Was sind intelligente Gebäude?

Durch die Nutzung von Fortschritten im Bereich des Internet der Dinge (IoT) und künstlicher Intelligenz (KI) automatisieren intelligente Gebäudeplattformen manuelle Prozesse, optimieren die Leistung, erhöhen den Komfort und tragen zur Senkung der Energiekosten bei.

Der Begriff „intelligentes Gebäude“ tauchte erstmals in den 2000er Jahren auf, um zu beschreiben, wie sich der Aufstieg vernetzter Infrastrukturen (und später der Einsatz von IoT-Geräten) auf die Gestaltung von Gewerbegebäuden auswirkte.

Obwohl diese Technologien heute noch die Grundlage der intelligenten Gebäude bilden, haben sie sich weiterentwickelt, um neue Fähigkeiten zu übernehmen, die hauptsächlich mit maschinellen Lernalgorithmen (ML) verbunden sind. ML-Algorithmen sind Regelsätze, die es KI-Systemen ermöglichen, Muster in Trainingsdaten zu erkennen und diese Muster zu nutzen, um präzise Vorhersagen für neue Daten zu treffen.

Da sich die Technologien von Netzwerken, IoT, KI und maschinellem Lernen (ML) weiterentwickeln, steigt die Nachfrage nach intelligenten Gebäuden, die die neuesten Fortschritte nutzen können. Einem aktuellen Bericht zufolge wird der weltweite Markt für intelligente Gebäude in den nächsten 5 Jahren voraussichtlich um 76,8 Milliarden USD wachsen. Dieser Anstieg bedeutet eine zusammengesetzte jährliche Wachstumsrate (CAGR) von 11,3 %.¹

Intelligente Gebäude basieren auf einem hochentwickelten Netzwerk aus Geräten und Sensoren, die manuelle Aufgaben automatisieren, Prozesse optimieren und Teams dabei unterstützen können, den Energieverbrauch und die Betriebskosten zu senken. Werfen Sie einen genaueren Blick auf die Komponenten und Designelemente, die der Funktionalität intelligenter Gebäude zugrunde liegen.

• Netzwerke: Netzwerke, auch als Computernetzwerke bekannt, ermöglichen die Kommunikations- und Datenaustauschfunktionen, auf die intelligente Gebäude angewiesen sind. In der Regel verwenden intelligente Gebäude ein einziges, zentralisiertes Netzwerk, um Echtzeitdaten zwischen Systemen, Anwendungen und Geräten wie Smartphones, PCs und Gebäudemanagementsystemen auszutauschen.

• Gebäudemanagementsysteme (Building Management Systems, BMS): Gebäudemanagementsysteme (BMS) sind Steuerungssysteme, die Aspekte des Gebäudemanagements wie Beleuchtung, Wartung, Klimaanlage und Sicherheit auf einer Softwareplattform zentralisieren. In intelligenten Gebäuden sind BMS entscheidend für die effektive Rationalisierung und Automatisierung von Prozessen, die intelligente Gebäude so wertvoll machen. BMS hilft Managern, mehrere Subsysteme in einem Gebäude über eine intuitive Benutzeroberfläche zu koordinieren und zu steuern.

• Gebäudeautomationssysteme (Building Automation Systems, BAS): Gebäudeautomationssysteme, bekannt als BAS, sind Softwareplattformen, die BMS ähneln, aber stärker auf die Kernfunktion der Automatisierung ausgerichtet sind. Basierend auf fortschrittlichen KI- und ML-Funktionen verwandeln BAS traditionelle manuelle Gebäudebetriebsprozesse wie Heizung, Wartung und Belüftung in vollautomatische, hypereffiziente Aufgaben, die von Software ausgeführt werden.

• Internet der Dinge (IoT)-Geräte: IoT-Geräte sind physische Geräte, die mit Sensoren, Software und Netzwerkkonnektivität ausgestattet sind und Daten sammeln und über das Internet austauschen können. In einem intelligenten Gebäude unterstützen IoT-Geräte Softwareplattformen wie BMS und BAS bei der Überwachung und Steuerung einer Reihe von Bedingungen innerhalb des Gebäudes, wie beispielsweise Temperatur, Belegung, Luftqualität und Energieverbrauch.

• Algorithmen für maschinelles Lernen: Algorithmen für maschinelles Lernen automatisieren die Trendanalyse von Gebäudedaten und helfen Managern, fundiertere Entscheidungen über Energieverbrauch, Belegung und Sicherheit zu treffen.

