus der Architektur korres­ pondiert dann maßgeblich mit einem Funktionspluralismus intelligenter Technologien. 3. Viele Marktforscher gehen davon aus, dass es bereits in naher Zukunft Milliarden vernetzter smarter Geräte geben könnte, welche innerhalb der Vision vom Internet der Dinge Anwendungsspielräume ohne Grenzen eröffnen. Manche der skizzierten Szenarien nähren allerdings auf der anderen Seite alle Vorurteile, die in smarten Gebäuden einen verzichtbaren Luxus sehen. Jenseits standardisierter Anwendungsfunktionen ergeben sich also auch individuelle, projektspezifische und komplexe Gestaltungsspielräume. Diese müssen auf Basis einer dezidierten Projektanalyse in ein technisches Gesamtkonzept eingebettet werden und bilden einen integralen Bestandteil des

smart building design — Form und Funktion

niemand wünscht sich die standardisierte Baukultur der 1970er-Jahre

Designs eines intelligenten Gebäudes. Gerade hier ist also nicht ein verkürztes Verständnis intelligenter Technolo­gien in Form eines handwerklichen Know-hows, sondern vielmehr ein hohes Maß an gestalterischer und planender Intel­ligenz nötig, die dem Know-how ein Know-what vorausschickt, welches intelligenten Gebäuden Struktur, Form und vielfältigen sinnvollen Nutzen (= Inhalt) verleiht.3 Wenn wir eingangs intelligente Systeme mit einem Zentralnervensystem verglichen haben, so sagt diese anatomische Perspektive noch sehr wenig aus über die Verflechtungen mit dem gesamten Baukörper. Mehr noch: Möchten wir zum Beispiel die Funktionsweise des menschlichen Körpers besser kennen­lernen, so ist der Sobotta (Atlas der Anatomie des Menschen) sicherlich eine gute Wahl. Möchten wir dagegen wissen, wie der Mensch konkret lebt, wechseln wir besser vom Standbein der Wissenschaft auf das Standbein der Kunst, die hier beispielsweise in Form von Literatur, Film oder Theater Antworten bietet. Es ist eine Sache, die philosophischen, ökonomischen, sozio­logischen und psychologischen Implikationen des Groß­bürgertums Mitte des 19. Jahrhunderts wissenschaftlich zu beschreiben. Eine ganze andere Sache ist es dagegen, wenn Thomas Mann (1875 – 1955) die Geschichte der hanse­a tischen Kaufmannsfamilie Buddenbrook über vier Genera­tionen kunstvoll erzählt.

3 Vgl. auch Half 2015. 4 Folgt man Ingemar Dürings‘ Darstellung, hat Aristoteles dieses Werk sehr wahrscheinlich schon

36

während seiner Akademiezeit (bei Platon) zwischen 355 und 347 v. Chr. verfasst. (Vgl. Flashar 2004, S. 172)

Planung Wenn wir die Architektur oder das Design eines intelligenten Gebäudes als Aufgabe verstehen, die nur innerhalb einer interdisziplinären Planung von Architekten und Ingenieuren gelöst werden kann, so wollen wir in diesem Abschnitt herausarbeiten, wie die Planung von intelligenten Gebäuden organisiert sein sollte, um nicht nur die architektonische Form kunstvoll zu gestalten, sondern auch den wissenschaftlich gesicherten Stand der Technik innerhalb dieser architektonischen Form möglichst weitreichend anwenden zu können. Hierzu wenden wir uns zunächst dem Begriff „Architektur“ zu, der auf zwei altgriechische Wörter zurückgeht: —— archê: Anfang, Herrschaft, Ursprung (Mittelstraß 2004 Bd. 1, S. 154) —— technê: Können, Kunst, Kenntnis, Geschicklichkeit (Mittelstraß 2004 Bd. 4, S. 214) Der erste Begriff archê verkörpert dabei im Ursprung die philosophische Suche nach einem ersten Prinzip, mit dessen Hilfe alles Seiende nicht mehr mythologisch, sondern rational (d. h. wissenschaftlich) erklärt werden kann. Einer der folgenreichsten Ansätze stammt von Aristoteles (384 – 322 v. Chr.). Auf Basis seiner zentralen Unterscheidung von Form und Materie bezeichnet er in seiner Physik 4 vier Ursachen alles Seienden. Er entfaltet hier erstmals seinen eigenen Begriff von Natur: Nicht die Natur als Gesamtheit aller natür­ lichen Dinge, sondern die dem einzelnen Ding eigentümliche Natur steht im Mittelpunkt seiner Überlegungen. Diese Natur ist „eine Art Anfang und Ursache von Bewegung und Ruhe an dem Ding, dem sie […] an und für sich […] zukommt“. (Phys. II 1, 192b) Daraus ergibt sich ein Ansatz, mit dessen Hilfe Aristoteles gleichermaßen natürliche Gegenstände als auch künstlich geschaffene Gegenstände erklären möchte. In diesem Ansatz nennt er vier Ursachen, die er unter anderem am Beispiel einer Statue des Polyklet ge­nauer erklärt (vgl. Phys. II 3): (1) die Formursache (causa formalis) (2) die Zweckursache (causa finalis) (3) die Wirkursache (causa efficiens)

Der Bildhauer (3) beherrscht die Kunst (technê), einem Material (4) eine Form (1) zu geben und das Werk seinem eigentlichen Zweck (2) zuzuführen. Was für die Gestaltung künstlicher Gegenstände durchaus Geltung beanspruchen mag, scheint aber für die Beschreibung natürlicher Gegenstände problematisch. Was wirkt in der Natur? Wie ist die Natur beschaffen? Folgt die Natur einem Zweck? Hat die Natur eine Form? Erst mit der Wissenschaftsrevolution im 17. Jahrhundert emanzipierte sich die neuzeitliche Physik langsam von der antiken (und mittelalterlich modifizierten) Physik des Aristoteles mit all ihren folgenschweren Implikationen. In der modernen Physik des 20. Jahrhunderts reduzieren sich schließlich die vier Ursachen des Aristoteles auf eine einzige: die Wirkursache (causa efficiens) in Form des

smart building design — planung

(4) die Materialursache (causa materialis)

modernen Energiebegriffs. In ihrem Schlepptau entstehen die modernen Ingenieurswissenschaften mit ihrem natur­ wissenschaftlich geübten Fokus auf mechanische, thermo­ dynamische und elektrodynamische Prozesse.  >  19  Selbst Ernst Mach scheint das bereits Ende des 19. Jahrhunderts zu ahnen, wenn er sagt, dass „die Physik trotz ihrer bedeutenden Entwicklung doch nur ein Teil eines größeren Gesamtwissens ist, und mit ihren für einseitige Zwecke geschaffenen einseitigen intellektuellen Mitteln diesen Stoff (die Analyse der Empfindungen, Anm. d. Verf.) nicht zu erschöpfen vermag“. (Mach 1991, S. 1) Bleiben wir ein Stück weit bei dem Beispiel des Bildhauers, so wird auch deutlich, wie der zweite Begriff technê im Hinblick auf den zusammengesetzten Begriff „Architektur“ verstanden wird: Der Bildhauer beherrscht die Kunst (technê), ein Standbild zu gestalten. Oder der Arzt beherrscht die Kunst (technê), einen Kranken zu heilen. Oder der Soldat beherrscht die Kunst (technê), seinen Gegner zu besiegen. Die Summe aller Kunst (technê) menschlichen Handelns ist letztlich dann in unter- und übergeordnete Ziele organisiert. An der Spitze steht ein letztes Ziel, nämlich das geglückte Leben des Einzelnen im Einheitsganzen der polis (Stadtstaat). Der klassische Bedeutungsinhalt von Architektur ergibt sich demzufolge aus Fragestellungen formaler und inhaltlicher Art, unter denen Bauwerke beziehungsweise Städte mithilfe der Technik ihre reale Gestalt erhalten. Nehmen Bauwerke beziehungsweise Städte heute teil an einer (globalen) Vernetzung durch intelligente Technologien, so handelt es sich um eine Aufgabe, die Architekten und Ingenieure nur gemeinsam schultern können. Deshalb arbeiten wir in den folgenden Abschnitten heraus, wie dieses Zusammenspiel idealerweise organisiert sein könnte und welche Rolle Planungswerkzeuge dabei spielen.

5 Die Pflichten des Entwurfsverfassers werden in Deutschland im §  54 der Musterbauordnung beschrieben. Er muss nicht nur „nach Sachkunde und Erfahrung zur Vorbereitung des jeweiligen Bauvorhabens geeignet sein“, sondern er ist darüber hinaus „für die Vollständigkeit und Brauch-

Objektplaner Grundvoraussetzung für die Realisierung eines Bauvorhabens

lich“. Des Weiteren ist in den einzelnen Bundesländern genau festgelegt, welche beruflichen Voraus­

ist das Entwerfen als die Schlüsseltätigkeit aller Planer. Der

setzungen nötig sind, um als Ent-

Gebäudeentwurf dient dabei als wichtigster Eckpfeiler eines

wurfsverfasser bauvorlageberechtigt

später daraus hervorgehenden, neu errichteten oder maß-

für eine genehmigungspflichtige Baumaßnahme sein zu können.

geblich geänderten Bauwerks. In aller Regel gilt der Archi-

Jedes Bundesland hat eine eigene

tekt als Entwurfsverfasser und Objektplaner eines Bauwerks.

Gesetzgebung, welche die fachliche

Die Voraussetzungen für die fachliche Eignung des Entwurfs-

38

barkeit seines Entwurfs verantwort-

Eignung der bauvorlageberechtigten Entwurfsverfasser sicherstellt. Auf

verfassers sind in vielen Ländern genauer spezifiziert und

der Grundlage dieser Gesetze führen

gesetzlich festgelegt.5 Die zentrale Berufsaufgabe des Archi-

die zuständigen Architekten­ kammern Listen, in denen bauvor­

tekten liegt hier üblicherweise in der Gestaltung und Planung

lageberechtigte Personen geführt

von Bauwerken als eine funktionale, konstruktive und formale

sein müssen.

 >  19 der integralen

Architekt (Bildende Kunst)

Anforderungen

Bauingenieur

an (Bau-)Kunst und (Ingenieur-)

Maschinenbauingenieur

Wissenschaft

Elektroingenieur 15. Jhdt.

16. Jhdt.

17. Jhdt.

18. Jhdt.

19. Jhdt.

20. Jhdt.

21. Jhdt.

Wissensrevolution Mechanik Thermodynamik Elektrodynamik

Einheit. Dabei wird gemeinhin zwischen dem Bauwerk selbst und seiner technischen Anlagen in Form von Heizung, Kühlung, Lüftung und Klimatisierung, Beleuchtung und so weiter unterschieden. Und genau an diesem Punkt ergibt sich etwas Fragwürdiges: Wenn das ganze Bauwerk eine funktionale, konstruktive und formale Einheit bildet, inwiefern ist diese Unterteilung zwischen dem Bauwerk und seiner technischen Anlagen überhaupt gerechtfertigt? Da das Bauwerk heute in zunehmendem Maße zwischen Architekten und Inge­ nieuren integral gestaltet werden muss, wird diese Grenze unscharf. Und wenn über automatische Systeme nahezu jeder Teil eines Bauwerks intelligent vernetzt wird, ist die Grenze obsolet geworden. In Deutschland trägt §  54 der Musterbauordnung den steigenden Anforderungen an den heutigen Architekturentwurf scheinbar schon länger Rechnung, denn „hat der Entwurfsverfasser auf einzelnen Fachgebieten nicht die erforderliche Sachkunde und Erfahrung, so sind geeignete Fachplaner heranzuziehen“. Der Entwurfsverfasser bleibt aber trotzdem „für das ordnungsgemäße Ineinandergreifen aller Fachpla­nungen verantwortlich“.

Integrale Organisation der Planung intelligenter Gebäude Erforderliche Planungsleistungen im Hochbau lassen sich gut anhand der unterschiedlichen Aufgabenbereiche von Architekten und Ingenieuren ab­­ lesen. Neben der Objektplanung des Architekten werden als Fachplanungen zum einen die Tragwerksplanung und zum anderen die Fachplanung der Technischen Ausrüstung unterschieden. Letztere umfasst wiederum insbesondere die Fachplanungen von Sanitäranlagen, Wärme- und Kälteversorgungsan­ lagen, Lüftungs- und Klimaanlagen, Starkstromanlagen, Kommunikations- und

smart building design — planung

Entwicklung

informationstechnischen Anlagen. Das sinnvolle Ineinandergreifen von Objektplanung und Fachplanungen wird über die Organisation einer integralen Planung realisiert. Innerhalb dieser Organisation erarbeiten Architekten, Innenarchitekten und Landschaftsarchitekten die Objektplanung, während Fachingenieure das Tragwerk und in aller Regel auch die technische Ausrüstung erarbeiten. Hinzu kommen diverse weitere Leistungen wie zum Beispiel Analysen der thermischen Bauphysik. Die Organisation der integralen Planung beinhaltet im Wesentlichen die Abfolge von Planung, Vergabe und Ausführung der Baumaßnahme. Die in aller Regel erforderlichen Gewerke lassen sich dabei grob in —— Rohbau, —— Raumabschluss, —— Innenausbau, —— Versorgungstechnik (Sanitär, Heizung, Klima, 

Lüftung / kurz SHKL) und

—— Elektrotechnik einteilen.  >  20  Wir haben festgestellt, dass es für die Akzeptanz eines intelligenten Gebäudes wichtig ist, jenseits aller zuvor spezifizierten Automatismen über eine interaktive Benutzerschnittstelle auch individuelle Handlungsmuster der Nutzer situations­abhängig zu ermöglichen. Wer ist aber für die Gestaltung von Automatismen und Benutzerschnittstelle verantwortlich? Aus unserer Sicht kann es weder der Architekt noch der Ingenieur klassischer Ausprägung sein. Fehlt dem klassischen Architekten einerseits das Verständnis im Hinblick auf ingenieur­ wissenschaftliche Zusammenhänge intelligenter Technologien, so fehlt dem klassischen Ingenieur andererseits das Verständnis in Hinblick auf die Baukunst intelligenter Gebäude. Wenn es stimmt, dass in nahezu allen anderen Branchen die Frage der Benutzerfreundlichkeit interaktiver Schnittstellen im Zentrum einer integralen Gestaltungsarbeit von Designern und Ingenieuren steht, so liegt sicherlich auch im Bausektor die Wahrheit in der Mitte. Insofern nennen wir den verantwortlichen Objektplaner an dieser Stelle einmal ganz bewusst „General-System-Designer“ und gestehen der Evo-

zwar grundsätzlich im Rahmen der

lution des Bauens in Zukunft einen ähnlichen Paradigmen-

Honorarordnung für Architekten und

wechsel zu, wie es der disruptive Wandel vom Kunsthand-

Ingenieure (HOAI 4-2 Technische

werk des 19. Jahrhunderts hin zum Industriedesign des

40

6 Diese Leistung kann in Deutschland

Ausrüstung: Anlagengruppe 8 – Gebäudeautomation) erfolgen, wird

20. Jahrhunderts mit sich gebracht hat.  >  21 

in dieser Form allerdings nicht ganz

Wäre damit alles getan? Gesetzt den Fall, die Gestaltung

dem Mehraufwand eines Gewerke

aller erforderlichen Automatismen und Benutzerschnittstellen eines intelligenten Gebäudes wäre durch den zuständigen

übergreifenden Managements gerecht. Hier wäre möglicherweise nachzujustieren.

 >  20 Zuständigkeiten in der Integralen Planung Objektplaner

Fachplaner Tragwerk

Rohbau

Fachplaner Technische Ausrüstung

Raumabschluss

Innenausbau

Versorgungstechnik

Elektrotechnik

 >  21 Zuständig­keiten für die Gestaltung von User

_____ __ General-System-Designer (Objektplaner)

Interface und Automatismen aufseiten des Objektplaners Fachbauleiter Tragwerk

Fachbauleiter Technische Ausrüstung

User Interface/Automatismen Datenpunkte Raumabschluss

Innenausbau

Versorgungstechnik

Elektrotechnik

Objektplaner (als General-System-Designer) adäquat erfolgt, so bleibt die Frage einer adäquaten Fachplanung zunächst einmal offen. Zwar sind Bau-, Maschinenbau oder Elektroingenieure klassischer Prägung hoch spezialisiert, aber gerade deshalb nicht Gewerke übergreifend ausgebildet. Setzen wir allerdings den Fokus auf die fachliche Eignung, so erscheint der Elektroingenieur sicherlich besonders prädestiniert für diese Arbeit. Im Rahmen einer adäquaten Fachplanung der Gebäudeautomation6 kann er in dieser Hinsicht zwar tätig werden. Die gängige Baupraxis sät aber immense Zweifel, ob er als spezialisierter (Sub-)Fachplaner für Gebäudeauto­mation (im herkömmlichen

smart building design — planung

Rohbau

Fachjargon „MSR-Planer“ – wenn überhaupt im eigentlichen Sinn geplant wird) über ein robustes Mandat verfügt, einen Gewerke übergreifenden Ansatz tatsächlich hart zu verfolgen.  >  22  Um also das sinnvolle Ineinandergreifen der Gewerke im Rahmen der Planung sicherzustellen, ist es sicherlich ratsam, dem Fachplaner der Gebäudeautomation durch den verantwort­ lichen Objektplaner eine vorgeordnete Rolle einzuräumen. Wie ist aber die Aufgabe einer Fachplanung der Gebäudeauto­ mation genau zu verstehen? Die integrale Zusammenarbeit von Objekt- und Fachplanern startet in erster Linie durch einen Vorentwurf des Objektplaners. Aus methodischer Sicht erhält das Gebäude hier mithilfe zwei- oder dreidimensionaler Darstellungen eine erste einfache symbolische Struktur beziehungsweise Form. Eine 2-D- oder 3-D-Darstellung des Gebäudes sagt aber nur sehr wenig über die Funktionsweise der technischen Ausrüstung aus. Hier ist eher das Funktionsschema beziehungs­ weise Prinzipschaltbild (Anlagenschema) die Methode, mit deren Hilfe die technischen Anlagen eine erste symbolische Struktur beziehungsweise Form erhalten. Aber selbst eine vollständige methodische Beschreibung aller Gewerke des Bauwerks durch geeignete 2-D- oder 3-D-Darstellungen sowie Funk­tionsschemata beziehungsweise Prinzipschaltbilder (Anlagenschemata) bildet zunächst einmal nur die essenzielle Voraussetzung einer adäquaten Fachplanung intelligenter Funk­ tionen beziehungsweise automatischer Prozesse im Gebäude.

Fachplaner Gebäudeautomation Eine substanzielle Fachplanung intelligenter Funktionen beziehungsweise automatischer Prozesse beinhaltet mehrere Handlungsstränge, die sukzessive konkretisiert und fortgeschrieben werden müssen. Zunächst erfolgt die Erstellung eines Lasten-

automation, Anlagenautomation und

sche Gebäudemanagement (TGM), die Anlagenautomation

Technischem Gebäudemanagement

(AA) und Raumautomation (RA) beschrieben werden. Dabei

basiert aktuell auf den VDI-Richt­ linien 3813 und 3814. Beide Richt­

kommt der Raumautomation eine entscheidende Rolle zu: Hier

linien sind derzeit noch nicht aufein-

entsteht die Vernetzung der Gewerke (Heizung, Kühlung, Lüf-

ander abgestimmt und werden in

tung und Klimatisierung, Verschattung, Beleuchtung usw.) und

nachteiliger Weise getrennt voneinander behandelt. Deshalb wird in

nicht im Technikraum samt seiner Automationsschwerpunkte.

absehbarer Zeit das Zusammenspiel

Gerade hier prallen aber auch in aller Regel divergierende Inte-

von Raumautomation, Anlagenauto-

ressen von Handwerk (z. B. SHKL und Elektro), Planung (z. B.

