Ermittlung der Kundenanforderungen an die Raumautomation im Smart Home

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 152 Ermittlung der Kundenanforderungen   an die Raumautomation im Smart Home  Bedarfsplanung Michael Krödel Der Trend zu „Smart Home“ und „Smart office“ ist nicht zu verken-nen. Nutzer fragen zunehmend nach Komfort und Sicherheit durch moderne Gebäudetechnik. Über die EnEV 2014 fordert der deutsche Gesetzgeber den automatischen energieoptimierten Betrieb der tech-nischen Einrichtungen. Aber:  Wie  wird  das  Thema  umgesetzt?  Wie  wird  ermittelt,  wie  viel Automation in einem Gebäude tatsächlich Sinn macht bzw. von den Nutzern angenommen wird? Wie kann frühzeitig das benötigte Material und somit die Grundlage für Aufwand und Kosten bestimmt werden? Wie plant man ein „Smart Building“, und wie kann die Pla-nung und die Programmierung möglichst einfach durchgeführt und dokumentiert werden? Dieser Beitrag zeigt im Kontext mit den beiden folgenden Beiträ- gen „Projektierung der Sensorik und Aktorik für die Raumautomation im  Smart  Home“  und  „Projektierung  der  Raumfunktionalitäten  im Smart Home“ einfach und pragmatisch den Weg von der ersten Idee bis zur konkreten Mengenplanung. Zusätzlich wird dargestellt, wie die zu programmierenden Funktionen geplant werden und gleichzei-tig auch als langfristige Dokumentation zur Verfügung stehen.  Ein besonderer Nutzen ist der, dass mit dem beschriebenen Pro- zess das benötigte Material bestimmt werden kann. Basierend darauf lässt  sich  sehr  schnell  eine  Kostenschätzung  für  Mengen  und  Auf-wand  ableiten.  Dies  wiederum  ermöglicht  sehr  schnell  die  Nach- justierung der umzusetzenden Anforderungen. Der Fokus liegt auf der Planung der Raumautomation für kleinere  Liegenschaften,  die  über  einfache  Smart-Home-Systeme  oder  Tech-nologien wie Enocean, KNX, LoN oder proprietäre Protokolle umge-setzt werden können. Die im weiteren Verlauf vorgestellten Vorlagen und Checklisten sind bewusst hersteller- und technologieunabhängig gestaltet und decken das komplette Spektrum der Raumautomation ab.  jb-2016_eg.indb   152 25.08.2015   9:43:43 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 153 Für  die  Planung  von  Raumautomation  in  komplexeren  Liegen- schaften (z. B. größere Nichtwohngebäude bzw. die ganzheitliche Pla-nung von Raum- und Anlagenautomation) stößt der Prozess an seine Grenzen. Dieser Beitrag ersetzt nicht den für diese Liegenschaften nötigen detaillierteren Planungsprozess auf Basis der Richtlinie VDI 3813, und es wird an dieser Stelle auf die entsprechend einschlägige Literatur  verwiesen.  Selbstverständlich  können  und  sollten  die  im Folgenden behandelten Inhalte zusätzlich als Anregungen verwendet werden, da insbesondere die Bestimmung der sinnvollen Anforderun-gen auch bei den detaillierteren Planungsprozessen oft nicht ausrei-chend berücksichtigt wird.  Dieser Beitrag ermittelt die Anforderungen des Kunden und leitet  daraus ab, welche Raumfunktionen erforderlich sind. In dem folgen-den Beitrag „Projektierung der Sensorik und Aktorik für die Raumau-tomation im Smart Home“ wird darauf aufbauend unter Einbeziehung des Grundrissplans ermittelt, welche konkreten Komponenten erfor-derlich sind. Mit dieser Mengenplanung kann bereits eine erste Kos-tenabschätzung  erfolgen.  