• Cybersicherheitstools: Intelligente Gebäude sind stark auf das Internet und andere Netzwerke angewiesen, um sensible Informationen zu transportieren – eine Eigenschaft, die sie zu attraktiven Zielen für Cyberkriminelle macht. Die modernen Smart-Building-Technologien von heute setzen eine Reihe von Cybersicherheitstools ein, wie Firewalls, Systeme zur Erkennung und Abwehr von Eindringlingen (IDPS) und sichere Kommunikationsprotokolle (SCPs), um sensible Daten zu schützen.

Smart Building Architecture ist eine Designpraxis, die miteinander verbundene Systeme (oder Schichten) nutzt, die Echtzeitdaten über Netzwerke teilen, um moderne Gebäude sicherer und effizienter zu machen. Das Design intelligenter Gebäude umfasst fünf Hauptschichten: die physische Schicht, Netzwerkschicht, Datenschicht, Anwendungsschicht und Benutzerschicht.

• Physische Schicht: Die physische Schicht eines intelligenten Gebäudes besteht aus physischen Komponenten wie Wänden, Räumen, Türen sowie mechanischen und elektrischen Systemen. Während die physische Schicht früher manuelle Eingaben erforderte, automatisieren moderne intelligente Gebäude viele ihrer Aspekte, wie die Steuerung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, Beleuchtung und Sicherheitsüberwachung.

• Netzwerk: Die Netzwerkschicht eines Smart Building besteht aus IT-Infrastruktur-Komponenten, die den Echtzeit-Datenaustausch zwischen Nutzern und Geräten ermöglichen. Beispiele hierfür sind kabelgebundene und kabellose Netzwerkkomponenten wie Ethernet-Kabel, WLAN-Router und Protokolle, die die Netzwerksicherheit verbessern.

• Daten: Die Datenschicht in einem intelligenten Gebäude ist der Ort, an dem Daten erfasst, gespeichert, verwaltet und verarbeitet werden. Edge Computing ermöglicht die Verarbeitung von Daten näher an ihrer Quelle statt in einem Rechenzentrum, während cloudbasierte Plattformen für die Speicherung und Analyse genutzt werden.

• Anwendung: Die Anwendungsschicht unterstützt wichtige Smart-Building-Funktionen wie die Bereitstellung von Erkenntnissen, die Prozessoptimierung und die Aufgabenautomatisierung. Die BMS- und BAM-Funktionalität ist in die Anwendungsschicht integriert und ermöglicht Funktionen wie vorausschauende Wartung, Komfortsteuerung und Echtzeitüberwachung der Gebäudebedingungen.

• Benutzeroberfläche: Die Benutzeroberfläche in einem intelligenten Gebäude ist der Ort, an dem Gebäudemanager und Betriebsteams Echtzeitdaten zu Energieverbrauch, Luftqualität und Raumnutzung verfolgen. Benutzeroberflächen sind in der Regel Softwareplattformen, die Informationen auf einem Dashboard anzeigen und es Teams ermöglichen, auszuwählen, welche operativen Aspekte des Gebäudemanagements sie automatisieren möchten.

Durch den umfassenden Einsatz von IoT und Automatisierung, helfen intelligente Gebäude Unternehmen dabei, Prozesse zu optimieren, den Energieverbrauch zu reduzieren und die mit dem Gebäudemanagement verbundenen Kosten zu senken. Hier ist ein Überblick über einige der wichtigsten Vorteile intelligenter Gebäude auf Unternehmensebene.

Intelligente Gebäude steigern die Energieeffizienz für die Unternehmen, die sie betreiben, und tragen zur Optimierung der Heizung, Beleuchtung und Luftqualitätskontrolle bei. Durch die Verbindung von HLK-Anlagen, Beleuchtungssystemen und Präsenzmeldern können intelligente Gebäudesysteme automatisch erkennen, welche Räume in einem Gebäude genutzt werden. Sie können auch die Temperatur und Beleuchtung in diesen Räumen anpassen, um Ressourcen zu sparen.

Dieser Ansatz hilft großen Unternehmen, energieeffizienter zu werden und Kosten und Abfall zu reduzieren, damit sie ihre Ziele der Nachhaltigkeit erreichen können. Laut einem aktuellen Bericht machen Gebäude 30 % des weltweiten Energieverbrauchs und mehr als die Hälfte des Stromverbrauchs aus.² Intelligente Gebäudeplanung trägt zur Minderung dieses Problems bei.