42

7 Das Zusammenspiel von Raum­

hefts, in dem alle Anforderungen an das intelligente Techni-

mation und Technischem Gebäudemanagement innerhalb einer neuen

Klimaplaner und Elektroplaner) und Industrie (in Deutschland

VDI-Richtlinie 3814 Gebäudeauto­

zum Beispiel VDMA und ZVEI) aufeinander.7  >  23 

mation abgehandelt beziehungs­

Im Rahmen der Erarbeitung eines Lastenhefts ist insofern zunächst ein Raumbuch unabdingbar, in dem nicht nur die zu

weise in einer erweiterten Norm DIN EN ISO 16484 Systeme der Gebäudeautomation.

 >  22 Zuständigkeiten General-System-Designer (Objektplaner)

für die Gestaltung von User Interface und Automatismen aufseiten des Fachplaners für Gebäude­ automation

Fachplaner Tragwerk

Fachplaner Technische Ausrüstung

_______ User Interface/Automatismen Datenpunkte Rohbau

Raumabschluss

Innenausbau

Versorgungstechnik

Elektrotechnik

Fachplaner GA

 >  23 Historisch Gewerke Elektrotechnik

Gewerke Versorgungstechnik (SHKL)

Zuständigkeiten

Elektroplaner

Klimaplaner (inkl. MSR-Technik)

im Bereich

Industrieverband ZVEI

Industrieverband VDMA

Gebäude­

Leitmesse Light & Building

Leitmesse ISH

automation

Raumautomation, (TGM)

Anlagenautomation, TGM

VDI 3813

VDI 3814

KNX

BACnet

Dezentrale Logik

Zentrale Logik

gewachsene Strukturen und

vernetzenden technischen Anlagen und deren Automatismen, sondern auch beschrieben werden. Neben den Installationsplänen werden anschließend über geeignete Automationsschemata allen technischen Anlagen sowohl raumseitig (RA) als auch anlagenseitig (AA) die Art und Anzahl der für die Automatisierung notwendigen Datenpunkte zugeordnet. Basierend auf den erstellten Automationsschemas werden sogenannte GA-Funktionslisten für die Raum- und Anlagenautomation (RA/AA) erstellt. Diese beschreiben dann die erforderlichen Funktionen der Datenpunkte gemäß Lastenheft. Technische Anlagen durchlaufen in aller Regel typische Zustände, die durch bestimmte Abfolgen von vielen unterschiedlichen Aktionen gekennzeichnet sind. Für die Beschreibung dieser komplexen Funktionszusammenhänge können unter anderem Programmablaufdiagramme zum Einsatz kommen. Hier

smart building design — planung

deren Benutzerschnittstellen möglichst für jeden einzelnen Raum dezidiert

 >  24

Fachplanung der Raum­automation (Zusammenhang von RA-Automationsschemata, RA-Funktions­liste, RA-Programmablaufdiagramm)

3 Windgeschwindigkeit

Raumautomationschema (Ausschnitt)

2 Außentemperatur

1 Niederschlag

4 Multisensor

5 Fensterkontakt

6 Außenjalousie

Ablaufdiagramm

2 Außentemperatur

G Dach AE

3 Windgeschwindigkeit

G Dach AE

4 Multisensor

G Dach Bus 1

5

6

7

Niederschlagserkennung 8

Stellantriebsaktor

4

Sonnenschutzaktor

3

Lichtaktor

2

Windgeschwindigkeitsmessung

1

Luftqualitätsmessung

3

Helligkeitsmessung

Präsenzerkennung

2

G Dach DE

Lufttemperaturmessung

Anschlussart

1

1 Niederschlag

M

Taupunktüberwachung

Anschlussort

Datenpunkte

Zuordnung

RA-Funktionsliste

Fensterüberwachung

M

1

2

3

1 1 1 1

SM Windalarm

Start

ja

1

=1

1

SM Frostalarm

nein

ja

=1 nein

oder

Ende

Schutzfunktion

wird genau festgelegt, in welcher Abfolge eine technische Anlage von einem Zustand in einen anderen Zustand wechseln soll und welche konkreten Aktionen damit verbunden sind.  > 24 und 25  Automationsschemata, GA-Funktionslisten und Ablaufdiagramme zielen in erster Linie auf eine funktionale Beschreibung der Gebäudeautomation. Die Topologie der gesamten Systemarchitektur beziehungsweise die erforderlichen technischen Komponenten (Sensoren, Aktoren, Controller etc.) und der Einsatz der gewählten Kommunikationsprotokolle (BACnet, KNX, DALI etc.)

44

können dagegen sukzessive über das Drei-Ebenen-Modell der Feld-, Automations- und Managementebene beschrieben werden.

Fachplanung der Anlagenautomation (Zusammenhang von AA-Automationsschemata, AA-Funktionsliste, AA-Programmablaufdiagramm)

Anlagenautomationsschema (Ausschnitt)

M

M

M 3 5

4 Gewerk Lüftung

23

Anlage RLT

Datenpunkte

1

2 3 4 5 1

p

1 1

s u m

1

d o l o

1

r

Ablaufdiagramm

1

i

1

23 Zuluftventilator Stellbefehl

1

m

1

4 Außenluftklappe Störung

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 1

r e

3 Außenluftklappe Stellbefehl

3 4 5

o

1

2 Außentemperatur Messwert

2

L

1

1 Anlagenschalter

Normalbetrieb

Start

Nachtkühlbetrieb

=1 nein

nein

ja

=1

Klappe Störung

ja

nein oder

=1 ja

smart building design — planung

AA-Funktionsliste, Beispiel einer RLT

22

6

Binäre Ausgabe Schalten/ Stellen Analoge Ausgabe Stellen Binäre Eingabe Melden Binäre Eingabe Zählen Analoge Eingabe Messen Binärer Ausgabewert Schalten Analoger Ausgabewert Schalten Binärer Eingabewert Zustand Präsenzerkennung Analoger Eingabewert Messen Grenzwert fest Grenzwert gleitend Betriebsstunden-Erfassung Ereigniszählungmessung Befehlsausführkontrolle Meldungsbearbeitung 4) Anlagensteuerung Motorsteuerung Umschaltung Folgesteuerung Sicherheits-/Frostschutzsteuerung

 >  25

Planungswerkzeuge Wie bereits festgestellt wurde, führt kein Weg am Zusammenwirken von (Bau-)Kunst und (Ingenieur-)Wissenschaft vorbei. Für die Architektur der neuzeitlichen Generation, die dynamisch ist und völlig neue, nie dagewesene Qualitäten der Nutzung und des Aufenthaltes offenbart, bedarf es eines ganzheitlichen Designs. Die Ursache, warum sich technischer Fortschritt und Automatisation im Bauwesen im Gegensatz zu anderen den Menschen täglich umgebenden Dingen nicht durchgesetzt oder gar weiterentwickelt hat, die Ursache, warum wir ausgerechnet in unseren gebauten Welten auf Annehmlichkeiten der Technik verzichten, findet sich im Kern in ihrer mangelhaften Umsetzung. Die Technologie der Gebäudeautomation wurde noch nie systemisch gedacht. Vielmehr beschäftigen sich Scharen in ihren Spezialdisziplinen gut ausgebil­ deter Ingenieure damit, immer mehr Funktionen und sogenannte Intelligenz in die Komponenten der Gebäudeautomation zu integrieren. Hierbei kann ein Handbuch, das zur Beschreibung der technischen Möglichkeiten eines Lichtschalters dient, leicht auf mehr als einhundert Seiten anwachsen. Dennoch zeigt sich bis heute kein Nutzer oder Anwender eines solchen Devices entzückt von der Bedienung. Im höchsten Fall vom Aussehen, das vielleicht auch noch einen Red Dot Award erhält. Warum? Die Antwort ist klar und einfach: Man benutzt das hochgerüstete Hightechinstrument nur zum Ein- und Ausschalten von Beleuchtung. Das ist auch ohne die integrierte Intelligenz möglich. Keiner der hoch spezialisierten Ingenieure setzt sich im interdisziplinären Team in einen Raum und entwirft ein gut funktionierendes Gebäude. Vielleicht wäre dazu ein hochgerüsteter Lichtschalter mit 5 000 unterschiedlichen Funktionen notwendig. Aber das Produkt würde den Anforderungen folgen. Wie Sullivan schon sagte: „Form (and usability) follows function.“

Notwendigkeiten der interdisziplinären Zusammenarbeit Bereits heute ist es erforderlich, dass eine Vielzahl von Fachleuten zur Errichtung moderner Bauwerke zusammenarbeitet. Um sicherzustellen, dass die Werke der Fachingenieure und des Architekten zusammenpassen, hat sich die zeichnerische Darstellung bewährt. Sie wird inzwischen immer häufiger digital und in 3-D erstellt, wodurch sich eine Reihe zusätzlicher Vorteile ergibt. Die dreidimensionale Darstellung des zu errichtenden Bauwerkes macht mögliche Kollisionen deutlicher sichtbar oder zeigt auf, welche die Funktion oder die technische Entscheidung einschränkenden Begrenzungen des zur Verfügung stehenden Bauraumes bestehen. Insgesamt hilft die digitale dreidimensionale Planung, Fehler zu vermeiden, die in der späteren Umsetzung zu unnötigen Verzögerungen führen können.  >  26  Technisch wäre das schon seit Generationen möglich. Gute leistungsfähige 3-D-Architektur- und -Haustechnikprogramme sind schon lange am Markt

46

verfügbar. Allerdings setzen sie sich mehr als schleppend durch. Verfügbare gute Softwarewerkzeuge stellen nur eine Voraussetzung für eine gelungene

 >  26 Kollisions­prüfung verschiedener Gewerke

_______ Kollision

Kooperation am Bau dar. Entscheidend scheint der Prozess, der eine echte Zusammenarbeit ermöglicht. Auch spielen Verantwortlichkeiten eine Rolle, wenn alle Gewerke das Ergebnis ihrer Planung in einer gemeinsamen Datenbank oder Datei zusammenführen. Wer trägt dann die Verantwortung für das Teilergebnis und wer für das Gesamtwerk? Wer darf Veränderungen vornehmen und wie sehen die Entscheidungs- und Lösungsfindungsprozesse aus? Der Schlüssel zu diesen Fragen scheint zu sein, wer den Nutzen vom besseren Zusammenspiel hat? Sicherlich der spätere Eigentümer, aber kann er den Vorteil als solchen deutlich genug wahrnehmen und ist er gewillt, dafür höhere Kosten zu tragen? Bereits ohne den Einsatz von Gebäudeautomation oder moderner Gebäudetechnik werden die konstruktiven Aufgaben am Bau immer komplexer. Allein mechanisch ergeben sich derart vielfältige Schnittstellen und Anforderungen an die Passgenauigkeit, dass es gelegentlich an ein Wunder grenzt, dass Bauwerke überhaupt oder gar unter widrigen Witterungsbedingungen von nicht ausreichend ausgebildeten Arbeitskräften tatsächlich entstehen. Es wundert jedoch wenig, dass die Entstehung eines Baus immer von Auseinandersetzungen und vielen Fehlern gekennzeichnet ist. Mutmaßlich werden die meisten Fehler niemals entdeckt oder offenbaren sich erst später in der während der Bauphase zu identifizieren und diese zur Argumentation der Preisreduzierung für den Bauherrn einzusetzen. Oftmals liegt die Ursache für Fehler in einer grundsätzlich unzureichenden Planungstiefe, die Details ungenügend berücksichtigt, oder darin, dass Planungsergebnisse nicht in den Planungsunterlagen eingezeichnet wurden. Fehleranfälligkeit wird ebenso erzeugt, wenn den Arbeiten der Fachplaner unterschiedliche Planungsstände zugrunde liegen. Die einzige, längst überfällige und zielführende Lösung ist die vollständige virtuelle Konstruktion des Bauwerkes, bevor es erstellt wird. In Branchen mit industrieller Fertigung ist dieses Vorgehen längst selbstverständlich und muss im Bauwesen nun zügig nachgeholt werden.

smart building design — planung

Krise. Nicht zuletzt deshalb haben sich Fachleute darauf spezialisiert, Mängel

Neue Organisationsformen des virtuellen Bauens Das vorgelagerte Virtuelle setzt neue Planungsabläufe und Prozesse voraus, in deren Rahmen Architekten und Fachplaner gemeinsam das virtuelle Bauwerk entwerfen: Der Architekt beginnt mit einem groben Entwurf, der drei­ dimensional allen Fachplanern und dem Bauherrn vorliegt. Dem Bauherrn steht so eine deutlich bessere Entscheidungsgrundlage zur Verfügung. Er muss sich nicht mehr auf das räumliche Vorstellungvermögen des Archi­tekten verlassen, sondern kann die erschaffene dreidimensionale virtuelle Architektur selbst „betreten“ und sich einen fotorealistischen Eindruck verschaffen. Gleichzeitig muss sich der Architekt mit der Herausforderung auseinandersetzen, dass ihre bisherige uneingeschränkte Deutungshoheit möglicher­ weise beschnitten wird. Sie müssen mit dem Kunden diskutieren, sie müssen sich – an einem Punkt, wo noch alles geändert werden kann – schon mit dem Kunden unterhalten. Im Dialog zwischen Bauherrn, Architekt und Fachplanern entsteht ein gemeinsames technisches Gesamtkonzept. Auf dessen Grundlage führen Fachplaner ihre Detailplanungen fort, die in den gemeinsamen Entwurf einfließen und in einem dreidimensionalen Modell dargestellt werden. Iterativ verfeinert sich das Modell, wobei zurückgegriffen werden kann auf Prozesse und Erfahrungen aus der Softwareentwicklung wie die Projektmanagement-Methode „Scrum“. Gemäß Scrum treffen sich Planer und Bauherr – im Scrum-Paradigma „Product Owner“ genannt – regelmäßig in kurzen Abständen, um den Entwurf und Planungsvorgaben zu verändern und zu verfeinern.  >  27  Planerische Erkenntnisse verändern die Planungsgrundlagen, Kosten verändern sich, darauf basierend müssen wiederum Strategien angepasst werden, ursprüngliche Wunschvorstellungen weichen solchen, die sich näher an der Realität orientieren. Der Bauherr bleibt im gesamten Projektverlauf involviert, trifft die Entscheidungen und wird vom Ergebnis nicht überrascht: „Der Kunde bekommt nicht, was er sich bei Beauftragung vorgestellt hat, sondern was er wirklich benötigt.“ In einem solchen Prozess werden Kosten-Nutzen-Abwägungen laufend und gemeinsam besprochen. Aufgrund der Möglichkeiten, den Planungsstand jederzeit virtuell prüfen zu können, herrscht völlige Transparenz. Fehler können leichter identifiziert und kommuniziert werden. Keiner arbeitet im Verborgenen. Fehler können zum Anlass für gemeinsame Verbesserungen genommen werden. Im Baugewerbe sind grundlegende Veränderungen nötig. Das Ziel, wie im vorliegenden Buch bereits ausgeführt, muss mehr Teamwork und Kollaboration sein. Wir wollen hier postulieren, dass der Architekt befreit werden muss von der Last der Gesamtverantwortung für das Werk. Die Verantwortung für das gute Gebäude tragen alle Projektbeteiligten zusammen. In der Softwarebranche und vielen Industriezweigen hat sich diese Erkenntnis bereits durchgesetzt. Komplexe Softwarepakete wie zum Beispiel ein CAD-Programm können von einer einzelnen Person gar nicht entwickelt werden. Sie können noch nicht

48

mal von einer einzelnen Person im Ganzen verstanden werden. Nur durch das konstruktive und deshalb erfolgreiche Zusammenarbeiten von vielen Men-

 >  27 Agiles Entwerfen mit Scrum

Daily Standup

A

A

A

A

A

A

A

A

A

Spezifikation Anforderungen

Sprint Planung Spezifikation Aufgaben/Sprint

Iteration

schen mit unterschiedlichen Kompetenzen entsteht das gute Gesamtwerk. Es ist an der Zeit, dass wir das auch im Bauwesen erkennen. Der Architekt muss von seinem Sockel des allwissenden Baumeisters heruntersteigen, muss vielmehr in seiner Rolle entlastet werden. Er wird dann Teil eines Teams, das in der Lage ist, bessere Gebäude zu bauen. Das gemeinsame Bild ist die virtuelle Realität, die gemeinsame Sprache ist der konstruktive regelmäßige Dialog.

Virtuelles Planen mit konkreten Produkten Im Zuge der zyklischen Verfeinerung des gemeinsamen Entwurfes werden aus den abstrakten Bauteilen konkrete Produkte. Auf der Basis des entstehenden virtuellen Gebäudemodells werden Ausschreibungen durchgeführt. Die angebotenen Produkte werden virtuell installiert und visuell bewertet. Die Kaufentscheidung fällt, und die Auftragsvergabe wird durchgeführt, und zwar auf einer solideren Grundlage, als es in der heutigen Baupraxis in der Regel der Fall ist. Fachbetriebe müssen nicht mehr nach Aufmaß abrechnen, und Rechnung unterscheiden sich bei dieser Vorgehensweise nicht mehr. Es entsteht eine hohe Leistungs- und Kostensicherheit, und Nachträge gehören der Vergangenheit an. Wenn das virtuelle Gebäude erstellt ist, beginnt die Bauphase. Jedes Detail liegt nun fest. Sollte sich doch noch ein Unterschied zwischen Plan und baubarer Realität aufzeigen, wird, bevor gebaut wird, umgeplant. Zu jeder Zeit liegt ein aktuelles virtuelles Modell vor. Ein Bauen, das auf einem virtuellen Modell beruht, eröffnet viele weitere Chancen. So könnten sich alle jederzeit ein vollständiges Bild auch über Ausführungsdetails verschaffen. Es gibt bereits wenige Beispiele, bei denen etwa auf der Baustelle an geeigneter Stelle Rechner und Beamer aufgebaut werden, an denen sich jeder zu jeder Zeit das Detail in beliebigem Maßstab und

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sondern bestimmen im Vorfeld exakt die einzubauenden Massen. Angebot

aus individuell wählbarer Perspektive oder von allen erforderlichen Seiten ansehen und so besser verstehen kann, wie etwas genau geplant ist und ausgeführt werden soll. Vorstellbar wären auch Plotter vor Ort, auf denen die interessierenden Details im gewünschten Maßstab und stets aktuell ausgedruckt werden können, um sie am erforderlichen Ort auf der Baustelle zur Hand zu haben. Es ist zu erwarten, dass der Plot auf Papier in naher Zukunft durch leistungs­ fähigere Ausgabemedien ersetzt wird. Vielseitiger wäre beispielsweise ein Tablet, das jeder Bauarbeiter oder Handwerker jederzeit zur Hand nehmen kann. Denkbar wäre dann, dass er elektronische Anmerkungen einfügt, die sich dann im Plan für alle Projektbeteiligten lesbar wiederfinden. Oder er initiiert Anfragen, die dann vom jeweiligen Fachplaner unabhängig von Ort und Zeit bearbeitet werden könnten. Zweifellos wird sich auf dem Kopf des Handwerkers auch bald eine Brille befinden, die ihm per Augmented Reality die erforderliche Information dort vor Augen führt, wo sie auch gebraucht wird, ohne eine Hand des Handwerkers dabei in Anspruch nehmen zu müssen.  >  28  Ein solches Vorgehen lässt sich mit herkömmlichen Organisationsformen kaum abbilden, die mehr der agilen Teamarbeit angepasst werden müssen. Außerdem verlagert sich der Aufwand hin zu anderen Phasen: Sehr früh entsteht der entscheidende Aufwand, und zwar während der arbeitsteiligen Erstellung des virtuellen Modells. Theoretisch ist mit Abschluss des virtuellen Modells der Bau fertig – praktisch hat sich allerdings noch keine Baggerschaufel bewegt, noch nicht einmal der erste Spatenstich ist erfolgt. Bau­ begleitende Anpassung der Planung, die sich, wenn die virtuelle Arbeit sorgfältig ausgeführt wurde, auf ein Minimum beschränken könnte. Der Nutzen des virtuellen Modells überdauert die Bauphase, indem es die Grundlage für ein effizientes Facility-Management bildet. Die Artikelnummer jedes Bauteils ist bekannt, ebenso die Bezeichnung von Kabeln und Einbauorten. Der Facility-Manager muss nun das Gebäudemodell weiter pflegen, um über die gesamte Lebensdauer des Bauwerkes von der Information zu profitieren. Schließlich sind selbst bei Sanierungen oder Abriss Überraschungen ausgeschlossen, auch hier herrscht hohe Kostensicherheit.