Im  Beitrag  „Projektierung  der  Raumfunk-tionalitäten im Smart Home“ erfolgt die konkrete Funktionsplanung, d. h. „welcher Sensor wirkt auf welchen Aktor“. Dies ist wichtig, um die vom Kunden gestellten Anforderungen mit möglichst wenig Auf-wand zu dokumentieren – sowohl für die konkrete Programmierung als auch für die langfristige Dokumentation. Inhaltlich orientiert sich dieser Beitrag sowie die beiden folgenden  Beiträge  an  der  IGT-Richtlinie  02:  „Planung  von  Smarthome-Syste-men“  [IGT02].  Bei  Interesse  zu  vertiefenden  Ausführungen  sowie weiteren Variationen der Planung wird auf diese Richtlinie verwie-sen.  Zu  allen  Planungsschritten  stehen  Vorlagen  zum  kostenlosen  Download zur Verfügung. Der Link für den Download und weitere Informationen sind unter [2] angegeben. Klärung der Anforderungen GrundsätzlichesAm Beginn jeder Planung steht die sorgfältige Klärung der Anforde-rungen, d. h. des konkreten Bedarfs des Kunden: Was soll überhaupt automatisiert werden? Das erscheint so selbstverständlich und wird doch so regelmäßig unzureichend durchgeführt.  jb-2016_eg.indb   153 25.08.2015   9:43:43 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 154 Dazu ein konkretes Beispiel: Gehen Sie einmal bei einer Messe auf  den Stand eines Herstellers von Smart-Home-Produkten. In fast allen Fällen fängt man sehr schnell an, Ihnen zu zeigen, was alles möglich ist.  Man  redet  auf  Sie  ein  und  führt  Sie  ungefragt  zu  ausgestellten Produkten oder funktionierenden Demoaufbauten, bei denen mit ir-gendwelchen Tastern nun irgendwelche Aktoren plötzlich ein- und ausgeschaltet werden. oder man zeigt Ihnen gleich eine Smartphone-App in hippem Design und bunten Farben. Auch hier wird irgendet-was angewählt, und quasi zum Beweis surrt ein Rollladenmotor, oder eine Leuchte geht auf einen Dimmwert.  Warum fragt man Sie nicht vor jeglicher Information, was Sie oder  Ihr Kunde überhaupt automatisiert haben möchten? Automation be-deutet die Übertragung von Arbeit: Weg vom Menschen und hin zum Automaten. Dabei hat jeder Mensch naturgemäß andere Präferenzen. Während der eine etwas ängstlicher ist und somit Sicherheitsanforde-rungen, wie z. B. Einbruchsschutz oder Rauchmelder-Überwachung favorisiert,  bevorzugt  ein  anderer  womöglich  Komfortaspekte  wie z. B.  Raumtemperaturregelung,  automatisierte  Rollläden  oder  Licht-szenen. Warum stellen wir in den meisten Fällen nicht den Mensch und dessen Wünsche in den Mittelpunkt, sondern die Technik und ihre Möglichkeiten? In sehr vielen (zu vielen!) Fällen, wird im Ge-bäude  automatisiert,  ohne  auf  die  Bedürfnisse  und  Wünsche  des späteren Nutzers einzugehen. Man automatisiert Gebäude geradeso, als ob es den Menschen im Gebäude nicht gäbe. Wenn es aber tat-sächlich keine Menschen im Gebäude gibt, dann braucht man auch keine Gebäudeautomation: Man könnte das Licht und die Heizung ausgeschaltet und die Rollläden unten lassen. Deshalb nochmal: Der erste und ganz elementare Schritt ist die  Bestimmung der sinnvollen Anforderungen. Im Groben sind das die Kategorien „Energieeffizienz“, „Sicherheit“ und „Komfort“. Zusätz-lich wären noch Anforderungen aus dem Bereich „Multimedia“ denk-bar – da diese im Vergleich zu den drei anderen Kategorien deutlich geringer  nachgefragt  werden,  werden  diese  im  Weiteren  