Smart Buildings

Warum wir smarte Gebäude brauchen

Seit Menschen nicht mehr in Höhlen leben, werden Häuser gebaut. Manche Häuser werden 500 Jahre und länger bewohnt und genutzt – das Konzept „Haus“ ist also solide und bewährt. Warum sollten dennoch künftig mehr Häuser „smart“ werden?

Seit mehr als zwanzig Jahren wird über „Smart Home“-Technologien gesprochen, die in vielen Wohnungen und Häusern längst zum Standard gehören. Der vernetzte Kühlschrank, der automatisch Milch nachbestellen kann, mag noch etwas exotisch sein. Aber die Jalousie, die sich vollautomatisch dem Sonnenstand anpasst, die Heizung, die ihren Zählerstand automatisch an den Energieversorger übermittelt: Das digitale Zuhause gehört längst zu unserem Alltag. Smart Home-Technologie in den eigenen vier Wänden soll den Wohnkomfort steigern und im Idealfall auch noch die Betriebskosten senken. Der Markt bietet unzählige Produkte und Lösungen, die genau das auch ermöglichen.
Der Begriff Smart Building meint hingegen die intelligente Vernetzung und Automation von größeren Zweckgebäuden – etwa von Bürohäusern, Krankenhäusern oder Einkaufszentren. Grundsätzlich sind hier die Ziele aber ganz ähnlich wie beim Smart Home: Mehr Komfort, weniger Energieverbrauch - ohne spürbaren Verzicht für die Nutzer. Mit der Größe eines Gebäudes wachsen allerdings die Anforderungen an die Technik – schließlich müssen in einem Bürogebäude nicht fünf, sondern fünfhundert oder sogar fünftausend Menschen berücksichtigt werden, die darin arbeiten.
Tausendfach vernetzte Sensorik
Ist ein Bürogebäude „smart“, dann arbeiten hier tausende vernetzte Sensoren miteinander. Damit bieten sich wiederum auch deutlich mehr Angriffspunkte für Cyberkriminelle. Ein Smart Buildung will also gut durchdacht sein! Allerdings wird der ganze Aufwand allein angesichts des Klimawandels zunehmend gefragt sein. Denn im Gebäudesektor besteht noch ein riesiges Einspar- und Optimierungspotential. Schon 2013 errechnete das Fraunhofer-Institut für Bauphysik alleine für die Digitalisierung und Automatisierung von Heizungsanlagen in Gebäuden ein Einsparpotenzial von 14 bis 26 Prozent.
Wie wird also aus einem Gebäude ein Smart Building? Drei Komponenten sind erforderlich: Das Gebäude muss mit Sensoren Umgebungsinformationen sammeln, also etwa die Temperatur, Raumfeuchtigkeit, die Anzahl der Personen in einem Raum und andere Faktoren. Ein Computersystem muss diese Daten auswerten und Maßnahmen ableiten. Aktoren schließlich müssen die Steuerungsbefehle umsetzen – etwa Fenster automatisch öffnen oder die Heizung regeln. Damit eine solche, intelligente Automation möglich ist, wird ein sogenannter Digital Twin (zu Deutsch: digitaler Zwilling) notwendig. Dieser digitale Zwilling des Gebäudes bildet alle Funktionen und Prozesse in einem Computermodell ab und macht diese steuerbar. Der Digital Twin ist quasi die digitale Basis, die aus einem Bürohaus ein Smart Building macht.
Ein typisches Szenario in einem fertig errichteten Smart Building könnte dann so aussehen: Montagmorgen, 9 Uhr: Der Mitarbeiter nähert sich vom benachbarten U-Bahnhof dem Gebäude. Obwohl noch gar nicht am Eingang angekommen, weiß das Gebäude mittels des Mitarbeiter-Smartphones dass dieser in wenigen Minuten seinen Büroraum betreten wird. Entsprechend wird rechtzeitig die Heizung hochgefahren, die Beleuchtung eingeschaltet oder die Belüftung entsprechend den Vorlieben des Mitarbeiters hochgefahren.