Building Information Modeling (BIM) Die Notwendigkeit, Informationen über Gebäude und die Bauprozesse allen Beteiligten besser verfügbar zu machen, führte 1995 zur Gründung der Inter­ nationalen Allianz für Interoperabilität (IAI), die sich später in Building Smart umbenannte. Ziel dieser Organisation ist es, die am Bau erforderlichen Informationen effizienter handhabbar zu machen. Gemeint ist hier das Building Information Modeling (BIM). Im Kern wurde ein Datenaustauschformat für CAD-Programme definiert und stetig weitereinwickelt: die sogenannten Industry Foundation Classes (IFC). Zwischen Programmen unterschiedlicher

50

Softwarehersteller interoperable Dateien tragen die Dateiendung *.ifc. Mittlerweile ist diese Definition in der Version 4.0 auf dem Markt.  >  29 

 >  28 Augmented Reality in der Baubranche

_______ Spezifi_______ kation

 >  29 Informations­ austausch im

Objektmodell

Projektablauf

IFC Daten

BIM/IFC.

Tragwerksmodell

Klimamodell

IFC Daten

IFC Daten

Modell ______

Usw.

Elektromodell

IFC Daten

IFC Daten

Lichtmodell IFC Daten

schen übrig. Über Jahre diskutierten Softwarehersteller und interessierte Fachgremien über die Möglichkeiten, die sich eröffnen könnten. Es existierten in der Vergangenheit bisher aber nur vereinzelte Projekte, bei denen Planer gemeinschaftlich in oben beschriebener Art und Weise zusammen­ar­ beiten. In den letzten Jahren hat das Building Information Modeling (BIM) allerdings weltweit an Relevanz gewonnen, wenn auch in unterschiedlichen nationalen Ausprägungen. In den Fachgremien herrscht weitgehende Einigkeit, dass Planung zunehmend in 3-D stattfinden und das IFC-Format zunehmend Verbreitung finden wird. Es ist davon auszugehen, dass in diesem Zuge sich auch die Prozesse und Abrechnungsmodelle zwangsläufig verändern, wovon alle Beteiligten profitieren werden.

smart building design — planung

Die Marktdurchdringung von BIM-Prozessen lässt jedoch immer noch zu wün-

Zwei Entwicklungstendenzen sind zu beobachten: Entweder wird die gesamte Planung eines Projekts mit der Software eines einzigen Herstellers durchgeführt, was als Closed BIM bezeichnet wird und wodurch sich die Markposition des Software-Herstellers massiv verbessern kann. Ein großer Kreis von Softwareherstellern verfolgt eher die Idee des Open BIM, das heißt, dass Programme unterschiedlicher Hersteller eine gemeinsame Sprache sprechen und Daten untereinander austauschen können.  >  30  Letztere Variante ist auch die von der Building Smart propagierte und von den Gesetzgebern vorgeschriebene Vorgehensweise, um einer Abhängigkeit von wenigen großen Playern entgegenzuwirken. Allerdings ist in der Softwarebranche die Monopolbildung immer wieder zu beobachten und nicht auszuschließen.

Fachplanung der Gebäudeautomation Wenden wir uns nun der Gebäudeautomation zu, in der eine ähnliche Situation wie in der konventionellen Bautechnik herrscht, im Grunde der Bedarf nach Computersimulation sogar noch evidenter ist. Wie eingangs erwähnt, findet ein ganzheitliches Design des Systems „Intelligentes Gebäude“ nicht statt. Ein höherer Automationsgrad funktioniert selten einwandfrei, ist häufig teuer und hat nicht immer einen echten Mehrwert. Außerdem sind solche Installationen wartungsintensiv, werden vom Kunden nicht verstanden, führen zu vielen Fragen und zu Unzufriedenheit. Der Fachplaner einer technischen Anlage ist gut beraten, wenn er dem Hersteller von Systemen, wie zum Beispiel einer Heizungsanlage, die komplette und von anderen Gewerken losgelöste Verantwortung für Regelung und Funktion übergibt: eigene Sensorik, eigene Aktorik, eigene Kabel, komplett und funktional vom Rest des Gebäudes abgeschlossen. Vielfach herrscht bei den Bauherren eine hohe Skepsis gegenüber einem höheren Grad von Gebäudeautomation. Außer der Industrie, die Produkte zur Gebäudeautomation in Erwartung höherer Margen auf den Markt bringt, findet sich folglich auch keine Lobby. Es fehlen Gründe für den Einsatz von Gebäudeautomation und Prozessen, die im Sinne eines ganzheitlichen Designs ein funktionierendes vollautomatisches Gebäude hervorbringen könnten, das sich natürlich anfühlt, in dem der Nutzer sich gerne aufhält und das sich nebenbei, quasi als Abfallprodukt, auch noch höchst energieeffizient verhält. Möglicherweise hilfreich könnte die aktuelle Offenheit von Menschen gegenüber Smartphones mit einer App-Steuerung im sogenannten „Smarthome“ sein. Hersteller von Unterhaltungselektronik und Baukomponenten, Energieversorger und Telekommunikationsunternehmen sowie Softwarekonzerne sehen Chancen im IoT (Internet of Things) und bieten Hausbesitzern einfache Möglichkeiten, einzelne Funktionen zu automatisieren, also sie aus der Ferne mit dem Smartphone zu steuern oder einfache Regeln für zeitgesteuerte Funktionen festzulegen. Das Erfolgsrezept ist die Einfachheit. Der Anwender ist in der Lage, es zu verstehen und zu beeinflussen. Gerade die Software­ konzerne haben längst verstanden, dass der Erfolg einer Technologie wesent-

52

lich von der Usability abhängt, also davon, wie gut ein Anwender in der Lage ist, damit umzugehen und sie zu beherrschen.

 >  30 Informations­ austausch im

Software Objekt

Open BIM/IFC

IFC Daten

Software Tragwerk

Software Klima

IFC Daten

IFC Daten

Open BIM ______

Software Elektro

Software ... IFC Daten

IFC Daten

Software Licht IFC Daten

Einen Schritt weiter geht das Erlebnis, das ein Anwender bei der Bedienung seiner Gebäudefunktionen hat. Die User Experience entscheidet darüber, ob sich eine Technologie durchsetzt oder ob sie scheitert. Die den Elektroinstallationsbetrieben vorbehaltene Bustechnik weist diese Merkmale nicht auf. Vielmehr ist sie in der Regel höchstens für den fortgeschrittenen Fachmann halbwegs beherrschbar. Außerdem sind die Systeme selbst für den Fachmann so schwer verständlich, dass eine Wartung schwerfällt und viele Funktionen sich nur mit für den Kunden in der Regel nicht nachvollziehbarem Integrationsaufwand realisieren lassen. Hier sieht sich der Systemintegrator mit Produkten konfrontiert, die losgelöst vom Anwendungsbezug nach dem Prinzip des technisch Möglichen konzipiert wurden. Sie wurden jedoch nicht unter einem systemischen Gesichtspunkt mit dem Ziel konzipiert, ein gut Gebäude zu erschaffen. Die Offenheit von Bauherren gegenüber den beschriebenen Smart Home Solutions bietet jedoch eine nie dagewesene Chance für eine sinnstiftende Gebäudeautomation. Die Kunden hören wieder zu und haben Lust, Dinge auszuprobieren. Erfolgreich wird die Gebäudeautomation aber nur voranschreiten, wenn nun endlich automatische Gebäude gebaut werden, die auch funktionieren, die eine gute Usability aufweisen und die Spaß machen, dem Nutzer eine gute Erfahrung bieten. Insbesondere bei der Gebäudeautoma­ tion ist es nun erforderlich, dass geeignete Softwarewerkzeuge zum Einsatz kommen, die es allerdings in der im Folgenden beschriebenen Komplexität noch nicht alle gibt.

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funktionierendes kybernetisches Gesamtsystem, das vollautomatische

Computersimulation der Gebäudeautomation Zunächst ist es erforderlich, dass ein Entwurf, auch der von Technologie, verstanden wird. Der Bauherr soll sich bewusst und informiert für automatische Funktionen in seinem Gebäude entscheiden, der Architekt soll erkennen, dass seine Form darunter nicht leidet, sondern vielmehr ein Mehrwert entsteht. Jeder versteht, was es bedeutet, wenn der Autoverkäufer ein ABS oder eine Zentralverriegelung anbietet. Eine Zentralverriegelung beim Haus könnte vielleicht über diese Analogie erläutert werden, bei weitergehenden Automationsfunktionen wird es schnell komplex. Beschreibende Texte versagen rasch und sind nur bedingt geeignet, für die Investition in eine Automa­ tionslösung zu werben. Im besten Fall gelingt das durch intensive Diskus­ sionen und Überzeugungsgespräche. Aber es bleibt die Unsicherheit beim Planer und Nutzer des Gebäudes, ob es Spaß machen wird, sich der Automatisation zu bedienen beziehungsweise von ihr bedient zu werden, oder ob sie wohl als technische Dominanz empfunden wird oder gar als Zumutung. Und die Skepsis seitens der Bauherren sitzt tief und ist aufgrund der Überzahl schlechter Beispiele berechtigt. Ideal wäre ein Softwarewerkzeug, das die Automationsfunktionen virtuell erlebbar macht. Mit dessen Hilfe könnte der Planer gemeinsam mit dem Bauherrn durch die virtuelle Architektur streifen und die Funktionen virtuell ausprobieren. Natürlich wären viele sensorische Aspekte nicht oder nur bedingt erfahrbar, jedoch wäre der Vorteil gegenüber textlichen oder tabellarischen Darstellungen deutlich. Neben dem zweifellos größten Aspekt, dem Nutzen, den eine vollautomatische, sich natürlich anfühlende Umgebung hätte, gibt es natürlich auch energetische Aspekte, die berechnet werden können.  >  31   Wie wirkt sich beispielsweise die Jalousiesteuerung auf den Heizenergie­ bedarf aus? Die Auslegung der Heizungsanlage und der Energieverbrauch könnten von der Regelstrategie und der Wirksamkeit der Verschattung abhängen. Eine Entscheidung für eine bestimmte Lichtszenen-SteuerungsStrategie könnte auch hinsichtlich ihrer energetischen Auswirkung beurteilt werden. Eine Automationsstrategie wird immer einen Kompromiss darstellen aus Investitionskosten, Betriebskosten und Komfort. Eine Simula­tion könnte dazu beitragen, alle drei Aspekte annähernd realitätsnah zu bewerten und somit eine qualifizierte Entscheidungsgrundlage für wirtschaftliche Entscheidungen bieten. Heute kann ein Planer höchstens die Energieeffizienz einer Gebäudeautomation als Argument anführen. Viele Gründe hierfür wurden bereits genannt. Häufig fehlt es dem Planer an der Vision. Aber selbst eine klare Vorstellung von einer überzeugenden Gebäudeautomation aufseiten des Planers vorausgesetzt, dürfte es schwierig sein, Bauherren und Architekten vom Nutzen zu überzeugen. Die Computersimulation, die diesen Nutzen nachvollziehbar, im Idealfall erlebbar machte, wäre der Schlüssel. Die Funktionen in einem automatisierten Gebäude werden schnell sehr komplex. Die Dokumente, die unterschiedliche Gebäudezustände darstellen, werden riesig, und Tabellen werden mehrdimensional, weil es zeitliche und räumliche Varianz darzustellen gilt. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass selbst

54

der Planer nicht mehr sicher sein kann, dass er alles bedacht hat und dass die Gebäudezustände alle durchdacht und funktional sind. Außerdem gilt es,

 >  31 Simulation des Energie­

Energieverbrauch ______

Leistung/Strom

bedarfs

Zeit

 >  32 Simulation von Funktionen (hier: Lichtszenen)

______ Szene 1

Szene 2

Parameter festzulegen, wie beispielsweise Grenztemperaturen, Schwellwerte der Beleuchtungsstärke abhängig von Tageszeiten und Bewölkung. Hierbei sehr viel vor Ort bei der Inbetriebnahme entschieden werden, bei der der Planer oftmals gar nicht zugegen ist. Die Zustände sind unverständlich und lückenhaft dokumentiert, und das Ergebnis wird aus mehreren Gründen mängelbehaftet. Der Systemintegrator versteht die Planungsvorgaben nicht, die Dokumentation ist komplex oder lückenhaft, und einige Parameter beruhen auf falschen Annahmen. Vollständig lässt sich das Problem sicherlich nicht durch eine Computersimulation lösen, da immer eine sensorische Diskrepanz zwischen dem virtuellen Erlebnis und der Realität bleiben wird. Aber die Planung kann näher an die Realität heranrücken, und die Planungsparameter könnten präziser definiert, vielleicht sogar elektronisch an den Inbetriebnahmeprozess übergeben werden.  >  32 

smart building design — planung

ist der Planer auf Erfahrung und Hypothesen angewiesen. Und letztlich muss

Für den Betrieb des Gebäudes ist eine Dokumentation des Soll-Verhaltens von hoher Bedeutung. Auch Fragen der Gewährleistung sind auf der Grundlage einer Funktionsbeschreibung zu beantworten, wie beispielsweise welches Verhalten der Fachplaner oder der Systemintegrator oder der Installateur schuldet. Im Falle der Inbetriebnahme könnte mithilfe der Simulation die Fehlersuche vereinfach werden. Nutzungsänderungen würden zunächst simuliert, mit dem Nutzer besprochen und dann in das Live-System überspielt werden. Zu jedem Zeitpunkt könnte ein Betreiber den Stand der Automatisation einsehen. Das Facility Management könnte Soll-Verhalten, also das der Simulation, und das Ist-Verhalten aus dem realen Monitoring abgleichen. Hier würden dann sicherlich auch Gewährleistungsfragen zum Tragen kommen. Das oben beschriebene Konzept des Building Information Modeling (BIM) ist bisher auf den Austausch statischer physikalischer Eigenschaften von Bauteilen beschränkt. Die Computersimulation von Gebäudeautomation ist jedoch erforderlich und der logische Schritt im Bauwesen. Ohne Computer­ simulation lassen sich komplexe Systeme nur im Einzelfall ganzheitlich designen. Ohne das Werkzeug der Computersimulation wird es kaum möglich sein, gut bedienbare Architektur zu entwerfen, die den vollen Nutzen von sich natürlich anfühlender Technik einspielt und die Sinn ergibt.

Gebäudeautomation und BIM Gebäude der Zukunft werden kybernetische Systeme sein. Die hierfür erforderlichen Simulationswerkzeuge müssen in der Lage sein, ein virtuelles Gebäudemodell zu erstellen, die physikalischen Eigenschaften und das dynamische Verhalten zu simulieren und die dafür zugrunde liegenden Algo­ rithmen und Parameter zu dokumentieren und bidirektional mit dem gebauten Gebäude zu kommunizieren. Das IFC-Dateiformat und offene BIM-Verfahren werden hierzu erweitert werden müssen, damit im Sinne einer flüssigen Kooperation ganzheitliches Design möglichst frei von technischen Barrieren ermöglicht wird. >  33  Agile Planungsprozesse, die den Nutzer und seinen Nutzen in den Mittelpunkt stellen, werden in enger Kooperation aller erforderlichen Experten die Gebäude der Zukunft gestalten. Der Wert eines Gebäudes wird, wie bei allen Produkten, die uns umgeben, zunehmend durch die Software bestimmt, die in ihm steckt, und weniger durch die Hardware, aus der es gebaut ist. Das unterstreicht die Notwendigkeit, dass wir uns zunehmend mit den Methoden der Softwareentwicklung auseinandersetzten müssen, um gute Gebäude zu schaffen. Nur (Bau-)Kunst und (Ingenieur-)Wissenschaft gemeinsam können das schaffen. Alles hierfür Erforderliche steht uns zur Verfügung, es muss nur getan werden. Es muss endlich zusammengearbeitet werden.

56

 >  33 Modellelemente und ihre Eigen-

Hologramm

Objektdaten ______

schaften Bauherr

(hier: Tür mit

Eingangstür EG

Motor­antrieb)

Objektplaner

B/H 1.010/2.260 Metalltür RAL 9006, ... Hersteller

Zarge, Türblatt, Beschläge, Motorschloss, ... Fachplaner SHKL

U-Wert 1.0 W/m2K, ... Fachplaner GA

Datenpunkt, Kommunikationsprotokoll, ...

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M

Realisierung Der in diesem Abschnitt behandelte Realisierungsprozess beschreibt eine mehr oder weniger handwerkliche Ausführung auf der Baustelle. Ob hingegen in Zukunft verstärkt Montage­a rbeiter oder gar Roboter auf Basis des Building Information Modeling (BIM) industriell vorgefertigte Baukomponenten montieren und in Betrieb nehmen werden, steht derzeit noch in den Sternen. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts liegt es zumindest im Bereich des Vorstellbaren. Doch auch wenn die industrielle Vorfertigung von Bauteilen im Bau­ sektor seit mehr als 100 Jahren kontinuierlich zunimmt: Die Realisierung eines Bauwerkes fällt bis heute immer noch zu einem großen Teil in den Zuständigkeitsbereich der beauftragten Bauunternehmer und ihrer Handwerker und wird es wohl auch in nächster Zukunft vorerst bleiben. Auf Basis von Planung und Leistungsbeschreibungen erfolgt die Vergabe aller für das Bauprojekt erforderlichen Bauleistungen. Nachdem die Vergabeverhandlungen erfolgreich abgeschlossen wurden, erfolgt der Übergang zur eigentlichen Realisierung der Baumaßnahme. Der Bauleiter beziehungsweise die Fachbauleiter haben nun die Aufgabe, die Bauausführung der beauftragten Bau­unternehmer und ihrer Handwerker auf Übereinstimmung mit der Baugenehmigung, der Ausführungsplanung, den Leistungsbeschreibungen sowie mit den anerkannten Regeln der Technik zu überwachen beziehungsweise das ordnungsgemäße Zusammenspiel der Gewerke möglichst termingerecht zu organisieren. Auch hier spielen intelligente Technologien eine besondere Rolle, da sie per se auf eine Vernetzung der Gewerke abzielen und insofern auch Gewerke übergreifend realisiert werden müssen.