Mit automatisierten Heizungs-, Kühlungs- und Luftqualitätssystemen tragen intelligente Gebäude dazu bei, ein angenehmes Arbeitsumfeld für alle Mitarbeiter zu schaffen. Moderne Smart-Building-Plattformen ermöglichen es Benutzern, ihre Präferenzen hinsichtlich Temperatur, Beleuchtung und Luftstrom innerhalb eines einzelnen Raums individuell anzupassen. Dieser in hohem Maße anpassbare Ansatz ermöglicht es, die Raumbedingungen entsprechend den Bedürfnissen der Nutzer zu verändern. 

Durch die Nutzung von Echtzeitdaten können einige der fortschrittlicheren Smart-Building-Systeme die Luftströmung und Filtersysteme so anpassen, dass die CO2- und Partikelwerte auf einem gesunden Niveau bleiben. Diese Systeme können auch die Beleuchtung in Räumen so anpassen, dass sie das natürliche Licht nachahmt und den Tagesrhythmus des Benutzers unterstützt.

Smarte Gebäude bieten Einrichtungsmanagern einen einheitlichen Überblick über den Betrieb des Gebäudes, sodass sie Probleme erkennen und proaktiv beheben können. In der Vergangenheit praktizierten Einrichtungsmanager eine reaktive Wartung, bei der Komponenten ausfielen, bevor sie repariert wurden. Aber mit den Echtzeitdaten und den automatisierten Überwachungsfunktionen moderner Smart-Building-Plattformen praktizieren sie vorausschauende Wartung.

Vorausschauende Wartung, also die Nutzung von Echtzeitdaten, um Wartungsprobleme zu erkennen und zu beheben, bevor Komponenten ausfallen, verlängert die Lebensdauer von Assets und hilft Organisationen, kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden.

Die Automatisierungsfunktionen der heutigen Smart-Building-Plattformen unterstützen Unternehmen dabei, Energie- und Betriebskosten zu senken und Möglichkeiten zur Prozessoptimierung zu identifizieren. Gebäude- und Energiemanagementsysteme erfassen und analysieren historische Daten, damit Manager den Energieverbrauch basierend auf der Jahres- oder Tageszeit, der Belegung und anderen Faktoren optimieren können.

Automatisierte Systeme steuern Beleuchtungs- und HLK-Systeme, die die Energieverschwendung bei Leerstand, den Bedarf an manueller Arbeit und die Gesamtkosten für die Wartung reduzieren.

Intelligente Gebäude unterstützen Unternehmen dabei, Emissionen und Energieverbrauch genau zu überwachen, damit sie ihren Fortschritt in Richtung Nachhaltigkeit verfolgen können. Durch die Analyse von Daten, die von IoT-Geräten wie intelligenten Thermostaten und HLK-Systemen erfasst werden, bieten BMS und BAS den Stakeholdern ein Echtzeitbild der Leistung ihrer Gebäude. Die von IoT-Systemen bereitgestellten Echtzeitdaten unterstützen Stakeholder dabei, wichtige Entscheidungen über die Nachrüstung bestehender Gebäude mit energieeffizienteren Komponenten und Prozessen zu treffen.

Darüber hinaus ermöglichen intelligente Gebäude globalen Unternehmen, die Vorschriften in mehreren Ländern einhalten müssen, eine automatisierte Compliance durch Datenerfassung und -überwachung. Darüber hinaus können sie sogar Berichte erstellen.

Auf Unternehmensebene verändert die intelligente Gebäudetechnologie die Art und Weise, wie Unternehmen ihre Geschäftsgebäude und andere Einrichtungen verwalten. Im Folgenden werden fünf Anwendungsfälle für intelligente Gebäude vorgestellt, die bei der Bewertung der Technologie für geschäftliche Anforderungen berücksichtigt werden sollten.