Zu den Smart Building-Pionieren in Europa gehört das Bürohaus The Edge in Amsterdam. Das 40.000 Quadratmeter große Gebäude ist vollständig verglast und lichtdurchflutet. Im Gebäude sind rund 28.000 Sensoren verbaut, die Parameter wie Luftfeuchtigkeit, Helligkeit und Temperatur messen. Smart-Building-Technologie sorgt dafür, dass das Haus rund 70 Prozent weniger Strom als klassische Bürogebäude verbraucht.
Alter Bestand – neue Technik
Smart Buildings sollen aber nicht nur Komfort bieten. Von noch größerer Bedeutung ist es, dass sie ein zentraler Baustein der Energiewende werden können. Alleine in der EU sind Gebäude heute für 40 Prozent des Energieverbrauchs sowie für 36 Prozent der CO2 Emissionen verantwortlich. Bis 2050 muss der Energiebedarf des Gebäudebestands jedoch um 80 Prozent reduziert werden. Dieses Ziel klingt ambitioniert, doch es ist erreichbar. Denn viele Gebäude sind heute technisch eher mit einem alten Diesel-Auto aus den 1980er Jahren zu vergleichen, obwohl sich technisch seitdem eine Menge getan hat. Große Schritte hin zu mehr Energieeffizienz wären also kurzfristig möglich. Damit mehr Schwung in diese dringend notwendige Entwicklung kommt, sind Anreize notwendig. Höhere Energiekosten bei der Verwendung fossiler Brennstoffe und parallel Zuschüsse oder Vergünstigungen bei Investitionen in moderne Technik könnten für Dynamik sorgen.
Innerhalb weniger Jahre könnten somit energieeffiziente Smart Buildings auf den Weg gebracht werden. Das müssen nicht zwangsläufig Neubauten sein – auch Bestandsgebäude lassen sich optimieren: Auch in einem Bürohaus aus den 1990ern könnten etwa nachträglich installierte Sensoren erkennen, wie viele Personen sich in einem Raum aufhalten. Entsprechend könnte die Beleuchtung angepasst sowie die Heizung reguliert werden.
Wer in ein smartes Gebäude investiert, profitiert schnell von einem insgesamt niedrigeren Wartungsaufwand. Ein Beispiel: Sensoren in Fahrstühlen können dafür sorgen, dass dort installierte Bauteile kontinuierlich überwacht und gemessen werden. Droht ein Defekt durch Verschleiß, erhalten Servicetechniker frühzeitig eine Nachricht. Der Fahrstuhl kann somit proaktiv gewartet werden – bevor er ausfällt oder eine kostspielige Reparatur notwendig wird.
Nicht zuletzt können Smart Buildings die Gebäudesicherheit verbessern. Kein unwichtiger Aspekt, wenn man bedenkt, dass hierzulande seit dem Jahr 2000 jährlich im Schnitt 400 Menschen in Gebäuden durch Feuer und Rauch ums Leben kommen. Brennt es in einem smarten Gebäude, erkennen Sensoren innerhalb von Sekunde, wie sich der Rauch ausbreitet. Über Lautsprecher erklärt eine Computerstimme den Menschen, welchen Fluchtweg sie nehmen sollten.
Heterogener Entwicklungsstand
Insgesamt, so eine aktuelle Studie des Bundesverband Digitale Wirtschaft (BVDW), steht Digitalisierung von Gebäuden noch am Anfang. Allerdings sind beim Blick auf einzelne Anwendungsbereiche deutliche Unterschiede zu erkennen. So ist etwa die Digitalisierung bei Gebäudesicherheit und Brandschutz weiter fortgeschritten als bei der Wasserversorgung. Insgesamt gilt es, bei der Gebäudedigitalisierung diverse Herausforderungen anzugehen: Für die Planung von Neubauten ist etwa die frühzeitige Berücksichtigung von Technologien wie die Nutzung eines „Digital Twins“ entscheidend. Weitere zentrale Themen für ein Smart Building sind der Datenschutz und das Schnittstellenmanagement. Hier bestehen noch viele Herausforderungen - ein umfassendes rechtliches und gesellschaftliches Regelwerk gibt es derzeit noch nicht. Doch angesichts der Herausforderungen durch den Klimawandel und einer Branche, die bereits mit vielfältigen, praktikablen Lösungen aufwarten kann, sollte die Losung „mal abwarten“ nicht das Gebot der Stunde sein.