Bauleiter / Fachbauleiter Ähnlich wie bei der Planung ist es heute dem bauleitenden Architekten oder Bauingenieur in aller Regel nicht mehr möglich, die fachliche Eignung für alle Gewerke mitzubringen. Deshalb werden auch hier üblicherweise Fachbauleiter herangezogen.8 Die Bauausführung erfolgt dann über eine integrale Koordination der ausführenden Unternehmer durch den Bauleiter beziehungs-

in Deutschland im Rahmen des §  56 der Musterbauordnung beschrieben:

weise die Fachbauleiter. Erbringt ein Planer beziehungsweise

Er muss insbesondere auch „über

Fach­planer zusätzlich zur Planung auch die Objektüberwachung,

die für seine Aufgabe erforderliche

hat er am ehesten die Chance, seine Vorstellungen umzu­setzen.

58

8 Die Pflichten des Bauleiters werden

Sachkunde und Erfahrung verfügen“. Darüber hinaus sind „geeignete

Die im Arbeitsleben zunehmende Arbeitsteilung ist allerdings

Fachbauleiter heranzuziehen“.

auch im Bauwesen festzustellen: Nicht wenige Architektur- bezie-

Trotzdem bleibt es die Aufgabe

hungsweise Ingenieurbüros haben sich inzwischen ent­weder auf die Planung oder die Bauüberwachung spezialisiert.

des Bauleiters, „die Tätigkeit der Fachbauleiter und seine Tätigkeit auf­einander abzustimmen“.

 >  34 Integrale Bauleitung Bauleiter

Fachbauleiter Tragwerk

Rohbau

Fachbauleiter Technische Ausrüstung

Raumabschluss

Innenausbau

SHKL

Elektrotechnik

Wird aus bestimmten Gründen mit der Bauüberwachung ein anderes Büro als für die vorangegangene Planung beauftragt, so sind für die reibungslose Fortführung der Planung exakt definierte Schnittstellen erforderlich. Eine der unverzichtbaren Voraussetzungen für eine erfolgreiche Bauüberwachung ist in jedem Fall eine einwandfreie und vollständige Planung. Wie im Abschnitt zuvor gezeigt, kann das Building Information Modeling (BIM) auch hier möglicherweise sehr stark dazu beitragen, Qualitäten, Kosten und Termine bereits im Vorfeld sicherzustellen. Bei Bauvorhaben, für deren Ausführung nicht die notwendige Planungssicherheit und eine ausreichende Bauzeit zur Verfügung stehen, sind erfahrungsgemäß Überschreitungen der Kosten und Termine aufgrund von berechtigten Mehrforderungen der ausführenden Firmen kaum

Integrale Organisation der Bauleitung Die heute typische Arbeitsorganisation zwischen Bauleitung und Fachbau­ leitung geht ähnlich wie in der Planungsorganisation davon aus, dass die Fachbauleiter bestimmten Gewerken eindeutig zugeordnet werden können. So übernimmt beispielsweise ein Fachingenieur (beziehungsweise Prüfstatiker) die Überwachung der Ausführung des Tragwerkes, ein weiterer Fachingenieur die Überwachung der Ausführung der Technischen Gebäudeausrüstung und gegebenenfalls mindestens noch ein weiterer Fachingenieur speziell die Überwachung der Ausführung der Elektrotechnik.  >  34  Im Hinblick auf die Realisierung intelligenter Gebäude stößt diese Organisationsform dagegen für uns insofern an ihre Grenzen, da ein funktionierendes intelligentes System sicherlich den ordnungsgemäßen Einbau und die ordnungsgemäße Vernetzung von elektronischen Komponenten

smart building design — realisierung

zu vermeiden.

—— im Rohbau (z. B. Erdsonden, thermoaktive Bauteile), —— im Raumabschluss (z. B. motorisierte Fenster- und Fassadenbauteile), —— im Innenausbau (z. B. motorisierte Türen, Wände, Treppen, Aufzüge), —— in der Versorgungstechnik z. B. Sanitär-, Heizung-, Klima-, Lüftung) und —— in der Elektrotechnik (z. B. Starkstromanlagen, Beleuchtungsanlagen) voraussetzt. Die dafür erforderliche technische Objektüberwachung eines intelligenten Systems ist insofern Gewerke übergreifend zu organisieren und setzt eine erhebliche Sachkunde insbesondere an den Schnittstellen zwischen Gewerken voraus. Diese Sachkunde ist entweder A.) aufseiten der bauleitenden Architekten und Bauingenieure oder B.) aufseiten der fachbauleitenden Ingenieure der Technischen Gebäudeausrüstung nachzuweisen. Im realistischeren Fall B.) bietet sich aus unserer Sicht insbesondere ein Fachingenieur der Elektrotechnik mit Schwerpunkt Gebäudeautomation an. Um aber das sinnvolle Ineinandergreifen aller Gewerke nicht nur im Rahmen der Planung, sondern auch im Rahmen der Realisierung sicher­z ustellen,

9

Diese Leistung kann in Deutschland

erscheint es ratsam, dieser Gewerke übergreifenden Über­

zwar grundsätzlich im Rahmen der

wachungsleistung eine vorgeordnete Rolle durch den baulei-

Honorarordnung für Architekten und

tenden Architekten- oder Bauingenieur einzu­räumen.9  >  35 

Ingenieure (HOAI 4-2 Technische Ausrüstung: Anlagengruppe 8 – Gebäudeautomation über die Leistungsphase 8 – Objektüber­

Terminplanung

Form allerdings nicht ganz dem

Die Grundlage für die terminliche Seite der Koordination der

Mehraufwand eines Gewerke über-

ausführenden Unternehmer durch den Bauleiter beziehungs-

greifenden Managements gerecht.

weise die Fachbauleiter bildet der erstellte Bauzeitenplan für

Hier ist möglicherweise nachzu­ justieren.

die Bauausführung. Rahmentermine werden in aller Regel vom

10 Die Pflichten des Bauunternehmers

Bauherrn vorgegeben (z. B. den Zeitpunkt der Inbenutzung-

werden in Deutschland im Rahmen

nahme des Gebäudes). Im Bauzeitenplan stimmen dement-

60

wachung) erfolgen, wird in dieser

des §  55 der Musterbauordnung beschrieben: Der Unternehmer ist

sprechend der Bauleiter beziehungsweise die Fachbauleiter

hier nicht nur „für die ordnungs­

alle für die ausführenden Firmen verbindlichen Terminvor­

gemäße Einrichtung und den sicheren Betrieb der Baustelle“ mitver-

gaben ab, die Gegenstand des Bauvertrages werden. Im

antwortlich, sondern er hat auch

Unterschied zu einer herkömmlichen Realisierung muss der

„die erforderlichen Nachweise

Inbetriebnahme der vernetzten technischen Anlagen unbe-

über die Verwendbarkeit der ver-

dingt ausreichend Zeit eingeräumt werden, um den ordnungsgemäßen Betrieb vor Abnahme und Inbenutzungnahme zu

wendeten Bauprodukte und Bau­ arten zu erbringen und auf der Baustelle bereitzuhalten“.

 >  35 Zuständig­-

_______ Bauleiter

keiten für die Reali­sierung von User Inter­ face und Auto­ma­tismen aufseiten des Bauleiters und

Fachbauleiter Tragwerk

Fachbauleiter Technische Ausrüstung

Fachbau­leiters für Gebäude­ automation

User Interface/Automatismen Datenpunkte Rohbau

Raumabschluss

Innenausbau

Versorgungstechnik

Elektrotechnik

Fachbauleiter GA

gewährleisten. Der Bauzeitplan ist somit Maßstab der Fortschrittskontrolle auf der Baustelle. Werden bei einem Gewerk Störungen oder Verzögerungen von Terminen erkannt, welche die geordnete Inbetriebnahme gefährden, ist mit der ausführenden Firma unverzüglich zu klären, wie die festgestellten Probleme gelöst werden können. Im Idealfall erfolgt dann eine Lösung der Probleme nicht ad hoc auf der Baustelle, sondern planmäßig über das Building Information Modeling (BIM).

Bauunternehmer / Systemintegrator Die Realisierung der Objekt- und Fachplanungen auf der Baustelle erfolgt weise lassen sich die meisten Bauleistungen mit der Einteilung in die vielfach zitierten Gewerke unterteilen. Im Bauwesen umfasst dabei ein Gewerk im Allgemeinen die Arbeiten, die einem Handwerk zuzuordnen sind. Der Zusammenschluss von Handwerkern zur Wahrung gemeinsamer Interessen geht bis auf die Zünfte im Mittelalter zurück und reichte in den meisten Ländern bis in das 19. Jahrhundert hinein, wo im Rahmen der Gewerbefreiheit jedem Bürger das Recht zugestanden wurde, ein Handwerk nach eigener Wahl ausüben zu dürfen. Heute sind in Deutschland Handwerksbetriebe A.) in zulassungspflichtigen (Meisterbrief), B.) in zulassungsfreien oder C.) in handwerksähnlichen Gewerben tätig.

smart building design — realisierung

durch die ausführenden Bauunternehmer und deren Bauleistungen.10 Üb­licher-

Zur Kategorie A.) zählen im Bausektor unter anderem noch Maurer und Betonbauer, Zimmerer, Dachdecker, Metallbauer, Stucka­teure, Maler und Lackierer, Installateure und Heizungsbauer, Kälteanlagenbauer, Elektrotechniker und Tischler. Von der Vernetzung der Gewerke durch intelligente Komponenten besonders betroffen sind vor allem —— Metallbauer (bewegliche Bauteile), —— Installateur- und Heizungsbauer, Kälteanlagenbauer (SHKL) und —— Elektrotechniker, wobei insbesondere Elektrotechnikermeister für die Insta­l­ lation intelligenter Komponenten als fachlich geeignet erscheinen.

Systemintegrator Im Kontext der Vernetzung der Gewerke taucht häufig der Begriff des „Systemintegrators“ auf. Dieser vielfach verwendete Begriff erscheint dagegen innerhalb der Baubranche extrem unscharf. Die Spannbreite reicht vom Spezialisten mit Kenntnissen für die Projektierung und Inbetriebnahme von Gebäude-System-Technik bis zum Großunternehmen spezialisiert auf Lösungen für Gebäudeautomation und Gebäudemanagement. Letztlich geht es aber insgesamt um die Programmierung und Inbetriebnahme der vernetzten, intel­ligenten Komponenten. Marktgängig sind hier die folgenden Varianten:  >  36  Dem marktüblichen Zusammenwirken von Planung und Ausführung in nahezu allen anderen Gewerken entsprechen sicherlich folgende Varianten: Variante B: Gebäudeautomation in größeren Projekten 1. Fachplanung / Fachbauleitung / Abnahme durch ein Planungsbüro 2. Montageplanung, Ausführung und Systemintegration durch ein Bauunternehmen 11 Das Zusammenwirken von Planung

Variante D: Gebäudeautomation in kleineren Projekten

und Realisierung könnte in Deutsch-

1. entfällt

land in einem viel stärkeren Umfang

2. Montageplanung, Ausführung und Systemintegration durch ein Bauunternehmen

in die Lehrinhalte der Elektromeis­ terausbildung integriert werden als heute üblich. Noch besser erscheint dagegen eine etablierte Zusatzqua-

62

Setzen wir den Fokus auf die fachliche Eignung für beide

lifikation zum Systemintegrator

Varianten in Hinblick auf den Punkt 2., so erscheint der Elek-

(HWK) analog zu etablierten Zusatz-

trotechnikermeister erneut prädestiniert für diese Arbeit.11 Um aber auch im Rahmen der Systemintegration das sinnvolle

qualifikationen wie zum Energieberater (HWK) oder zum Betriebswirt (HWK).

 >  36 _______ Programmierung

Optionale Zuständigkeiten für die System­ integration der

A

Fachplanung

Ausführung

Systemintegration

B

Fachplanung

Ausführung

Systemintegration

C

Fachplanung

Ausführung

Systemintegration

D

Fachplanung

Ausführung

Systemintegration

Gebäudeauto­ mation

Durch spezialisiertes Unternehmen (A), durch ausführendes Unternehmen (B), durch planendes Unternehmen (C), durch planendes und ausführendes Unternehmen (D)

 >  37 Zuständigkeit _______ Systemintegrator

für die System­ integration aufseiten des dafür beauf­tragten Unternehmens

User Interface/Automatismen Datenpunkte Rohbau

Raumabschluss

Innenausbau

Versorgungstechnik

Elektrotechnik

Fachbauleiter GA

dem System­integrator durch den bauleitenden Architekten- oder Bauingenieur eine vorgeordnete Rolle einzuräumen.  >  37 

Geordnete Inbetriebnahme Wie bereits angedeutet, ist es nicht nur notwendig, der Systemintegration und Inbetriebnahme vernetzter technischer Anlagen innerhalb des Bauab­ laufes ausreichend Zeit vor Abnahme und Inbenutzungnahme einzuräumen, sondern diese Arbeiten auch geordnet durchzuführen. Sicherlich hängt diese Ordnung sehr stark von der technischen Ausgestaltung eines Bauprojektes ab. Die VOB Teil C enthält eine Sammlung von Allgemeinen Technischen Vertrags­b edingungen (ATV), die gleichzeitig auch als DIN-Normen heraus­

smart building design — realisierung

Ineinandergreifen der Gewerke sicherzustellen, erscheint es auch hier ratsam,

gegeben werden. Die ATV definieren Ausführungs- und Abrechnungsregelungen fachbezogen für alle wichtigen Baugewerke. Für die Gebäudeautomation gilt vor allem die ATV DIN 18386 Gebäudeautomation, in der folgende Mindestanforderungen spezifiziert sind: —— Die Anlagenteile sind so einzustellen, dass die geforderten Funktionen und Leistungen erbracht und die gesetzlichen Bestimmungen erfüllt werden. Dazu sind alle physikalischen Ein- und Ausgänge einzeln zu überprüfen, die vorgegebenen Parameter einzustellen und die geforderten Ein- und Ausgabe- sowie Verarbeitungsfunktionen sicherzustellen. —— Die Inbetriebnahme und die Einregulierung der Anlage und Anlagenteile sind, soweit erforderlich, gemeinsam mit Verantwortlichen der beteiligten Leistungsbereiche durchzuführen. Inbetriebnahme und Einregulierung sind durch Protokolle mit Mess- und Einstellwerten zu belegen. —— Das Bedienungspersonal für das System ist durch den Auftragnehmer einmal einzuweisen. Die Einweisung ist zu dokumentieren.

Abnahme Die Abnahme von Bauleistungen ist wegen ihrer vielfältigen Wirkungen die wichtigste Komponente eines Bauvertrages und ist hier der Dreh- und Angelpunkt. Bevor keine geordnete Inbetriebnahme durchgeführt wurde und die Dokumentation nicht vollständig vorliegt, ist eine Abnahme mehr als fragwürdig. Von der rechtsgeschäftlichen Abnahme ist die technische Abnahme der Gebäudeautomation zu unterscheiden. Die technische Abnahme erfolgt im Regelfall durch den Bauleiter beziehungsweise Fachbauleiter. Hier wird der technische Zustand der Werkleistung festgestellt. Die technische Abnahme bereitet die rechtsgeschäftliche Abnahme vor: Aufgrund ihres technischen Befunds ist es dann Sache des Bauherrn zu entscheiden, ob er die Werkleistung rechts­geschäftlich abnimmt oder nicht. Die ATV DIN 18386 Gebäudeautoma­ tion fordert eine Abnahmeprüfung, die aus Vollständigkeits- und Funktions­ prüfung besteht. Die Funktionsprüfung umfasst demnach insbesondere: —— Prüfung der Protokolle der Inbetriebnahme und Einregulierung —— stichprobenartige Prüfung von Automationsfunktionen, zum Beispiel Regel-, Sicherheits-, Optimierungs- und Kommunikationsfunktionen —— stichprobenartige Einzelprüfungen von Meldungen, Schaltbefehlen, Messwerten, Stellbefehlen, Zählwerten, abgeleiteten und berechneten Werten —— Prüfung der Systemreaktionszeiten —— Prüfung der Systemeigenüberwachung —— Prüfung des Systemverhaltens nach Netzausfall und Netzwiederkehr Der Bauleiter beziehungsweise die Fachbauleiter haben gegenüber dem Bauherrn nicht nur eine Hinweispflicht, sondern haben ferner Maßnahmen zur Behebung der auftretenden Abweichungen zu benennen. Eventuell ent-

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stehende Mehr­kosten oder mögliche Auswirkungen auf die vereinbarten Termine sind abzuschätzen und dem Bauherrn darzulegen.

Dokumentation Es ist ein offenes Geheimnis: Kosten- und Termindruck, mitunter sogar fehlende fachliche Eignung, verleiteten möglicherweise alle Beteiligten (Bauherr, Planer, Bauleiter, Bauunternehmer), das Thema Dokumentation der intel­ ligenten Systeme und deren Betriebslogik zu sehr auf die leichte Schulter zu nehmen. Vielleicht auch dem Motto folgend: „Die beste Dokumentation ist der Quellcode selbst.“ Für den nachhaltigen Betrieb eines intelligenten Gebäudes kann dieser Satz überhaupt nicht bestätigt werden. Im Gegenteil: Ist der Quellcode und damit die Betriebslogik des Gebäudes nur in einem oder wenigen Köpfen verankert, besteht die Gefahr einer Abhängigkeit, die schwerwiegende Folgen nach sich ziehen kann. Verlässt beispielsweise ein verantwortlicher Systemintegrator die beauftragte Firma oder diese wird gar insolvent, müssen sich andere Spezialisten mühevoll in den Quellcode einarbeiten, um die Intelligenz des intelligenten Gebäudes möglichst umfassend zu verstehen und dann auch beherrschen zu können. Die Einarbeitungszeit kann mehrere Wochen, vielleicht sogar Monate beanspruchen. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn keine offenen und marktgängigen Kommuni­ kationsprotokolle eingesetzt wurden. Mitunter ist sogar ein komplettes Re-Engineering erforderlich, und das ist auch nach einer Betriebszeit von nur wenigen Jahren kein Einzelfall in der Branche. Nach ATV DIN 18386 Gebäudeautomation ist von dem Auftragnehmer eine ganze Reihe von Unterlagen aufzustellen und dem Auftraggeber spätestens bei der Abnahme in geordneter und aktualisierter Form zu übergeben. Die Intelligenz eines intelligenten Gebäudes wird über geeignete Software durch hochqualifizierte Spezialisten zum Leben erweckt. Möchte man diese Intel­ ligenz für andere Spezialisten möglichst barrierefrei zugänglich machen, ist

smart building design — realisierung

eine ergiebige Dokumentation der Betriebslogik unabdingbar.