nicht  be-rücksichtigt. Bei Bedarf sind diese also individuell aufzunehmen, d. h. entsprechend zu ergänzen. jb-2016_eg.indb   154 25.08.2015   9:43:43 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 155 VorgehenUm die Anforderungen der drei erwähnten Hauptkategorien systema-tisch so abzufragen, dass jeder Nutzer diese für sich beurteilen kann, wurde ein Fragebogen mit 48 Fragen entworfen. Alle Fragen sind so formuliert, dass diese von jedem beantwortet werden können, d. h. es sind keinerlei Kenntnisse bzgl. Gebäudetechnik oder -automation erforderlich.  Der  vollständige  Fragebogen  umfasst  in  der  aktuellen Version 16 Seiten und ist als Download kostenlos erhältlich [2]. Der Fragebogen gliedert sich in die Teilbereiche Heizung, Lüftung,  Beleuchtung, Verschattung, Kühlung, Sicherheit und Weitere Anfor-derungen. Sofern ein Gewerk nicht vorliegt (z. B. Kühlung), sind die entsprechenden Fragen selbstverständlich nicht zu beantworten.  Dabei ist zu beachten, dass zu jeder Frage eine differenzierte Ant- wort gegeben werden kann. Das macht deshalb Sinn, um zu erfahren, ob  eine  Anforderung  auf  jeden  Fall  oder  nur  eventuell  gewünscht bzw.  abgelehnt  wird.  Auch  sollte  zu  jeder  Anforderung  angegeben werden, für welche Räume die Anforderung gewünscht wird. Für ein Wohnzimmer werden in der Regel andere, hochwertigere Anforde-rungen erhoben als z. B. für ein Gäste-WC oder einen Kellerraum. BeispielUm die Inhalte besser nachvollziehen zu können, wird parallel zur all-gemeinen Vorgehensweise ein Beispiel verwendet, welches sukzes-sive in diesem und den beiden folgenden Beiträgen weiterentwickelt wird. Um dieses Beispiel so einfach wie möglich zu halten, besteht es nur aus einem einzelnen Raum: Konkret ein Wohnzimmer mit zwei Fenstern mit je einem motorbetriebenen Rollladen. Für diesen Raum sollen die Anforderungen für die Automation der Beleuchtungs- und Verschattungseinrichtungen aufgenommen werden.  Für dieses Beispiel ist der Fragebogen in Bezug auf die Teilberei- che „Beleuchtung“ und „Verschattung“ wie folgt ausgefüllt worden (siehe Bild 1 und 2). jb-2016_eg.indb   155 25.08.2015   9:43:43 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 156 Bild 1:  Fragebogen Beleuchtung (Beispiel) Ich wünsche mir die Möglichkeit, das Licht  von mehreren Stellen  aus  schalten oder dimmen zu können. So kann ich das Licht z.  B. sowohl  über den W andtaster als auch vom Schreibtisch oder Sofa auf die  gewünschte Lichtstärke einstellen. Ich wünsche mir die Möglichkeit, mit einem normalen T aster  mehrere  Leuchten bzw . Leuchtengruppen auf einmal  schalten oder dimmen    zu können. Um Energie zu sparen, möchte ich, dass sich das Licht  bei Betreten des  Raumes automatisch einschaltet  und danach ebenso wieder abschaltet.  Damit hat die Betätigung von Lichtschaltern in Gängen und Fluren ein  Ende. Die Räume sollen immer nur so stark beleuchtet werden wie nötig.    Anstatt das Licht stets ganz einzuschalten, soll es immer  nur so hell  sein, wie es nötig ist,  um den fehlenden Beleuchtungsanteil auszu- gleichen. Bestimmte Situatione brauchen bestimmte Lichtstimmungen. Deshalb  will ich per T aster  Lichtszenen  wie „Abendessen“, „Entspannung“ etc.  aufrufen können, statt jede Leuchte individuell dimmen zu müssen. Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  voll  zu Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  überhaupt nicht  zu B1 B2 B3 B4 B5 Stimme  voll  zu Stimme  voll  zu Stimme  voll  zu Stimme  voll  zu jb-2016_eg.indb   156 25.08.2015   9:43:43 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 157 Bild 2:  Fragebogen V erschattung (Beispiel) Jalousien oder Rollläden sollen  auf Wunsch auch gruppenweise    gefahren werden können. So kann ich die V erschattung bequem    für den ganzen Raum oder auch das gesamte Stockwerk ansteuern. Die Rollläden bzw . die Jalousien sollen  in Abhängigkeit der Außen- helligkeit  gefahren werden. So passt sich der Zeitpunkt optimal    an den jahreszeitlichen V erlauf von Sonnenauf- und -untergang an. Die V erschattung soll  automatisch herauf- und herunterfahren.    So hat das tägliche manuelle Bedienen ein Ende. Außerdem erscheint    das Gebäude bewohnt, auch wenn niemend anwesend ist. Falls ich mich auf dem  Balkon oder der T errasse  aufhalte, soll der Roll - laden/die Jalousie der betreffenden Tür nicht heruntergefahren werden  – somit kann mich  die Automation nicht aussperren. W enn ich mich im Raum befinde,  sollen die V erschattungseinrichtungen  nicht automatisch gefahren werden. Ich möchte das  selber entscheiden   – nur bei Abwesenheit übernimmt die Automation die Kontrolle. Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  voll  zu Räume: Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  überhaupt nicht  zu Stimme  überhaupt nicht  zu V1 V2 V3 V4 V5 Stimme  voll  zu Stimme  voll  zu Stimme  voll  zu Stimme  voll  zu Stimme  voll  zu jb-2016_eg.indb   157 25.08.2015   9:43:44 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 158 Überführung der Anforderungen in erforderliche   Sensor-, Aktor- und Verarbeitungsfunktionen GrundsätzlichesAuf  Basis  der  gewählten  Anforderungen  ergeben  sich  unmittelbar Konsequenzen  für  erforderliche  Sensoren  und  Aktoren.  Dazu  ein Beispiel aus dem Bereich der Heizung: Im Falle einer Raumtempe-raturregelung  muss  zwangsläufig  die  Ist-Temperatur  gemessen  und mit einer Soll-Temperatur verglichen werden. Diese Soll-Temperatur kommt sinnvollerweise von einem Raumbediengerät, um dem Nutzer Einfluss auf die Raumtemperatur zu ermöglichen. Die Wahl der Akto-rik hängt von der Art der Wärmeerzeugung und -übergabe im Raum ab. Man wird entweder Stellventile für die Heizkörper oder ein Stell-ventil für den Vorlauf einer Fußbodenheizung benötigen. Alternativ ist es denkbar, dass mit einem elektrischen Heizgerät geheizt wird. In diesem Fall benötigt man einen Schaltaktor. Welche und wie viele Sensoren und Aktoren im Raum benötigt  werden, hängt von dem konkreten Raum/Gebäude und dessen Aus-stattung  ab.  Dabei  muss  beachtet  werden,  dass  manche  Sensoren gleichzeitig mehreren Anforderungen dienen können. Ein Präsenz-melder kann sowohl zur Lichtsteuerung (Ausschalten bei Abwesen-heit)  als  auch  zur  Heizungssteuerung  (Temperaturabsenkung  bei Abwesenheit)  als  auch  zur  Einbruchsüberwachung  eingesetzt  wer-den.  Es  besteht  somit  kein  direkter  Zusammenhang  zwischen  den Anforderungen  des  Fragebogens  und  Komponenten  (Sensoren  und Aktoren).  