1. Operationsanalyse: Smart-Building-Plattformen können Gebäudedaten analysieren und Unternehmen dabei helfen, ihre operativen Kernprozesse zu verbessern. Das Sammeln und Analysieren von Datenmengen, die von IoT-Geräten erfasst werden, hilft, schneller Einblicke in die Funktionsweise von BMS und BAS zu gewinnen und Verbesserungsmöglichkeiten aufzudecken.
2. Sicherheit und Schutz: BMS, BAS und andere intelligente Gebäudesysteme helfen Unternehmen, die Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz ihrer Gebäude zu verbessern. Tief integrierte, intelligente Systeme überwachen und passen die Zutrittskontrollen an und stellen so sicher, dass nur autorisierte Personen Zutritt erhalten. Und KI-Sicherheitssysteme überwachen und erkennen potenzielle Bedrohungen und können sogar Notfallmaßnahmen automatisieren.
3. Echtzeit-Überwachung des Energieverbrauchs: Advanced intelligente Gebäude und die Systeme, die sie antreiben, können viele Aspekte des Energieverbrauchs automatisieren. Automatisierte Demand-Response-Funktionen können sogar die Energielasten während der Spitzenverbrauchszeiten reduzieren und erneuerbare Energiequellen bereitstellen, um die Auswirkungen auf das Klima zu verringern.
4. Auslastungsmanagement: Viele Unternehmen, die intelligente Gebäude besitzen und betreiben, statten diese mit Präsenzmeldern aus. Dabei handelt es sich um IoT-Geräte, die in Echtzeit anzeigen, wo sich Personen in einem Gebäude befinden. Dieser Prozess ermöglicht es Facility-Managern, fundiertere Entscheidungen über die Zuweisung von Ressourcen zu treffen und wertvolle Einblicke in die Interaktion der Nutzer mit den von ihnen verwalteten Räumen zu gewinnen.
5. Überwachung der Luftqualität: Luftqualitätssensoren in intelligenten Gebäuden unterstützen das Aufsichtspersonal dabei, die Luftqualität entsprechend der Belegung und den Erfordernissen zu überwachen und anzupassen. Fortschrittliche Systeme können sogar Korrelationen zwischen diesen Faktoren herstellen und so Aufschluss darüber geben, wie und wann HLK-Anlagen gewartet werden müssen, deren Wartung für die Luftqualität von entscheidender Bedeutung ist.

Fortschritte in den Bereichen KI und IoT haben intelligente Gebäude autonomer und effizienter gemacht, ein Trend, der keine Anzeichen einer Verlangsamung zeigt. Das Wachstum von Edge-Computing, Robotik und IoT-Netzwerken hat neue Möglichkeiten eröffnet, wodurch Smart-Building-Plattformen zu den fortschrittlichsten Anwendungen auf dem Markt zählen.

Im Folgenden werden drei Bereiche vorgestellt, die für die weitere Entwicklung der Branche von entscheidender Bedeutung sein werden.

Die Entwicklung von KI-Systemen hat weiterhin einen tiefgreifenden Einfluss auf die Technologie für intelligente Gebäude. Dies geschieht durch die Transformation dieser Systeme – von einfachen Maschinen, die eine einzige Aufgabe ausführen können, zu fortschrittlichen, vielseitigen Plattformen, die mehrere Aufgaben zur Erreichung eines einzigen Ziels übernehmen können.

Mit zunehmender Autonomie von KI-Systemen werden die Aufgaben, die sie übernehmen können, komplexer, wodurch der Bedarf an manueller Arbeit im Gebäudebetrieb weiter sinkt.

Nicht nur werden Gebäude durch technologische Fortschritte intelligenter, sondern auch ganze Städte. Da sich diese Entwicklung fortsetzt, ist davon auszugehen, dass Gewerbegebiete in städtischen Gebieten Netzwerke und Ressourcen gemeinsam nutzen und noch stärker als bisher miteinander verflochten sein werden.

Es ist wahrscheinlich, dass in naher Zukunft mehrere intelligente Gebäude eine einheitliche digitale Infrastruktur gemeinsam nutzen werden, die von einer einzigen Plattform aus gesteuert werden kann, um Prozesse zu optimieren, Energie zu sparen und Kosten zu senken.

Fortschritte in den technologischen Bereichen bergen erhöhte Risiken sowie potenzielle Vorteile: Da Gebäude immer abhängiger von digitalen Technologien werden, werden sie auch anfälliger für Cyberangriffe.

Cybersicherheit, also der Schutz von Menschen, Systemen und Daten vor Cyberangriffen, wird für Unternehmen, die in intelligente Gebäude investieren, höchstwahrscheinlich noch mehr Priorität haben als bisher.