Betrieb Nachdem das realisierte Bauwerk durch den Bauherrn in Benutzung genommen wurde, ist der eigentliche Realisierungsprozess abgeschlossen. Jetzt beginnt die Betriebsphase des Gebäudes. Während der Schwerpunkt des Projektmanagements in der Organisation von Planung, Vergabe und Ausführung bis zur Fertigstellung liegt, beinhaltet das Objektmanagement eine langzeitliche Begleitung der Nutzung eines Objektes einschließlich notwendiger Maßnahmen zur Anpassung unter veränderten Bedingungen. Die Projektphase spielt für die spätere Objektphase eine entscheidende Rolle. Hier fallen die Entscheidungen, die den gesamten Lebenszyklus eines Objektes beeinflussen.  >  38 

Intelligentes Technisches Gebäudemanagement Als ein wichtiger Bestandteil des gesamten Objektmanagements nimmt das intelligente Technische Gebäudemanagement eine zentrale Rolle in der Betriebsphase intelligenter Gebäude ein. Die Aufgabe eines intelligenten Technischen Gebäudemanagements liegt vor allem in der automatischen Überwachung technischer Anlagen wie zum Beispiel Heizung, Kühlung, Lüftung, Beleuchtung und Beschattung durch ein dafür geeignetes GASystem. Idealerweise überwacht sich das System weitestgehend selbst und registriert frühzeitig Betriebsfehler. Insofern kann ein erhöhtes Instand­ haltungsrisiko der technischen Systeme im Gebäude durch Fehlbetrieb von Vorneherein ausgeschlossen werden. Aber auch mögliche Einbußen bei Sicherheit, Energieeffizienz und Komfort werden bereits im Vorfeld erkannt und korrigiert. Insbesondere die fortlaufende, automatisierte Auswertung von geeigneten Schlüsselindikatoren (Key Performance Indicators, KPIs) sorgt für einen ordnungsgemäßen Betrieb. Sie basieren in erster Linie auf den operativen Betriebsdaten (Big Data) aus dem GA-System und evaluieren nicht nur die Performance der Regelung, sondern auch das Nutzerverhalten im Gebäude.  >  39 

66

 >  38 Lebenszyklus

_ _ _ _ _von _Kosten _ Optimierungspotenzial

eines Gebäudes

g lun f r en wu urf kt nt o j e o re E n t w r P V i tw

ck

Konstruktion

Betrieb

Abriss

Verlauf der Kosten bzw. Auswirkung von Planungsentscheidungen

Beeinflussbarkeit der Kosten

Zeit

 >  39 Key Perfor­mance

_______ TGM

Indicators (KPIs)

Inbetriebnahme

eines GA-Systems Kontinuierliche Verbesserung _______ KPIs

_______ Big Data Analyse Überwachung

_______ System

AA (Erzeugung) Bedarf

Energie

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

RA (Nutzung)

(TGM) Technisches Gebäudemanagement (RA) Raumautomation

Periodisches Audit Kommen wir erneut auf das Beispiel der Automobilbranche zurück. Die Garantie eines Neuwagens gilt nur dann, wenn der Wagen turnusmäßig gewartet wird. Dazu muss das Fahrzeug in die Werkstatt und wird dort über entsprechende Diagnosegeräte analysiert und gewartet. Schraubendreher und Laptop wirken dabei konkurrenzlos und selbstverständlich zusammen.

smart building design — betrieb

(AA) Anlagenautomation

Auch im Bausektor sind Wartungsverträge in vielen Gewerken Basis für Garantieansprüche. Ein Dachdecker wird nur dann die Garantie für ein Flachdach übernehmen, wenn er mindestens einmal im Jahr das Dach wartet. Was für einen – aus technologischer Sicht – eher einfachen Gebäudeteil gilt, ist unabdingbar für die Aufrechterhaltung und Anpassung der Betriebslogik eines intelligenten Gebäudes. Dafür gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten: A) Diese Aufgabe wird im Rahmen des Objektmanagements maßgeblich von einem hoch qualifizierten Mitarbeiter durchgeführt, der mit einem herkömmlichen Hausmeister so wenig gemein hat, wie ein Computer mit einem Taschenrechner. Dazu gehören zunächst Fähigkeiten, die Betriebslogik der Gebäudeautomation auf Raumebene zu kontrollieren und gegebenenfalls anzupassen. Darüber hinaus sind auch Fähigkeiten gefragt, die Regelung zentraler Anlagen mit internen und externen Spezialisten bis auf Quellcodeebene fachlich zu diskutieren und die Anlagen verantwortlich zu betreiben. B) Nicht jeder Betreiber ist in der vorteilhaften Lage, solches Personal vorhalten zu können. Bei kleineren Objekten ist das allerdings auch gar nicht wünschenswert oder möglich. In jedem Fall ist aber die konti­nu­ ierliche Betreuung und Wartung der Betriebslogik durch externe Dienstleister unumgänglich und durch Wartungsverträge sicherzustellen. Für beide Möglichkeiten ist ein professionelles intelligentes Technisches Gebäudemanagement unverzichtbar. Im Fall B.) sollten darüber hinaus periodische Audits je nach Komplexität der technischen Anlagen alle 12 – 36 Monate durchgeführt werden.  >  40 

68

 >  40 Performance eines intelligenten Gebäudes

100

Performance _______ Auditiertes GA-System

(Smart Building) 90 80 70 60

Zeit (a)

smart building design — betrieb

50

Smart Building Technology

Technische Komponenten  73 Sensoren und Aktoren  73 Automationseinrichtungen 74 Management- und Bedieneinrichtung  74 Datenschnittstelleneinheiten 75 DatenübertragungSverfahren 77 Kabelgebundene Datenübertragung  77   2-Draht-Technik — 77 / Powerline — 78 / LAN — 78 / LWL — 78 Kabellose Übertragung  79 Systemarchitektur 80 Zentrale Automatisierung  80 Dezentrale Automatisierung  80 Hybride Automatisierung  82 Einfluss des IoT auf die Systemarchitektur  82 Kommunikationssysteme 84 BACnet 84 KNX   85 DALI   86

Smart Building Technology

Intelligente Systeme sorgen im Kern für ein sinnvolles automatisches Zusammenspiel aller Gewerke in einem Gebäude. Wesentliche Grundlage dieses Zusammenspiels ist die Gebäudeautomation, die aus drei Bestandteilen besteht. Dem Technischen Gebäudemanagement (TGM), der Raumauto­m a­ tion (RA) und der Anlagenautomation (AA). Das Technische Gebäude­ management dient zur Überwachung, Bedienung, Historisierung und Visualisierung der gesamten Automationsprozesse in einem Gebäude. Die Raum­a utomation bezieht sich beispielsweise auf die Automatisierung des Sonnenschutzes, der Beleuchtung oder der Raumklimatisierung. Die Überwachung, Steuerung, Regelung und Optimierung der primären Anlagen (z. B. Heizung, Kühlung, Lüftung, Klimatisierung) in einem Gebäude wird dagegen als An­­lagenautomation bezeichnet. Raumautomation und Anlagenautomation sollten nicht getrennt betrachtet werden, denn erst durch die kommunikative Verbindung der Raumautoma­ tion mit der Anlagenautomation können bedarfsgerechte Automatisierungskonzepte umgesetzt werden. Die Gebäudeautomation ist funktional in drei hierarchische Ebenen unterteilt. Auf der Feldebene werden die fünf Grundfunktionen der Gebäudeautomation ausgeführt (Schalten, Stellen, Melden, Zählen und Messen). In der Automationsebene erfolgen die Regelung, Steuerung und Optimierung der zu automatisierenden Anlagen beziehungsweise Räume. Die zentrale Bedienung, Visualisierung, Datenhistorisierung und die Netzwerkverwaltung werden typischerweise der Managementebene zugeordnet. Diese Funktionen werden innerhalb eines GA-Systems durch entsprechende technische Komponenten übernommen. Eine eindeutige Zuordnung zwischen den technischen Komponenten und den drei Ebenen ist durch die Verlagerung der Intelligenz heute kaum möglich. So gibt es beispielsweise Automationseinrichtungen beziehungsweise Controller, die neben der Automatisierung einer Anlage zusätzlich ein Display für die Visualisierung bein­

72

halten. Daher empfiehlt es sich, das Drei-Ebenen-Modell der Gebäudeautomation hardwareunabhängig zu betrachten.

Technische Komponenten Sowohl in der Raumautomation als auch in der Anlagenautomation können unterschiedliche Komponenten zum Einsatz kommen. Hierzu zählen neben Feldgeräten beziehungsweise Sensoren und Aktoren auch Automationseinrichtungen, Management- und Bedieneinrichtung sowie Datenschnittstelleneinheiten. Jede dieser technischen Komponenten übernimmt in einem Gebäudeautomationssystem (GA-System) die Ausführung bestimmter Funktionen. Die grundsätzlichen Funktionen beziehungsweise Aufgaben dieser technischen Komponenten werden nachfolgend beschrieben.

Sensoren und Aktoren Sensoren und Aktoren sind für die Ausführung der fünf Grundfunktionen der Gebäudeautomation zuständig (Schalten, Stellen, Melden, Zählen und Messen). Sensoren wandeln eine physikalische Größe (Temperatur, Beleuchtungsstärke, Luftfeuchtigkeit etc.) in elektrische Signale um. Diese können dann wiederum von Aktoren oder Automationseinrichtungen für die Weiterverarbeitung genutzt werden. Unterschieden wird dabei zwischen analogen und binären Sensoren. Während binäre Sensoren nur zwei Zustände annehmen können (z. B. Fensterkontakt: AUF/ZU), können analoge Sensoren (z. B. Temperatursensoren) innerhalb des Messwertebereichs mehrere Werte annehmen. Aktoren hingegen wandeln elektrische Signale in eine physikalische Größe um. Auch bei den Aktoren wird zwischen analogen und binären Aktoren unterschieden. Während binäre Aktoren Schaltbefehle entgegennehmen (z. B. die Ansteuerung von Umwälzpumpen in einer Wärmeversorgungsanlage), reagieren die des Sonnenschutzes). Man unterscheidet prinzipiell zwischen konventionellen und intelligenten Sensoren und Aktoren. Die Zuordnung zwischen den intelligenten Komponenten erfolgt im Gegensatz zu den konventionellen Komponenten nicht physikalisch, sondern softwareseitig.  >  41 

 >  41 Zusammenspiel von Sensoren und Aktoren am Beispiel von Licht

Kommunikationssystem

Sensor

Sensor Aktor

Präsenz melden Licht schalten

Aktor

Logische Verknüfung durch Software

smart building Technology — Technische Komponenten

analogen Aktoren auf Stellbefehle (z. B. das Anfahren einer beliebigen Position

Automationseinrichtungen Automationseinrichtungen sind für die Verarbeitungsfunktionen (Über­ wachen, Steuern, Regeln und Optimieren) zuständig. Die Automations­ einrichtungen übernehmen in der Raumautomation die Automatisierung der unterschiedlichen Gewerke (Beleuchtung, Sonnenschutz und Raumklima). Derartige Automationseinrichtungen werden auch als „Raumcontroller“ bezeichnet. In der Anlagenautomation hingegen sind die Automationseinrichtungen für die Automatisierung der primären Anlagen zuständig (z. B. die Automati­sierung einer Lüftungsanlage). Diese werden typischerweise als Automationsstationen beziehungsweise Controller bezeichnet. Man unterscheidet hierbei grundsätzlich zwischen anwendungsspezifischen und frei programmierbaren Automa­tionseinrichtungen. Während bei anwendungsspezifischen Automationseinrichtungen die Anwendungsfunktionen vom Hersteller fest vorgegeben werden, können frei programmierbare Automa­ tionseinrichtungen abhängig von den Projektanforderungen für unterschiedliche Anwendungszwecke ein­g esetzt werden. Eine weitere Unterscheidung erfolgt entsprechend dem physikalischen Aufbau der Automationseinrichtungen. So sind sowohl Automa­t ionseinrichtungen mit einer festen Anzahl von Ein- und Ausgängen als auch modulare Automationseinrichtungen, die entsprechend erweitert werden können, auf dem Markt verfügbar. Prinzi­piell bestehen Automationseinrichtungen aus einer Verarbeitungseinheit (Prozessoreinheit), einer Kommunika­tionsschnittstelle, den Ein- und Ausgängen und einer Stromversorgung.  >  42 

Management- und Bedieneinrichtung Die Management- und Bedieneinrichtung (MBE) ist für die Bedien- und Managementfunktionen zuständig. Beispielsweise erfolgt durch die MBE die Visualisierung der Automationsprozesse eines GA-Systems. Neben der Visualisierung und dem Ändern von Prozessparametern gehört auch die Verwaltung von Alarmen und Ereignissen zu den Aufgaben einer MBE. Die MBE speichert zudem für die Datenhistorie und wertet Prozessdaten aus dem GA-System aus. Auch die Geräte- und Netzwerkverwaltung erfolgt über die MBE. Hierzu zählt beispielsweise die automatische Identifizierung und periodische Datensicherung der Automationseinrichtungen im GA-System. Sowohl webbasierte als auch desktopbasierte Systeme sind hier möglich und verfügbar. Bei der webbasierten Variante wird die Software typischerweise auf einem Serversystem installiert, und ein Zugriff auf die Daten erfolgt im Gegensatz zu einer desktopbasierten Management- und Bedieneinrichtung nicht ausschließlich lokal, sondern dezentral über einen beliebigen Webbrowser.  >  43 

74

 >  42 Typischer Aufbau einer Automations­

NG

einrichtung

KOM CPU

AE

AA BE

BA

E/A-Module

 >  43 Managementund Bedien­

TGM

einrichtung

Management- und Bedieneinrichtung

 >  44 GA-Gateway am Beispiel von BACnet zu KNX und

Gateway

Gateway

BACnet

KNX

KNX

DALI

Datenschnittstelleneinheiten Häufig eingesetzte Datenschnittstelleneinheiten in einem GA-System sind Gateways und Router. Diese werden fälschlicherweise oft gleichgesetzt, haben jedoch unterschiedliche Funktionen. Immer, wenn zwei oder mehrere Netzwerke basierend auf unterschiedlichen Kommunikationssystemen miteinander verbunden werden müssen (z. B. BACnet und KNX), werden Gateways benötigt. Diese fungieren als Dolmetscher (Protokollumsetzer) und übersetzen das eine Kommunikationssystem in das andere. Hier gilt es zu beachten, dass eine Protokollumsetzung zwangsläufig mit einem Informationsverlust einhergeht. Dies ist damit begründet, dass die verfügbaren Kommunikationssysteme genau wie Sprachen unterschiedliche Strukturen aufweisen.  >  44 

smart building Technology — Technische Komponenten

KNX zu DALI

 >  45 GA-Router am Beispiel von KNX Router

Router

KNX IP

BACnet IP

KNX TP

BACnet MS/TP

Im Gegensatz zu Gateways verbinden Router zwei oder mehrere Netzwerke basierend auf demselben Kommunikationssystem miteinander. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein BACnet/IP-Netzwerk mit einem BACnet MS/ TP-Netzwerk (BACnet Master Slave Token Passing) oder ein KNX IP-Netzwerk mit einem KNX TP-Netzwerk (KNX Twisted Pair) verbunden werden soll. Die zu vernetzenden Einrichtungen kommunizieren zwar über dasselbe Kommunikationssystem, nutzen jedoch meist unterschiedliche Übertragungsmedien für die Datenübertragung. Hierbei erfolgt also keine Protokollumsetzung, sondern lediglich eine Weiterleitung beziehungsweise ein Routing der Informationen von einem Netzwerk in das andere Netzwerk.  >  45 

76

IP zu KNX TP und BACnet/IP zu BACnet MS/TP

Datenübertragungsverfahren Für die digitale Datenübertragung zwischen den technischen Komponenten kommen unterschiedliche Übertragungsverfahren zum Einsatz. Die Übertragung erfolgt kabelgebunden oder kabellos. Nachfolgend werden die charakteristischen Eigenschaften einiger Übertragungsverfahren beschrieben.  >  46 

Kabelgebundene Datenübertragung Bei der kabelgebundenen Datenübertragung können die 2-Draht-, Powerline-, LAN- oder LWL-Übertragungstechnologien zum Einsatz kommen.

2-Draht-Technik Ein in der Gebäudeautomation weit verbreitetes und kostengünstiges Übertragungsverfahren ist die 2-Draht-Technik, die von vielen Kommunikationssystemen unterstützt wird. Es handelt sich dabei um eine Kupferleitung mit verdrillten Adernpaaren (Twisted-Pair-Leitung) die häufig in Neubauten zusätzlich zu der 230-Volt-Stromleitung verlegt wird. Beim Aufbau derartiger Netzwerke sind die Topologien des jeweiligen Kommunikationssystems zu berücksichtigen, die die für die Datenübertragung erforderliche physika­ die maximal zulässigen Leitungslängen und die maximale Anzahl zu vernetzender Komponenten. Die 2-Draht-Technik ermöglicht eine stabile Kommunikationsverbindung, gilt jedoch bei Erweiterungen des Gebäudeautomationssystems als unflexibel. Die Datenraten, die beim Einsatz der 2-Draht-Technik erreicht werden können, sind zwar eher gering, jedoch aufgrund der geringen zu übertragenden Daten ausreichend.

Powerline Bei Powerline entfällt im Gegensatz zur 2-Draht-Technik die zusätzliche Infrastruktur für die Datenübertragung. Bei diesem Übertragungsverfahren kann das vorhandene 230-Volt-Stromnetz für die Datenübertragung genutzt werden. Es handelt sich dementsprechend um eine Technologie die sich beispielsweise für die Nachrüstung von Gebäuden eignet. Aufgrund einiger Schwachstellen wie beispielsweise eine höhere Störanfälligkeit, die durch andere am Netz hängende Geräte verursacht werden kann, kommt diese Technologie heute im Vergleich zur 2-Draht-Technik seltener zum Einsatz.

smart building Technology — Datenübertragungsverfahren

lische Struktur des Netzwerks beschreibt. Ebenfalls zu berücksichtigen sind

LAN Mit der LAN-Technik (Local Area Network) können Einrichtungen die vorhandene IT-Infrastruktur (z. B. ein Unternehmensnetzwerk) für die Datenüber­ tragung nutzen. Die Trennung des IT-Netzwerks vom GA-Netzwerk kann dabei physikalisch oder logisch erfolgen. Die logische Trennung kann durch ein sogenanntes VLAN (Virtual Local Area Network) umgesetzt werden. In diesem Fall sind die Automationseinrichtungen physikalisch mit den Netzwerkkomponenten des IT-Netzwerks verbunden, jedoch logisch voneinander getrennt. Diese Variante erspart Kosten, da keine zusätzliche IT-Infrastruktur für die Gebäudeautomation notwendig ist. Eine Abstimmung mit der ITAdministration ist jedoch erforderlich. Bei dieser Technik werden wesentlich höhere Übertragungsraten erreicht als bei den beiden bisher beschriebenen Übertragungsverfahren, weshalb sich diese Variante für die Übertragung von großen Datenmengen eignet. Große Datenmengen werden beispielsweise zwischen der Managementebene und Automationsebene übertragen.

LWL Während die Daten der bisher beschriebenen Übertragungsverfahren mittels elektrischer beziehungsweise hochfrequenter Signale übertragen werden, erfolgt die Datenübertragung bei der Lichtwellenleiter-Technik durch Lichtimpulse. Lichtwellenleiter kommen meist zum Einsatz, wenn die zu vernetzenden Einrichtungen örtlich weit voneinander entfernt sind. Beispielsweise bei einer etagen- oder gebäudeübergreifenden Datenübertragung. Darüber hinaus sind Lichtwellenleiter resistent gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen und erreichen gegenüber Kupferleitungen deutlich höhere Über­ tragungsraten. Zu berücksichtigen sind die aufwendige Installation und die hohen Installationskosten.