Als  Zwischengröße  werden  deshalb  (Sensor-,  Aktor-,  Verarbei- tungs-)Funktionen eingeführt, wie sie nötig sind, um die Anforderun-gen aus dem Fragebogen zu erfüllen. Von diesen Funktionen lassen sich dann im nächsten Schritt die benötigten Sensoren und Aktoren ableiten. Im Fall einer Raumtemperaturregelung werden zunächst die Sen- sorfunktionen  „Lufttemperaturmessung  innen“  und  „Sollwert  stel-len“  sowie  die  Aktorfunktion  „Heizungssteuerung“  benötigt.  Aller-dings  ist  auch  eine  Verarbeitungsfunktion  erforderlich.  Der  Sensor misst lediglich den Ist-Wert, und der Aktor führt lediglich aus, was ihm angetragen wird. Dazwischen muss eine Verarbeitungsfunktion entscheiden, wann welche Befehle an den Aktor gegeben werden.  jb-2016_eg.indb   158 25.08.2015   9:43:44 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 159 Im hier beschriebenen Fall ist das die Verarbeitungsfunktion „Tem-peraturregelung“.  VorgehenDie erwähnte Überleitung vom Fragebogen auf die benötigten Funk-tionen erfolgt mithilfe einer Checkliste. In den ersten Spalten wird der Bezug zu den Fragen des Fragebogens hergestellt (Nummerierung bzw. Inhalte der Fragen in Kurzform). In einer weiteren Spalte wird aufgeführt,  welche  Sensor-,  Aktor-  und  Verarbeitungsfunktionen  in Konsequenz nötig sind. Die leeren Spalten können für die jeweiligen Räume verwendet werden, d. h. es ist der Name des Raumes als Spal-tenüberschrift einzutragen. Für jeden Raum (Spalte) kann zeilenweise markiert werden, ob die  dort aufgeführte Anforderung bzw. die daraus resultierenden Funktio-nen benötigt werden.  BeispielFür das bereits begonnene Beispiel wurden lediglich Anforderungen an die Beleuchtung und die Verschattung gestellt. Somit ergibt sich die Checkliste wie in Tabelle 1 dargestellt. Für das vorliegende Beispiel ergeben sich in Summe die folgenden  benötigten Funktionen (sortiert aus Tabelle 1, Spalte „Anforderungen an …“, zu entnehmen):     Funktionen der Sensorik (FS):   – Zeitprogramm (FS3)  – Taster (FS8)    Funktionen der Aktorik (FA):   – Lichtaktor-Dimmen (FA5)  – Lichtaktor-Schalten/Lichtaktor-Dimmen (FA6)  – Verschattungssteuerung (FA7)Beim Betrachten dieser Auflistung ist zu erkennen, welche Sensoren und Aktoren zur Umsetzung benötigt werden. Dabei sind unterschied-liche Varianten möglich. Taster-Funktionen können über Wandtaster aber auch über Handsender umgesetzt werden. Zeitprogramme kön-nen über einen Zeitbaustein oder einen Controller/Server ausgelöst werden. Auch ist noch offen, ob für die Leuchten einheitlich Dimm-Aktoren eingesetzt werden oder je nach Leuchte in Dimm-Aktoren und Schalt-Aktoren zu unterscheiden ist. jb-2016_eg.indb   159 25.08.2015   9:43:44 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 160 Tabelle 1:  Checkliste zur Auswahl der gewünschten Anforderung pro Raum (Beispiel) Gewünschte Anforderung pro Raum Anforderungen an Sensor -, Aktor -   sowie V erarbeitungsfunktionen WZ Beleuchtung B1 Soll die Beleuchtung von mehreren Stellen aus gedimmt werden  können? Taster (FS8);    Lichtaktor -Dimmen (F A5) X B2 Soll es möglich sein, dass mehrere Leuchten über einen T asten - druck auf Lichtszenen eingestellt werden? Lichtszenentaster (FS9);    Lichtaktor -Dimmen (F A5) B3 Soll es möglich sein, mit einem T aster mehrere Leuchten bzw .  