78

Kabellose Übertragung Bei der kabellosen Übertragung wird als Übertragungsmedium keine Kupfer- oder Lichtwellenleitung, sondern Luft verwendet. Für eine kabellose Über­tragung existieren unterschiedliche Verfahren, wobei im Bereich der Gebäudeautomation meist Funktechnik zum Einsatz kommt, bei der die Datenübertragung mittels Radiowellen realisiert wird. Auf dem Markt wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Funksystemen angeboten, die alle Vorund Nachteile aufweisen. Während bei Wohngebäuden Funksysteme weit verbreitet sind, finden derartige Systeme in Zweckbauten eher als Erweiterung einer kabelgebundenen Übertragung Verwendung. Durch den Einsatz von Funktechnik kann ein flexibles Automationskonzept realisiert werden. Beispielsweise können Sensoren und Bedieneinrichtungen an beliebigen Stellen (z. B. Glaswand) positioniert werden, und auch eine nach­ trägliche Erweiterung mobiler Komponenten (z. B. einer Funkfernbe­dienung) ist mit geringem Aufwand möglich. Der Einsatz von Funktechnik ist auch an Stellen sinnvoll, wo keine Leitungen verlegt werden können (z. B. bei der Sanierung von denkmalgeschützten Gebäuden). Einen Schwachpunkt von Funktechnik stellt die Störanfälligkeit dar. Störungen können beispielsweise in Form von Interferenzen mit anderen funkbasierten Geräten auftreten. Auch das Sicherheitsrisiko ist beim Einsatz von Funksystemen nicht zu unterschätzen, da sich bei Systemen ohne sicheres Verschlüsselungsverfahren Unbe­ fugte – auch ohne einen physikalischen Zugriff – Zutritt zum GA-System ver-

 >  46 Kabelgebunde und kabellose Datenüber­tragung

smart building Technology — Datenübertragungsverfahren

schaffen können.

Systemarchitektur Die zunehmende Komplexität der Gebäudeautomation erfordert auch zunehmend komplexere Automationsstrategien. Daher spielt die Wahl eines Automationskonzeptes im Hinblick auf eine geeignete Systemarchitektur der Gebäudeautomation eine wichtige Rolle. Ob ein zentrales oder ein dezen­ trales Automationskonzept oder eine Mischung aus beidem am geeignetsten ist, leitet sich aus den projektspezifischen Anforderungen ab und einer Abwägung der jeweiligen Möglichkeiten und Grenzen.

Zentrale Automatisierung Die Automatisierungsaufgaben werden bei der zentralen Automatisierung von einer oder mehreren Automationseinrichtungen innerhalb des GA-Systems übernommen. Dementsprechend befindet sich bei dieser Automatisierungsstrategie die Intelligenz an einer zentralen Stelle. Die Automationseinrichtungen besitzen Ein- und Ausgänge, an denen die konventionellen Sensoren und Aktoren angeschlossen werden. Die Verbindung zwischen den Sensoren und Aktoren übernimmt eine konventionelle Verdrahtung. Die Kommunikation mit der Management- und Bedieneinrichtung (MBE) erfolgt dabei zumeist über ein IP-basiertes Kommunikationssystem. Während der Ausfall der Management- und Bedieneinrichtung keine Auswirkung auf den Automati­ sierungsprozess im Gebäude hat, fällt bei Ausfall der zentralen Automationseinrichtung das gesamte System aus. Zudem ist der Verdrahtungsaufwand vergleichsweise hoch, da für jeden Sensor und Aktor eine eigene physika­ lische Leitung erforderlich ist.  >  47 

Dezentrale Automatisierung Im Gegensatz zu der zentralen Automatisierung wird die Intelligenz bei der dezentralen Automatisierung auf die einzelnen Komponenten verteilt. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass eine zentrale Automationseinrichtung komplett entfallen kann. Die Kommunikation mit der Managementebene erfolgt abhängig vom eingesetzten Kommunikationssystem meist über Datenschnittstelleneinheiten. Ein Vorteil bei diesem Automatisierungskonzept besteht in der höheren Ausfallsicherheit. Der Ausfall einer einzelnen Komponente führt typischerweise nicht zum Ausfall des Gesamtsystems. Ein weiterer Vorteil ist der geringe Verdrahtungsaufwand, da sämtliche Komponenten über ein gemeinsames Übertragungsmedium miteinander kommunizieren. Hierfür werden jedoch intelligente Komponenten mit eigenem Mikrocontroller und einer Kommunikationsschnittstelle benötigt. Zudem ist durch die verteilte Intelligenz die Fehleranalyse aufwendiger als bei der zentralen Auto­m a­ti­

80

sierung.  >  48 

 >  47 System­architektur einer zentralen Automatisierung

Managementebene

Management- und Bedieneinrichtung (MBE)

TGM

Anzeigen

Bedienen

Kommunikationsprotokoll

Aufzeichnen

Auswerten

z.B. BACnet/IP, etc.

Automationsebene

Automationsstationen (AS)

Steuern

Kommunikationseinheit

Optimieren

Processor Unit)

Überwachen

Netzgerät

Regeln

Microprozessor (Central Analoge und binäre

Ein-/Ausgangsmodule AE, AA, BE, BA AS

AS

AS

Kommunikationsprotokoll

z.B. BACnet/IP, etc. EA-Module Feldebene

Schalten

Feldgeräte

Stellen

Sensoren und Aktoren _______ ohne Intelligenz

Melden Zählen

Messen

 >  48 einer dezentralen Auto­matisierung

Management- und Bedieneinrichtung (MBE)

Managementebene

Anzeigen

Bedienen

Aufzeichnen

Auswerten

TGM

Kommunikationsprotokoll z.B. BACnet/IP, KNX IP, etc.

Automationsebene Überwachen Steuern

Diese Funktionen sind auf die Folgegeräte verlagert

Regeln

Optimieren

Feldebene

Messen Stellen

Melden Zählen

Schreiben Anzeigen

Bedienen

Feldgeräte

Sensoren und Aktoren _______ mit Intelligenz Kommunikationsprotokoll z.B. KNX TP, etc.

smart building Technology — systemarchitektur

System­architektur

Hybride Automatisierung Die hybride Automatisierung kombiniert Elemente der zentralen und der dezentralen Automatisierung. Bei dieser Variante werden Automationseinrichtungen verwendet, die neben den konventionellen Ein- und Ausgangs­m o­ dulen auch Module bieten, die dann als Schnittstellen für unterschiedliche Kommunikationssysteme dienen. Solche Schnittstellen werden häufig als busfähige Module beziehungsweise Busklemmen bezeichnet. Auf dem Markt gibt es Busklemmen für eine große Anzahl unterschiedlicher Kommunikationssysteme wie zum Beispiel KNX und DALI sowie Busklemmen zur Anbindung von funk­basierten Sensoren und Aktoren. Die modularen Automationseinrichtungen können dabei frei programmiert werden. Hierdurch kann ein Teil der Intelligenz auf die Automationseinrichtung (übergeordnete Funktionen) und ein weiterer Teil auf die Sensoren und Aktoren verlagert werden. Derartige Automation­seinrichtungen können häufig die Funktionen der Datenschnittstelleneinheiten übernehmen und separate Router und Gateways ersetzen, die in der Praxis zusätzliche Fehlerquellen sein können. Diese Variante eignet sich besonders gut, wenn die Flexibilität und die Skalierbarkeit im Vordergrund stehen.  >  49 

Einfluss des IoT auf die Systemarchitektur Das Internet of Things (IoT) ist derzeit in aller Munde. Doch was kennzeichnet das Internet der Dinge und welchen Einfluss wird es auf die Gebäudeautomation haben? Die Grundlage für das IoT ist das Internetprotokoll, kurz IP. In einer IoT-Umgebung ist jede Komponente eindeutig über eine Adresse von außen, also aus dem Internet direkt und ohne eine weitere Protokollum­ setzung, erreichbar. Hierfür muss jede zu vernetzende Komponente über eine IP-Adresse verfügen. Da der Adressbereich der ersten Version des Internetprotokolls (IPv4) durch die zunehmende Verbindung von Geräten mit dem Internet schon seit mehreren Jahren nicht mehr ausreicht, wurde das Internetprotokoll mit IPv6 diesbezüglich weiterentwickelt. Während bei IPv4 theoretisch etwas mehr als 4 Milliarden IP-Adressen zur Verfügung stehen, stehen mit IPv6 theoretisch über 300 Sextillionen (eine Zahl mit 39 Stellen) IP-Adressen zur Verfügung. Die Basis für eine IoT-Umgebung ist die Fähigkeit eines jeden einzelnen „Dings“, das Internetprotokoll zu beherrschen. Übertragen auf die Gebäudeautomation bedeutet dies, dass jede Komponente in einem GA-System (sei es ein Fensterkontakt oder ein Präsenzmelder) ohne eine zusätzliche Einrichtung IP-fähig ist. Während die Automationseinrichtungen auf der Automa­tionsebene bereits heute überwiegend IP-fähig sind, wird die IP-Fähigkeit von Sensoren und Aktoren nach wie vor über Router oder Gateways erreicht. Im Zusammenhang mit dem IoT könnte Power over Ethernet (PoE) ebenfalls

82

eine wichtige Rolle spielen. PoE ermöglicht sowohl die Datenübertragung als auch die Stromversorgung über das LAN beziehungsweise ein Rechnernetzwerk.

 >  49 einer hybriden Automatisierung

Management- und Bedieneinrichtung (MBE)

Managementebene

Anzeigen

Bedienen

Aufzeichnen

Auswerten

Kommunikationsprotokoll

TGM

z.B. BACnet/IP, KNX IP, etc.

Automationsstationen (AS) Netzgerät

Automationsebene Überwachen

Kommunikationseinheit Microprozessor (Central Processor Unit)

Steuern Regeln

Optimieren

Analoge und binäre

Ein-/Ausgangsmodule AE, AA, BE, BA AS

AS

Schnitt_______ _______ stelle

AS

Kommunikationsprotokoll

z.B. BACnet/IP, etc. EA-Module

Feldebene

Messen Stellen

Melden Zählen

Feldgeräte

Sensoren und Aktoren mit/ohne _______ Intelligenz Kommunikationsprotokoll

Schreiben

z.B. KNX TP, Dali, etc.

Anzeigen

Drahtlos

Drahtgebunden

Bedienen

Das IoT wird nicht nur mit der IP-Fähigkeit, sondern auch mit smarten, also intelligenten Komponenten, die miteinander vernetzt werden, verbunden. Dadurch könnte sich die klassische GA-Systemarchitektur maßgeblich ver­ ändern. Die GA-Systemarchitektur könnte basierend auf dem Internet der Dinge einer vollständig IP-basierten und dezentralen Automatisierung entsprechen. Auch die Art der Datenhistorisierung könnte zukünftig nicht mehr lokal, sondern zunehmend über Cloud-basierte Lösungen erfolgen. Die Antwort der etablierten Kommunikationsstandards wie beispielsweise BACnet und KNX auf das IoT ist neben der Spezifizierung von IPv6 auch die Unterstützung von sogenannten Web-Services. Web-Services ermöglichen die Verbindung der GA-Welt mit der IT-Welt, wobei die GA- und IT-Kompo­ nenten dabei direkt miteinander kommunizieren (Maschine-zu-MaschineKommunikation, M2M). Dadurch ergeben sich völlig neue Möglichkeiten, die bisher kaum oder nur mit hohem Aufwand realisierbar waren.

smart building Technology — Datenübertragungsverfahren

System­architektur

Kommunikationssysteme Voraussetzung für eine umfassende Vernetzung aller Gewerke bilden Kommunikationssysteme. Ohne Kommunikationssysteme ist ein Smart Building erst gar nicht denkbar. Auf dem Markt ist eine große Anzahl an unterschiedlichen Kommunikationssystemen verfügbar. Dabei koexistiert eine enorme Vielzahl von herstellerspezifischen neben herstellerneutralen Kommunikationssystemen. Ein Vorteil herstellerneutraler Kommunikationssysteme liegt vor allem in der Unabhängigkeit von einem einzigen Hersteller. Deshalb beschränken wir uns an dieser Stelle auf die beispielhafte Beschreibung einer kleinen Auswahl relevanter herstellerneutraler Kommunikationssysteme: BACnet und KNX als Gewerke übergreifende Kommunikationssysteme, DALI als herstellerneutrales, Gewerke bezogenes System.

BACnet BACnet (Building Automation and Control Network) ist ein weltweit genormtes Kommunikationssystem, das mit einem Fokus auf Interoperabilität speziell für die Belange und Anforderungen der Gebäudeautomation entwickelt wurde. Die Entwicklung begann bereits im Jahre 1987 durch den amerikanischen Ingenieurverein ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers). BACnet ist unabhängig von einer bestimmten Hard- oder Software, wird kontinuierlich weiterentwickelt und ist lizenzfrei verfügbar. BACnet wurde schwerpunktmäßig für den Einsatz in mittleren bis großen Projekten konzipiert und verfügt über besondere Stärken auf der Managementebene. BACnet bietet diesbezüglich zahlreiche Funktionen für die Verwaltung von komplexen Alarmsituationen, Zeitplänen und Trendaufzeichnungen. Während BACnet ursprünglich im Kontext der Heizungs-, Lüftungsund Klimatechnik entstand, werden durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der Norm mittlerweile sämtliche Gewerke in einem Gebäude abgedeckt. Neben dem Einsatz für das technische Gebäudemanagement kommt BACnet innerhalb der Automationsebene im Bereich der Anlagenautomation zum Einsatz. Die Automationseinrichtungen kommunizieren überwiegend über BACnet/IP und sind für die Überwachung, Steuerung, Regelung und Optimierung von Primäranlagen zuständig. In der Raumautomation stößt BACnet schnell an seinen Grenzen und ist auf andere Kommunikationssysteme wie zum Beispiel KNX angewiesen. BACnet setzt auf vorhandene Übertragungstechnologien und ist daher flexibel einsetzbar. Die nach wie vor am weitesten verbreitete Übertragungs­ technologie ist die Übertragung von BACnet-Nachrichten über das Internetprotokoll, BACnet/IP. Bei der Übertragungstechnologie BACnet MS/TP hingegen handelt es sich um ein Feldbussystem, das zunehmend Verbreitung findet. Der Verkabelungsaufwand kann hier gering gehalten werden, indem

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die einzelnen Feldgeräte nicht über separate Leitungen, sondern über eine Busleitung mit der Automationseinrichtung verbunden wird. Darüber hinaus

stehen bei busfähigen Feldgeräten mehr Informationen für die Weiterverarbeitung zur Verfügung. Für das Verbinden einer BACnet-Anlage mit einem anderem Kommunikationssystem stehen zahlreiche Gateway-Lösungen zur Verfügung. Das Datenmapping zwischen BACnet und KNX ist zudem fester Bestandteil der BACnet-Norm. Durch die internationale Normung und aufgrund der ähnlichen Datenstruktur lassen sich KNX und BACnet optimal miteinander kombinieren. Durch die normierte Dokumentation können Hersteller standardisierte und kostengünstige Datenschnittstelleneinheiten entwickeln. Um die Interoperabilität sicherzustellen, können Hersteller ihre BACnet-Produkte in einem unabhängigen Prüflabor auf Normkonformität testen lassen. Die Konformitätsprüfungen sind für die Hersteller nicht verpflichtend, jedoch erhöht sich die Marktchance durch die Zertifizierung.

KNX KNX ist ebenfalls ein weltweit genormtes Kommunikationssystem und wurde speziell für die intelligente Vernetzung der Gebäudetechnik entwickelt. Ziel war es, ein Kommunikationssystem auf den Markt zu bringen, das einheitlich installiert, projektiert und in Betrieb genommen werden kann. Das wird in erster Linie durch das herstellerübergreifende Inbetriebnahme-Tool ETS (Engineering Tool Software) ermöglicht. Die Bereitstellung des Inbetriebnahme-Tools erfolgt dabei durch die Dachorganisation der KNX Association. KNX ist im Gegensatz zu BACnet eine dezentrale Technologie. Dementsprechend ist die Intelligenz auf die einzelnen KNX-Komponenten verteilt, und eine zentrale Einheit kann in der Regel entfallen. Obwohl jede KNX-Komponente nur Teilfunktionen ausführt, ergibt sich in der Summe die vom Bauherrn geforderte Gesamtfunktionalität. KNX-fähige Komponenten übernehKNX wird sowohl in Wohn- als auch in Zweckbauten eingesetzt. In Wohnbauten ist eine durchgängige Automatisierung von der Feld- über die Automations- bis hin zur Managementebene durchaus sinnvoll. In größeren Zweckbauten hingegen deckt KNX häufig innerhalb der Gebäudeautomation den Bereich der Raumautomation ab. Mit KNX können sämtliche Raumautomationsfunktionen für alle Gewerke realisiert werden. Es bestehen mehrere Möglichkeiten, KNX-Telegramme zwischen den einzelnen Komponenten zu übertragen. Die klassische und am weitesten verbreitete Technologie ist KNX TP. Hierbei werden die Komponenten mittels einer zweiadrigen Leitung miteinander vernetzt. Durch die Spezifizierung von KNX IP kann eine klassische KNX-Installation IP-fähig werden. Somit ist beispielsweise ein Zugriff auf das Gebäude über das vorhandene IT-Netzwerk zwecks Visualisierung, aber auch aus dem Internet zwecks Fernzugriff möglich. Für das Verbinden einer KNX-Anlage mit anderen Kommunikationssystemen sind zahlreiche Gateway-Lösungen verfügbar. Im Gegensatz zu Herstellern von BACnet-fähigen Produkten sind KNX-Hersteller dazu verpflichtet, ihre Produkte von einem unabhängigen Prüflabor prüfen zu lassen. Die Zertifizierung erfolgt bei erfolgreicher Prüfung durch die KNX Association.

smart building Technology — Kommunikationssysteme

men dabei vorrangig die Funk­tion der Raumautomation.

DALI DALI (Digital Addressable Lighting Interface) ist eine standardisierte digitale Schnittstelle, die speziell für die Beleuchtungstechnik entwickelt wurde. Es handelt sich also um ein herstellerneutrales und Gewerke bezogenes Kommunikationssystem. Dies bringt gegenüber der konventionellen Technik eine Reihe von Vorteilen mit sich (z.  B. die logische Gruppenzuordnung und die Einzelansteuerung). DALI lässt sich entweder als autarkes oder als Subsystem innerhalb einer Gebäudeautomation einsetzen. Bei der Verwendung als autarkes System ohne die Anbindung an ein übergeordnetes System werden sämtliche Funktionen, einschließlich Inbetriebnahme und Wartung, nur lokal ausgeführt. Wird DALI hingegen als Subsystem eingesetzt, ist ein Gateway erforderlich, das die Protokollumsetzung zwischen DALI und den anzubindenden Kommunikationssystemen wie KNX oder BACnet übernimmt. Bei der Nutzung als Subsystem können Komponenten aus dem übergeordneten System genutzt werden, wie zum Beispiel ein KNX-fähiger Präsenzmelder für die Ansteuerung einer DALI-fähigen Leuchte. Im Gegensatz zu BACnet und KNX basiert DALI nicht auf einer Kleinspannung (SELV, Safety Extra Low Vol­ tage). Hierdurch kann ein herkömmliches 5-adriges Kabel sowohl für die Datenübertragung als auch für die 230-Volt-Spannungsver­s orgung genutzt werden. Sofern die Hersteller von DALI-fähigen Komponenten ein eigenes Prüfequipment besitzen, können diese die DALI-Prüfungen selbstständig durchführen. Andererseits können die Hersteller ihre DALI-fähigen Produkte in einem unabhängigen Prüflabor prüfen lassen. Nach erfolgreichem Abschluss der Prüfungen darf das DALI-Logo ausschließlich auf den Produkten der Mit­ glieder der DiiA (Digital Illumination Interface Alliance) verwendet werden.

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Projekte

Inout house, San JosÉ  90 Haus m, meran  96 basilika, waldsassen  102 dial, lüdenscheid  110 ICE Q, Sölden  120 elbphilharmonie, hamburg  128 Anhang 138

90

Inout house, San JosÉ Bauherr privat

Standort  San José, Costa Rica

Architektur  PAAS. Puigcorbé Arquitectes Associats (Ripoll, Spanien) Intelligente Systeme

Fachplanung / Systemintegration  Tecno CR Systeme  JUNG KNX System / www.jung.de

Unter dem Label Costa Rica Natural Design entwickelt, baut und verkauft ein Unternehmen in Costa Rica Häuser, die zwar alle derselben Grundidee fol­ gen, aber jeweils individuell gestaltet sind. Das Inout House (Casa Valle L70) wurde von dem spanischen Architekten Joan Puigcorbé entworfen und zeich­ net sich insbesondere durch eine wechselseitige Beziehung seiner Archi­ tektur mit der umliegenden Landschaft aus. Schlafzimmer, Bäder und Neben­ räume sind als geschlossene Baukörper an den Seiten des Gebäudes angeordnet. Dazwischen ergibt sich ein transparentes, räumliches Gefüge für vielfältige soziale Aktivitäten: Dort befinden sich unter anderem der Koch-/ Essbereich, Wohnzimmer, Schwimmbad, Veranda und Grillplatz. Die großen Glaswände bewirken, dass sich die Grenzen zwischen Außen- und Innenraum auflösen. Zudem wurden bestehende Bäume in das Konzept integriert, um diesen Eindruck zu verstärken. Auch der Pool folgt dieser Konzeption und verbindet Garten und Wohnbereiche. Die Architektur des Hauses passt sich dadurch der Umgebung an und vermittelt so ein Gefühl vom „Wohnen im Freien“. Der Boden und die Wände aus Holz schaffen eine warme Atmo­ sphäre. Dabei kommt dasselbe Material im Innen- und im Außenbereich des Hauses zum Einsatz und verstärkt ebenfalls die Verbindung von Innen und Außen. Im Inout House ist ein KNX-System installiert, das unter anderem die über geeignete Schnittstellen, die eine KNX-Kompatibilität sicherstellen.  Quellen: PAAS / Jung

Projekte — Inout house, San JosÉ

Beleuchtung steuert. Die Bedienelemente im klassischen Design verfügen

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Erdgeschoss 1 Garage  2 Garten  3 Flur  4 Küche 5 Wohnzimmer  6 Badezimmer  7 Schlafzimmer 8 Gästezimmer  9 Hauswirtschaftsraum  10 Pool

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Projekte — Inout house, San JosÉ

Das lnout House zeichnet sich insbesondere durch wechsel­ seitige Beziehungen der Innen- und Außenräume aus, die

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in vielfältiger Art und Weise ineinandergreifen. Die Archi­ tekurbeleuchtung verstärkt diesen Eindruck auch bei Dunkel­ heit und wird entsprechend über ein KNX-System gesteuert.

Projekte — Inout house, San JosÉ

96

Haus M, Meran Bauherr privat

Standort  Meran, Italien

Architektur  monovolume architecture + design (Bozen, Italien) Intelligente Systeme

Fachplanung / Systemintegration  Elektro Pföstl Daniel Systeme  GIRA KNX System / www.gira.de

Nicht weit von der Landeshauptstadt Südtirols Bozen entfernt hat das Archi­ tekturbüro monovolume eine Villa in Meran entworfen, die sich insbesondere durch das Wechselspiel von massiven und transparenten Flächen auszeich­ net, durch die vielfältige Ein- und Ausblicke entstehen. Weiß ist dabei die dominierende Farbe im Innen- und Außenbereich des Gebäudes. Um mög­ lichst viel Freifläche auf dem Grundstück zu erzielen, besteht das Gebäude aus einem kompakten Baukörper mit zwei Geschossen und einem Unter­ geschoss. Um das Gebäude trotz einer klaren Formensprache nicht zu massiv wirken zu lassen, setzten die Architekten auskragende Elemente in Kombina­ tion mit großen, nach innen versetzten Glasflächen ein. Dank der kompakten Bauform, kombiniert mit einer leistungsstarken Dämmung und Isolierver­ glasung ist das Gebäude besonders energieeffizient. Die Räume werden über eine Fußbodenheizung beheizt und über abgehängte Decken gekühlt. Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung sorgt für einen kontrollierten Luftwechsel in den Räumen. Die Villa verfügt über ein KNX-System, in das Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung integriert sind. Ebenfalls ist ein Audiosystem in das Konzept eingebunden, über das die Bewohner überall im Haus auf dieselben Audio­ dateien zugreifen können. Kernstück des KNX-Systems ist ein zentraler Server, in dem alle relevanten Informationen zusammenlaufen. Die Bedienung in den Räumen erfolgt über Tastsensoren in Aluminium, die mit ihrem klassischen Bedienung über zentrale Touchpanels an der Wand oder eine App auf mobi­ len Geräten erfolgen. 

Quellen: monovolume / GIRA

Projekte — Haus M, Meran

Design nahezu flächenbündig in die Wand integriert sind. Alternativ kann die

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Erdgeschoss 1 Eingang  2 Küche  3 Wohnzimmer  4 Schlafzimmer  5 WC  6 Abstellraum  7 Garderobe 8 Hauswirtschaftsraum  9 Pool

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Projekte — Haus M, Meran

Heizung, Kühlung, Lüftung und Beleuchtung der Villa sind in ein KNX-System integriert. Die Bewohner können darüber hinaus überall im Haus auf die gleichen Audiodateien zu­greifen. Kernstück des KNX-Systems ist ein zentraler Server, in dem alle relevanten Informationen zusammenlaufen.

100

Projekte — Haus M, Meran

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Basilika, Waldsassen Bauherr  Freistaat Bayern, Staatsministerium für Bildung und Kultur, Wissenschaft und Kunst, Katholische Kirchenstiftung Waldsassen, Stadtpfarrer Thomas Vogl Standort  Waldsassen, Deutschland

Architektur  Staatliches Bauamt Amberg-Sulzbach, Baudirektorin Elizabeth Bücherl-Beer Intelligente Systeme

Fachplanung  Ingenieurbüro für Elektrotechnik Zeitler Systemintegration  Höllerer Elektrotechnik

Systeme  Busch-Jaeger KNX-System / www.busch-jaeger.de

Die Basilika Waldsassen gilt als eine der bedeutendsten Barockkirchen im deutschsprachigen Raum und wurde im späten 17. Jahrhundert von Zisterzi­ ensern ursprünglich als Klosterkirche der Abtei errichtet. Nachdem der baye­ rische Staat das Kloster 1803 säkularisierte, ist die Kirche bis heute Pfarrkirche der Stadt Waldsassen. Das historisch bedeutsame Baudenkmal wurde von namhaften Baumeistern und Künstlern gestaltet, zu denen neben vielen anderen insbesondere die Architekten Abraham Leuthner, Georg und Chris­ toph Dientzenhofer, Bernhard Schießer, der Stuckateur Giovanni Battista Car­ lone, der Bildhauer Karl Stilp und der Maler Johann Jakob Steinfels zählten. Das Bauwerk ist als basilikale Anlage konzipiert und wird über eine Zweiturm­ fassade erschlossen. Das Hauptschiff wird durch drei Joche gegliedert und von seitlichen Altarkapellen flankiert. Während das Querhaus nicht auskragt, ist der Chor außergewöhnlich lang und besitzt einen geraden Abschluss. Die quadratische Vierung wird nach oben von einer halbkugelförmigen Kuppel begrenzt. Der gesamte Innenraum zeichnet sich insbesondere durch ein star­ Eine umfassende Sanierung und Neugestaltung des Innenraumes wurde zuletzt in den 1950er-Jahren durchgeführt. Hier wurde die seinerzeit vorhan­ dene Farbgestaltung des Stucks der Raumschale durch eine differenzierte Weißgestaltung ersetzt. Im Rahmen dieser Baumaßnahmen wurde auch eine neue und aufwendige Lichtinszenierung des Innenraumes durch den Archi­ tekten R. Göschel und den Ingenieur W. Ott konzipiert. Neben Pendelleuch­ ten, die sich auch heute noch im Einsatz befinden, wurden unter anderem verdeckte Spiegelleuchten verwendet und die Altäre zusätzlich angestrahlt (vgl. auch Sonderheft 1 der Deutschen Kunst- und Denkmalpflege 1958, S. 4 - 22). Aufgrund gravierender Folgeschäden durch Übertragung statischer Bewegungen vom Dachstuhl auf die Gewölbe und das Mauerwerk wurden

Projekte — Basilika, Waldsassen

kes Ineinandergreifen von Architektur und Dekoration aus.

von 2013 bis 2017 die Außenwände, die Krypta sowie die gesamte Raum­ schale grundlegend saniert. Hierzu gehört auch eine Rekonstruktion der ursprünglichen Farbgestaltung des Innenraumes gegenüber der Weißfas­ sung aus den 1950er-Jahren. Im Rahmen der umfangreichen Baumaßnahmen von 2013 bis 2017 wurden auch die elektrotechnischen Anlagen von Grund auf erneuert. Sie entspra­ chen nicht mehr den geltenden Vorschriften, und in Teilbereichen mussten Elektroinstallationen insbesondere im Hinblick auf den Brandschutz komplett ersetzt werden. Neue Elektro-, Netzwerk- und Medienanschlüsse wurden ebenso vorgesehen wie elektrische Antriebe für die Eingangstüren, um einen barrierefreien Zugang zu ermöglichen. Brand- und Einbruchdiebstahlschutz sind über automatische Gefahrenmeldeanlagen gewährleistet. Die Beleuch­ tungsanlagen wurden nicht nur im Hinblick auf neue Anordnungen von Ein­ bauten (z. B. Altar) geändert, sondern auch auf gehobene Anforderungen an die Innenraumwirkung erneuert, wie etwa im Chorbereich. Da neben den Messen auch viele Konzerte in der Basilika stattfinden, wurden Beleuchtungs­ anforderungen für Großveranstaltungen ebenfalls berücksichtigt. Für die Beleuchtung kommen überwiegend LED-Leuchtmittel zum Einsatz, und ein Großteil der Leuchten ist dimmbar. Die vorhandene Beleuchtungssteuerung wurde komplett durch ein KNXSystem ersetzt und ermöglicht eine Vielzahl vollautomatischer Funktionen sowie eine zentrale Bedienung der Beleuchtungsanlagen über ein Touch­ panel. Die gesamte Beleuchtung wurde hier sowohl leitungsgebunden (KNX TP) als auch über Funk (KNX RF) integriert. Nicht nur jede einzelne Leuchte lässt sich auf diese Weise am Panel ein- und ausschalten, sondern auch über­ geordnete Bereiche wie Kirchenschiff, Altar, Orgel oder Seitenaltäre. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von Lichtszenen und Lichtsequenzen im Panel hinter­ legt. So können bestimmte Lichtwirkungen beispielsweise tagesabhängig ge­w ählt werden (Werktag, Sonntag usw.) oder es sind liturgische Vorgaben (Adventszeit, Weihnachten, Fasten oder Ostern usw.) in entsprechende Licht­ stimmungen umgesetzt. Während hier Lichtszenen eher statisch wirken, kön­ nen ganze Lichtsequenzen eine dynamische Dramaturgie des Lichtes wie in einem Film entfalten. Neben der Beleuchtung sind weitere Funktionen, wie beispielsweise die Medientechnik, in das KNX-System integriert und können ebenfalls über das zentrale Panel bedient werden. Für Führungen oder Wartungen kann über WLAN auf alle Funktionen des zentralen Touchpanels mithilfe eines mobilen Tablets zurückgegriffen werden. 

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Quelle: Waldsassen 2017

1

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Lageplan 1 Basilika  2 Kloster 

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Grundriss 1 Chor 2 Hauptschiff  3 Seitenräume 

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Projekte — Basilika, Waldsassen

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Die Basilika Waldsassen gilt als eine der bedeutendsten Barockkirchen im deutschsprachigen Raum und wurde zuletzt im Rahmen einer mehrjährigen Bauzeit grundlegend saniert. Hierzu gehört auch eine aufwändige Rekonstruktion der ursprünglichen Farbgestaltung des Innenraumes.

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Projekte — Basilika, Waldsassen

Im Rahmen der Baumaßnahmen wurden auch die elektrotech­ nischen Anlagen saniert. Die alte Beleuchtungssteuerung wurde komplett durch ein KNX-System ersetzt. So sind liturgische Vorgaben in Lichtstimmungen umgesetzt und entfalten Ihre Wirkung über Lichtszenen und dynamische Lichtsequenzen.

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Projekte — Basilika, Waldsassen

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Firmengebäude DIAL, Lüdenscheid Bauherr  DIAL / www.dial.de Standort 

Lüdenscheid, Deutschland

Architektur DIAL Intelligente Systeme

Fachplanung DIAL Systemintegration DIAL Systeme  Diverse Systeme

DIAL wurde 1989 gegründet und befasst sich mit Licht und intelligenten Gebäuden. Das Unternehmen ist als herstellerunabhängiger Wissensver­ mittler, Dienstleister und Softwarehersteller tätig und beschäftigt aktuell mehr als 90 Mitarbeiter. Der Neubau des eigenen Firmengebäudes setzt einen Grundgedanken des Unternehmens baulich um: Die Zukunft liegt in intelligenten, voll automati­ sierten Gebäuden, die sich an den Bedürfnissen ihrer Nutzer orientieren. Architektur und technisches Gesamtkonzept wurden im eigenen Hause gestaltet und von DIAL bis zum Bezug 2013 federführend geleitet. Seitdem wird das softwaregesteuerte Gebäude kontinuierlich weiterentwickelt. Der Mensch, seine Bedürfnisse und sein Komfort im Gebäude standen bei der Planung von Anfang an im Mittelpunkt gemäß der Philosophie: Der Nutzer muss nichts bedienen, das intelligente Gebäude bedient den Nutzer. Die integrale Gestaltung von Architektur und Technik folgte einem ganzheit­fort bis zu den digitalen Benutzeroberflächen. Auf insgesamt drei Etagen ste­ hen nahezu 2 900 Quadratmeter Nutzfläche zur Verfügung. Das komplexe Raumprogramm umfasst unter anderem folgende Räumlichkeiten: —— zentrales Foyer/Atrium/Bistro/Cateringzone —— Büro- und Konferenzräume (Einzel-, Doppel- und Gruppenbüros) —— Lichtexperimentallabor (Weißes Labor) —— Lichttechnisches Messlabor (Schwarzes Labor) —— Automationslabore —— weitere Seminar- und Experimentalräume Als ausschlaggebend für die erfolgreiche Realisierung intelligenter Systeme in diesem Projekt erwies sich ein integraler Designprozess, in dem auf Basis einer detaillierten Projektanalyse alle wesentlichen Merkmale der Betriebsund Bedienungsphilosophie des Gebäudes bereits zum frühen Zeitpunkt des Architekturentwurfs gestaltet wurden.

Projekte — Firmengebäude DIAL, Lüdenscheid

lichen Konzept. Selbst das reduzierte Farbkonzept des Gebäudes setzt sich

Die umfassenden technischen Anlagen wurden in Abhängigkeit voneinander geplant und funktionieren in einem komplexen Zusammenspiel. Alle Gewer­ ke sind dabei miteinander vernetzt, das heißt kein System arbeitet autark. Eine Betriebssoftware steuert und regelt auf der Grundlage der vorliegenden Informationen die Funktionen des Gebäudes. Um das Gebäude jederzeit energieeffizient und zugleich komfortabel zu betreiben, ist es notwendig, dynamische Betriebsstrategien mithilfe von Gebäudeautomation umzusetzen. Massive Stahlbetondecken und Außen­ wände sind dabei als thermische Speichermassen in das Energie- und Klima­ konzept eingebunden, das auf einer umfangreichen thermischen Simulation basiert. Hier sind vor allem automatische Funktionen raumlufttechnischer Anlagen wie beispielsweise nächtliche oder freie Kühlungen zu nennen. Um die Speichermassen des Gebäudes möglichst effektiv nutzen zu können, müssen diese frei zugänglich sein. Die Installationsführung der technischen Ausrüstung erfolgt deshalb weitestgehend in einem Doppelboden. Von hier aus erfolgt auch die Einbringung der Zuluft in den Raum und die Abführung der Abluft aus dem Raum. Da diese Anordnung nicht Lehrbuch-konform ist, wurde sie vorab strömungstechnisch simuliert. Um Tages- und Kunstlicht so effizient und ergonomisch wie möglich auszuba­ lancieren, ist ein dynamisches Lichtmanagement von Sonnenschutz (außen liegend) und Beleuchtung erforderlich. Grundsätzlich sind alle Anwendungs­ funktionen bedarfsgerecht automatisiert. Dennoch wurde großer Wert darauf gelegt, dem Nutzer individuelle Einflussmöglichkeiten zur Verfügung zu stel­ len. Konventionelle Schalter sind in den meisten Räumen nicht zu finden. Die Bedienung des Gebäudes erfolgt hauptsächlich über PC-Apps, mit denen die Mitarbeiter Einfluss auf Luft, Temperatur und Lichtqualität nehmen und mit wenigen Klicks ihren Arbeitsplatz ihren Bedürfnissen anpassen können. Entscheidend für den erfolgreichen Betrieb des intelligenten Gebäudes ist bis heute die Verwendung eines softwarebasierten Technischen Gebäude­ managements. Hier erfolgt zum einen die zentrale Anzeige der Betriebszu­ stände sowie die Bedienung der technischen Anlagen des Gebäudes, zum anderen die Aufzeichnung und die kontinuierliche Auswertung der Betriebs­ daten mit dem Ziel, die Gebäudeperformance aufrechtzuerhalten und zu optimieren. Das gesamte Gebäude ist hybrid automatisiert und basiert auf KNX IP. Auf Feldebene kommt neben KNX unter anderem auch noch DALI (Beleuchtung) zum Einsatz.

112

4

Lageplan Denkfabrik im Bahnhofsareal 1 DIAL 2

Fachhochschule Südwestfalen

3

Phänomenta Lüdenscheid

4

Foucault‘sches Pendel

2 1

Projekte — Firmengebäude DIAL, Lüdenscheid

3

2

Erdgeschoss

5

1 Atrium/Foyer  2 Empfang  1

4

3 Bistro  4 Lichtexperimentallabor 6

3

5

7

mit Hubdecke für Praxis-

anwendungen  Lichttechnisches Messlabor 

6 Lager  7 Technikraum

2

4

3

3

1. Obergeschoss

7

1

1 Atrium  2 Büro  3 Seminarraum  4 Automationslabor

6

5 Testlabor

5

6 Videostudio   7 Technikraum

2

4

1 3

3

2. Obergeschoss 1 Atrium  2 Büro  3 Besprechungsraum   4 Technikraum

0

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5

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Visualisierung Grundriss (2. OG)

Projekte — Firmengebäude DIAL, Lüdenscheid

APP

DIAL beschäftigt sich in einem seiner beiden Geschäfts­ schwerpunkte mit intelligenten Gebäuden und ist als her­stellerneutraler Wissensvermittler, Dienstleister und Softwarehersteller tätig. In der Firma arbeiten überwiegend

116

Informatiker, Ingenieure, Innenarchitekten, Architekten und Designer.

Projekte — Firmengebäude DIAL, Lüdenscheid

118

Nutzfläche zur Verfügung. Die integrale Gestaltung des softwaregesteuerten Gebäudes wurde ganzheitlich gedacht. Selbst das reduzierte schwarz-weiße Farbkonzept des Gebäudes zieht sich durch, bis auf die digitalen Benutzeroberflächen.