Leuchtengruppen auf einmal schalten oder dimmen zu können? Taster (FS8);    Lichtaktor -Schalten/Lichtaktor -Dimmen (F A6) X B4 Soll sich die Beleuchtung bei An-/Abwesenheit automatisch ein-  oder ausschalten? Präsenzerkennung (FS4);    Lichtaktor -Schalten/Lichtaktor -Dimmen (F A6) B5 Soll sich die Helligkeit der Beleuchtung automatisch anpassen –  d.  h. bei erhöhtem T ageslichteinfall automatisch herunterdimmen? Helligkeitsmessung (FS12): T ageslichtschaltung/   Konstantlichtregelung (FV3); Lichtaktor -Dimmen (F A5) Verschattung V1 Soll es möglich sein, mehrere Rollläden/Jalousien gemeinsam    zu fahren? Taster (FS8);    Verschattungssteuerung (F A7) X V2 Soll es möglich sein, Zeitpläne für die V erschattung des Raums    zu hinterlegen  (d.  h.T ages- oder W ochenprogramm)? Zeitprogramm (FS3);    Verschattungssteuerung (F A7) X V3 Soll vermieden werden, dass der Rollladen für die T errassen-/   Balkontür gefahren wird, solange diese nicht von innen verschlos - sen ist  (Aussperrschutz)? Fensterüber wachung (FS13); V erschattungssteuerung  (F A7) V4 Soll beim Fahren derRollläden/Jalousien die Anwesenheit von  Personen berücksichtigt werden  (z.  B. die Rollläden fahren nicht  herunter , wenn sich eine Person im Raum be findet)? Präsenzerkennung (FS4);    Logische V erarbeitungsfunktionen (FV5);    Verschattungssteuerung (F A7) V5 Sollen die Rollläden/Jalousien in Abhängigkeit der Außenhelligkeit  automatisch herauf- oder herunter fahren? Helligkeitsmessung (FS12); Logische V erarbeitungs-   funktionen (FV5); V erschattungssteuerung (F A7) jb-2016_eg.indb   160 25.08.2015   9:43:44 Uhr

GEBÄUDEAUToMATIoN 3 161 Deshalb  werden  die  Funktionen  nicht,  wie  hier  dargestellt,  als  sortierte Liste herausgeschrieben, sondern direkt als konkrete Kom-ponenten  im  Grundrissplan  eingetragen.  Dieser  Vorgang  wird  im nachstehenden Beitrag „Projektierung der Sensorik und Aktorik für die Raumautomation im Smart Home“ ausführlich beschrieben. Tipp: Falls die Checkliste nicht mit einem Stift, sondern als Excel- Datei direkt mit dem PC ausgefüllt wird, sollten die Buchstaben „j“ (für „Ja“) und „n“ (für „Nein“) zur Beantwortung der Fragen verwen-det werden. Zum einen ist die Excel-Liste so formatiert, dass sich die Hintergrundfarbe der betreffenden Zelle grün bzw. rot färbt. Zum an-deren kann unterschieden werden, ob eine Frage explizit mit „Nein“ oder noch gar nicht beantwortet wurde.  Tipp:  Statt  mit  dem  Fragebogen  zu  beginnen,  kann  auch  direkt  mit  der  Checkliste  begonnen  werden.  Inhaltlich  werden  dieselben Fragen gestellt, aber auf vier Seiten komprimiert. Bei Bedarf kann die Checkliste auch vor einem Gespräch verändert und so auf jede Art von Kunde oder Projekt angepasst werden (irrelevante Zeilen können z. B. gelöscht werden).  Literatur [1]: IGT-Richtlinie 02: Planung von Smarthome-Systemen,   Institut für Gebäudetechnologie GmbH, 2014 [2]  www.igt-institut.de/richtlinien AutorProf.  Dr.  Michael  Krödel  ist  Professor  für  Gebäudeautomation  und Gebäudetechnik an der Hochschule Rosenheim. Er ist parallel dazu Geschäftsführer  des  Instituts  für  Gebäudetechnologie,  Mitglied  im VDI Richtlinienausschuss zur VDI3813/3814 (Raum-/Gebäudeauto-mation) sowie in der Jury für den Award der Smart-Home-Initiative. Der Schwerpunkt seiner Arbeit liegt darin, das Thema Gebäudeauto-mation über pragmatische Vorgehensweisen und Hilfsmittel für die Praxis anwendbar zu gestalten. www.igt-institut.de jb-2016_eg.indb   161 25.08.2015   9:43:44 Uhr