Projekte — Firmengebäude DIAL, Lüdenscheid

Auf insgesamt drei Etagen stehen nahezu 2 900 Quadratmeter

120

ICE Q, Sölden Bauherr  Jakob Falkner, Ötztaler Gletscherbahn Standort  Sölden, Österreich

Architektur  obermoser arch.omo Intelligente Systeme

Fachplanung  Johannes Hasenauer, Technisches Büro Systemintegration Sauter

Systeme  Sauter / www.sauter-controls.com

Der Gipfel des 3 051 Meter hohen Gaislachkogels bietet dem Besucher ein spektakuläres Panorama über drei Länder: Italien (Dolomiten), Deutschland (Zugspitze) und mehrere Gletscherregionen Tirols in Österreich (Pitztal, Ötz­ tal, Stubaital, Zillertal). Direkt unter dem Gipfel hat der Architekt Johannes Obermoser ein Bergrestaurant entworfen, das wie eine Skulptur in Form gestapelter Eisblöcke erscheint. Von hier aus ergeben sich faszinierende Ausblicke und Rundumsichten in die beeindruckende Gletscher- und Berg­ kulisse. Das Gourmetrestaurant wird von der Bergstation der Seilbahn über einen Tunnel erschlossen und besitzt eine vorgelagerte Sonnenterrasse Rich­ tung Süden. Im darüberliegenden Geschoss befindet sich eine Lounge Bar die ebenfalls über eine vorgelagerte Terrasse verfügt und auch als Seminar­ raum genutzt werden kann. Das Dach des ice Q ist von außen zugänglich und über eine Brücke mit dem Gaislachkogel verbunden. Im Innenraum wurden überwiegend einheimische Materialien eingesetzt. Insgesamt bietet das Restaurant 100 Gästen und die Lounge 40 Gästen Platz. Das Gebäude gründet auf drei Einzelfundamenten, die hydraulisch verstell­ bar sind, um auf mögliche Veränderungen im Permafrostboden reagieren zu können. Das Sockelgeschoss, in dem sich die Technikzentrale befindet, ist in massiver Stahlbetonbauweise ausgeführt, die Obergeschosse als Stahltrag­ werke mit Deckenleimbindern. Die Glasfassaden sind mit einer Dreifachver­ eine hohe Flexibilität der technischen Installationen zu ermöglichen. Um auf die sich ständig ändernden Wetterbedingungen möglichst schnell reagieren zu können, wird das Gebäude über eine raumlufttechnische Anlage mit Wärmerückgewinnung beheizt und gekühlt. Die Grundlast wird dagegen über eine Fußbodenheizung gedeckt. Die klimatisierte Zuluft wird über Klima­konvektoren an den Fußpunkten der Fassaden eingeführt. Dieses Kon­ zept hat insbesondere bei extrem niedrigen Außentemperaturen von bis zu -30 °C im Winter den Vorteil, dass viel „Behaglichkeit“ erzielt wird durch eine reduzierte Strahlungsabwärme aufgrund des Warmluftvorhanges vor der

Projekte — ICE Q, Sölden

glasung ausgestattet. Die Fußböden sind als Hohlraumböden ausgeführt, um

Glasfassade. Sowohl die solaren Wärmeeinträge der Glasfassaden als auch die Abwärme der Kühlaggregate werden in Wasserspeichern gepuffert und zum Heizen genutzt. Alle Heizungs-, Kühlungs- und Lüftungsanlagen sind über ein Automationssystem so miteinander vernetzt, dass einerseits bei jedem Wetter komfortable Innenraumbedingungen herrschen, andererseits aber die Temperatur der Fortluft 5 °C nie übersteigt, um den Permafrost­ boden nicht zu gefährden. Über BACnet/IP laufen alle Daten in einer Managementsoftware zusammen. Internationale Aufmerksamkeit erzielte das ice Q nicht zuletzt auch als spektakulärer Schauplatz im James-BondFilm „Spectre“. 

Quellen: obermoser I architektur / Sauter

Lageplan

2

1

ice Q

2

Gaislachkogl Bergstation

3

Bond Installation (im Bau)

1

3

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0

5

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Grundriss Ebene 2 1 Restaurant 2 Bar 3 Küche 4 Terrasse

2

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Grundriss Ebene 3 1

Lounge Bar

2 Terrasse

2

Projekte — ICE Q, Sölden

1

Direkt unter dem Gipfel des 3 051 m hohen Gaislachkogels bietet das neue Bergrestaurant ice-Q weitreichende Aus­ blicke und Rundumsichten in die beeindruckende Gletscherund Bergkulisse dreier Länder: die Dolomiten in Italien, die Zugspitze in Deutschland und mehrere Gletscherregionen Tirols.

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Projekte — ICE Q, Sölden

Alle versorgungstechnischen Anlagen sind so geplant und miteinander vernetzt, dass auch bei extremen Wetterbe­ dingungen und Temperaturen von bis zu -30°C überaus komfortable Bedingungen im vollverglasten Innenraum herrschen. Alle Daten werden über BACnet ausgewertet und verarbeitet.

126

Projekte — ICE Q, Sölden

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Elbphilharmonie, Hamburg Bauherr  Freie und Hansestadt Hamburg Standort  Hamburg, Deutschland

Architektur  Herzog & de Meuron (Basel, Schweiz) Intelligente Systeme

(GroSSer Konzertsaal > Klimatechnik)

Fachplanung  Hochtief Solutions / M&P Gruppe (Ausführungsplanung) Systemintegration  GFR / www.gfr.de Systeme GFR 

Die Elbphilharmonie ist das neue Wahrzeichen der Stadt Hamburg und bildet in Zukunft sowohl für alle Bürger als auch für Besucher aus der ganzen Welt ein neues Zentrum des gesellschaftlichen Zusammenlebens. Entworfen von dem renommierten Schweizer Architekturbüro Herzog & de Meuron ist das gläserne Konzerthaus auf dem Kaispeicher A weithin in der Stadt sichtbar und von drei Seiten vom Wasser der Elbe umgeben. Die Elbphilharmonie liegt an der Spitze der neuen Hamburger HafenCity und somit in direkter Nachbarschaft zum Weltkulturerbe Speicherstadt und Kontorhausviertel mit Chilehaus. Das charakteristische Dach der neuen Philharmonie erhebt sich in mächtigen Schwüngen auf bis zu 110 Metern Höhe über ihrer westlichen Spitze. In den Glasfassaden mit ihrem Wechselspiel aus gekrümmten und teilweise geöffneten Glaspanelen spiegeln sich wechselnde Umgebungs­ bedingungen von Himmel, Wasser und Stadt wider und transformieren dadurch den gläsernen Baukörper in eine Art Kristall mit wechselndem Erscheinungsbild. Insofern bildet der gläserne Baukörper einen maximalen schwer wirkenden Kaispeicher A, den der bekannte Architekt Werner Kall­ morgen in den 1960er-Jahren entworfen hat. Die beiden Baukörper werden durch eine Art Fuge getrennt. Die Elbphilharmonie wird auf der Ostseite des Kaispeichers erschlossen. Von hier aus führt eine langgezogene Rolltreppe auf das Dach des ehemaligen Kaispeichers und eine öffentlich zugängliche Plaza mit einem einzigartigen Blick über Hamburg und seinem weltbekannten Hafen. Die Plaza erschließt nicht nur die Foyers der neuen Philharmonie, sondern unter anderem auch gastronomische Einrichtungen und eine Hotellobby. Der breite Mix aus unterschiedlichen urbanen Nutzungen wie Kultur, Gastronomie, Hotel, Woh­ nen und Parken verdichtet sich zu einem neuen öffentlichen Raum als eine Stadt in der Stadt, der die Elbphilharmonie nicht nur zu einem Ort für wenige Privilegierte macht, sondern vielmehr zu einem Ort für alle.

Projekte — Elbphilharmonie, Hamburg

Kontrast zum darunterliegenden, aus Backstein errichteten, massiv und

Neben dem Kaistudio 1 als Teil eines Musikvermittlungsbereiches für etwa 150 Besucher und dem kleinen Saal für bis zu 550 Besucher bildet der große Konzertsaal mit seinen 2 100 Plätzen das Herzstück der Elbphilharmonie. Orchester und Dirigent befinden sich inmitten eines komplexen räumlichen Gebildes, dessen Ränge hoch in den Gesamtraum hineinragen und mit Wän­ den und Decken eine organische räumliche Einheit bilden. Dadurch wird der Raum in besonderer Art und Weise von den Menschen geprägt und lässt eine große Nähe von Musikern und Publikum zu. Der große Konzertsaal bildet die zentrale und formgebende innere Struktur, die sich im äußeren Erscheinungs­ bild der Elbphilharmonie weithin sichtbar abzeichnet. Auch im Hinblick auf das Raumklima erfüllt der große Konzertsaal höchste Anforderungen an den Betrieb der raumlufttechnischen Anlagen. Er wird mit einer Gesamtluftmenge von 130 000 Kubikmetern pro Stunde vollklimatisiert. Für diesen Zweck sind zwei zentrale raumlufttechnische Anlagen mit den Funktionen Heizen, Kühlen, Befeuchten und Entfeuchten entsprechend ausgestattet. Beide Geräte sind mit einer Wärmerückgewinnung nach dem Kreislaufverbundsystem ausgerüstet und können über entsprechende Ein­ richtungen aus der Abluft sowohl Wärme als auch Kälte zurückgewinnen. Zur Klimatisierung des großen Saales wurde ein schallgedämmtes Luftkanalnetz an der Außenschale des Saalbauwerks installiert. Über 16 variable Volumen­ stromregler tritt die konditionierte Zuluft über geeignete Auslässe unter den Sitzreihen hervor. Um das Raumklima zugleich komfortabel und stabil zu halten, werden über eine Vielzahl von Sensoren unterschiedliche Messwerte wie Temperatur, Luft­ qualität (CO2) und Luftfeuchtigkeit erfasst. Alle Daten werden auf der Basis unterschiedlicher Nutzungsszenarien mit den entsprechenden Betriebsvari­ anten in Automationsstationen verarbeitet und sorgen für eine bedarfs­ gerechte Bereitstellung konditionierter Zuluft. So ist es möglich, den großen Konzertsaal sowohl bei Vollbelegung als auch bei Proben gleichermaßen effi­ zient und komfortabel zu betreiben. Sind die Messdaten des großen Kon­ zertsaales in den Automationsstationen verarbeitet, werden die Anforderun­ gen an die zentralen RLT-Geräte weitergegeben, um hier die erforderlichen Zuluftkonditionen zu ermitteln und bereitzustellen. In der Regel sind beide Anlagen synchron in Betrieb, wobei eine Anlage als Master, die andere als Slave betrieben wird. Die Anlagen sind mit Frequenzumrichtern ausgestattet und in ihrer Leistung modulierbar. Automation und Kommunikation der raumlufttechnischen Systeme des gro­ ßen Konzertsaales erfolgen überwiegend über BACnet. Insgesamt werden in der Elbphilharmonie über 100 raumlufttechnische Anlagen betrieben, die in ein übergreifendes Managementsystem integriert sind. Alle erforderlichen Informationsschwerpunkte sind voneinander getrennt, um den getrennten Betrieb der unterschiedlichen Funktionsbereiche wie beispielsweise Konzert, Gastronomie, Hotel zu ermöglichen. Die übergeordneten BACnet/IP-Netze des Gebäudeautomationssystems wurden besonders ausfallsicher geplant.  Q u e l l e n :   E l bp h i l h a r m o n i e   /  H e r z o g   &   d e   M e u r o n   /  G F R .    V g l .  a u c h :    S c h ä f e r s

130

Disse 2017

3 Lageplan 1 Elbphilharmonie 2 HafenCity

2

1

3 Speicherstadt

4

4

3

3

2

5

4

1

4

6 3

3

0

5

10

15. Obergeschoss 1

Großer Saal

2 Orgel 3 Foyer 4 Wohnen 5 Hotel 6

Void Hotel

Projekte — Elbphilharmonie, Hamburg

5

19

18

14

15

17

11

13

16

12 11 11 8

9

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8

5

7 6 3

4

0

5

10

1

1 Haupteingang

8 Plaza

15 Konstruktionsraum

2 Rolltreppen

9

16 Hotel

3 Parken

10 Kleiner Saal

17 Void Hotel

4 Kaistudios

11 Foyer

18 Wohnen

5 Konferenzbereich

12 Großer Saal

19 Void Wohnen

6 Restaurant

13 Reflektor

7 Aussicht

14 Ansaugbauwerk

Void Plaza

Die Elbphilharmonie liegt an der Spitze der neuen Hamburger HafenCity und somit in direkter Nachbarschaft zum Welt­

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2

kulturerbe Speicherstadt. Das gläserne Konzerthaus auf dem ehemaligen Kaispeicher A ist weithin in der Stadt sichtbar und an drei Seiten vom Wasser der Elbe umgeben.

Projekte — Elbphilharmonie, Hamburg

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Mit seinen 2 100 Plätzen bildet der große Konzertsaal das Herzstück der Elbphilharmonie. Auch im Hinblick auf das Raum­klima erfüllt dieser zentrale Raum höchste Anfor­derungen an den Betrieb der raumlufttechnischen Anlagen, die vornehmlich

Projekte — Elbphilharmonie, Hamburg

über BACnet vernetzt und betrieben werden.

Anhang Gesetze VDI 3814-3.2: Gebäudeautomation

Energy Performance of Buildings

DIN ATV 18299: VOB Vergabe- und

Directive (EPBD).

Vertragsordnung für Bauleistungen –

(GA) – Funktionskatalog – Makro-

Teil C: Allgemeine Technische Vertrags-

funktionen.

Gesetz zur Einsparung von Energie

bedingungen für Bauleistungen (ATV) –

in Gebäuden (EnEG).

Allgemeine Regelungen für Bau­

VDI 3814-4.1: Gebäudeautomation

arbeiten jeder Art. Berlin: Beuth.

(GA) – Methoden und Arbeitsmittel für Planung, Ausführung und Über-

Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende

DIN ATV 18386: VOB Vergabe- und

gabe – Anlagenlisten, Kennzeichnung,

Anlagentechnik bei Gebäuden (EnEV).

Vertragsordnung für Bauleistungen –

Adressierung.

Teil C: Allgemeine Technische Vertragsbedingungen für Bauleistungen (ATV) –

VDI 3814-4.2: Gebäudeautomation

Normen und Richtlinien

Gebäudeautomation. Berlin: Beuth.

(GA) – Methoden und Arbeitsmittel für

DIN EN ISO 16484-1: Systeme der

VDI 3812: Assistenzfunktionen zum

Bedarfsplanung, Planungsprozess und

Gebäudeautomation (GA) – Teil 1:

Wohnen ­– Bedarfsermittlung für

Systemintegration.

Projektplanung und -ausführung.

Elektroinstallation und Gebäude­

Berlin: Beuth.

automation. Berlin: Beuth.

DIN EN ISO 16484-2: Systeme der

VDI 3813-1: Gebäudeautomation

Planung, Ausführung und Übergabe;

Gebäudeautomation (GA) – Teil 2:

(GA) –­ Grundlagen der Raumauto­-

Automationsschema, Funktionsliste,

Hardware. Berlin: Beuth.

ma­tion. Berlin: Beuth.

Zustandsgraph.

DIN EN ISO 16484-2 Entwurf:

VDI 3813-2: Gebäudeautomation

VDI 3814-5: Gebäudeautomation

Gebäudeautomationssysteme – Teil 2:

(GA) –­ Raumautomationsfunktionen

(GA) – Energieeffizienz.

Hardware. Berlin: Beuth.

(RA-Funktionen). Berlin: Beuth

DIN EN ISO 16484-3: Systeme der

VDI 3813-3: Gebäudeautomation

Gebäudeautomation (GA) – Teil 3:

(GA) – Anwendungsbeispiele für

Funktionen. Berlin: Beuth.

Raumtypen und Funktionsmakros in

Planung, Ausführung und Übergabe;

VDI 3814-4.3: Gebäudeautomation (GA) – Arbeitsmittel und Methoden für

der Raumautomation. Berlin: Beuth DIN EN ISO 16484-5: Systeme der Gebäudeautomation – Teil 5:

Die derzeit noch gültige VDI Richt­

Datenkommunikationsprotokoll.

linienreihe 3814 wird zukünftig in

Berlin: Beuth.

einer neuen Richtlinienreihe zusammengefasst:

DIN EN ISO 16484-6: Systeme der Gebäudeautomation – Teil 6:

VDI 3814-1: Gebäudeautomation

Datenkommunikationsprotokoll –

(GA) – Grundlagen.

Konformitätsprüfung. Berlin: Beuth. VDI 3814-2.1: Gebäudeautomation DIN EN 15232-1: Energieeffizienz

(GA) – Planung – Bedarfsplanung,

von Gebäuden – Teil 1: Einfluss von

Betreiberkonzept und Lastenheft.

Gebäudeautomation und Gebäude­ management. Berlin: Beuth.

VDI 3814-2.2: Gebäudeautomation (GA) – Planung; Planungsinhalte,

DIN V 18599-11: Energetische Bewer-

Systemintegration und Schnittstellen.

tung von Gebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs

VDI 3814-2.3: Gebäudeautomation

für Heizung, Kühlung, Lüftung, Trink-

(GA) – Planung – Bedienkonzept und

warmwasser und Beleuchtung – Teil 11:

Benutzeroberflächen.

Gebäudeautomation. Berlin: Beuth. VDI 3814-3.1: Gebäudeautomation (GA) – Grundfunktionen.

138

VDI 3814-6: Gebäudeautomation (GA) – Qualifizierung.

Literatur Aristoteles. 2011. 

Kant, Immanuel. 2013.

Nagel, Thomas. 1974.

Aristoteles. Physik. Vorlesungen

Beobachtungen über das Gefühl

„What is it like to be a bat?“.

über die Natur. (hrsg. v. Zekl, Hans).

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Nagel, Thomas. 2013. Geist und Kosmos: Warum die materia­ listische neodarwinistische Konzeption der Natur so gut wie sicher falsch ist. Berlin: Suhrkamp.

Fotografen Inouthouse, San Jose, Costa Rica  Jordi Miralles

Firmengebäude DIAL,

Lüdenscheid, Deutschland  Steffen Schulte-Lippern,

Haus M, Meran, Italien 

Thomas Bach, Alexander Ring

M&H Photostudio Basilika, Waldsassen, Deutschland 

ice Q, Sölden, Österreich  Markus Bstieler

Klaus Schicker Elbphilharmonie,

Hamburg, Deutschland Iwan Baan

Pläne © Herzog & de Meuron

Anhang

Maxim Schulz, Michael Zapf,

impressum Konzept: DIAL Texte: Maad Bali, Dietmar A. Half, Dieter Polle, Jürgen Spitz Grafiken: DIAL, Stephanie Salewski Lektorat: Florian Kulke Projektkoordination: Alexander Felix, Katharina Kulke Herstellung: Heike Strempel Layout, Covergestaltung und Satz: Uta Oettel, Berlin Papier: Amber Graphic, 120 g/m² Druck: Grafisches Centrum Cuno GmbH & Co.KG, Calbe Gedruckt im Ultra HD Print Library of Congress Control Number: 2018941587 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts. Dieses Buch ist auch als E-Book (ISBN PDF 978-3-0356-1637-8) sowie in englischer Sprache erschienen (ISBN 978-3-0356-1629-3).

© 2018 Birkhäuser Verlag GmbH, Basel Postfach 44, 4009 Basel, Schweiz Ein Unternehmen der Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston Gedruckt auf säurefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff. ∞ Printed in Germany 978-3-0356-1628-6 987654321 www.birkhauser.com