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Der Bedarf an Wärme, Kälte, Frischluft und Licht in Gebäuden ist eng gebunden an die Anwesenheit von Menschen (Präsenz). So müssen Räume i. d. R. nur dann belüftet und beleuchtet werden, wenn Personen anwesend sind. Zur automatischen Erfassung der Präsenz werden Bewegungsmelder und Präsenzmelder benutzt. Am häufigsten werden passive Infrarotsensoren (PIR) eingesetzt. Diese erfassen die Anwesenheit von Personen aufgrund ihrer Wärmeabstrahlung und sind kostengünstig sowie einfach zu installieren.
Um den Bedarf (an Energie, Komfort, Sicherheit) noch genauer zu ermitteln, kann zusätzliche Information aus den Räumen gewonnen werden. Beispielsweise können die Anzahl, Position, Tätigkeit und Identität der anwesenden Personen bestimmt werden. Diese Angaben gehen über die konventionelle Präsenz hinaus und werden deshalb als erweiterte Präsenz bezeichnet.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie der Hochschule Luzern wurde die erweiterte Präsenzerfassung für Gebäude untersucht. Im Zweckbau wurde ein signifikantes Energiesparpotenzial festgestellt. Aufgrund der Ergebnisse wurde eine Reihe von Handlungsempfehlungen für Hersteller und Fachplaner abgegeben.
Welche Anforderungen sind für die Präsenzerfassung zu erfüllen?
Die automatische Erfassung der erweiterten Präsenz in Gebäuden bedingt eine angemessene Sensorik. Diese kann, aufgrund der Vielfalt an bestehenden Messprinzipen, mannigfaltig ausfallen. In der Praxis sind jedoch gewisse Anforderungen zu erfüllen, damit die Präsenzerfassung wirtschaftlich und zweckerfüllend durchgeführt werden kann.
So muss die Technologie vom Nutzer akzeptiert werden und darf den Persönlichkeitsschutz nicht verletzen. Zur gebräuchlichen Erfassung der erweiterten Präsenz werden Sensoren vorausgesetzt, die sich bezüglich Preis, Aussehen, Schnittstellen und Messeigenschaften nicht signifikant von konventionellen Präsenzmeldern unterscheiden. Zudem müssen die Installation, Inbetriebnahme und Wartung der Geräte möglichst einfach ausfallen.
In der erwähnten Forschungsarbeit wurden vier Erfassungsmethoden untersucht. Zwei Methoden setzen optische Verfahren ein, die anderen stützen sich auf konventionelle Sensoren. Die Eigenschaften der untersuchten Methoden sind in der nebenstehenden Tabelle zusammengefasst. Zu beachten ist, dass heute einzig die videobasierte Präsenzerfassung als Produkt für den Einsatz im Gebäude erhältlich ist, beispielsweise von der Firma Steinel.
Was ist der Nutzen erweiterter Präsenzerfassung?
Über die erweiterte Präsenzerfassung wird Information zur Nutzung von Gebäuden und Räumen gewonnen. Diese Angaben können verwendet werden, um die Energieeffizienz, den Komfort, die Sicherheit, die Funktionalität und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Die Energieeffizienz lässt sich beispielsweise dadurch steigern, dass die geläufige, luftqualitätsgeführte Regelung der Lüftung durch den Belegungsgrad des Raums ergänzt wird.
Weiter macht in Grossraumbüros die nutzergerechte Konditionierung von einzelnen Raumteilen aus energetischen und Komfortgründen Sinn, sofern umsetzbar. Ausschlaggebend ist zudem die optimale Ausschöpfung von Raumkapazitäten; dazu muss wiederum die aktuelle und voraussichtliche Raumbelegung bestimmt werden.
Die Behaglichkeit lässt sich verbessern, indem Komfort-Sollwerte örtlich den individuellen Präferenzen der Nutzer angepasst werden: Beleuchtungsstärke, Farbtemperatur, Blendschutz, Klima. Die Präferenzen werden aufgrund der Tätigkeit oder ID der Personen bestimmt.
Zur Verbesserung der Sicherheit bieten sich verschiedene Möglichkeiten. So kann die Position von Personen zur Erkennung von Eindringlingen in bestimmten Raumzonen verwendet werden. Bei einer Evakuierung können Personenströme (Anzahl, Position) und Hindernisse (Personenstaus) dynamisch berücksichtigt werden, um optimale Fluchtwege anzuzeigen.
Auch neue Funktionen sind denkbar, beispielsweise die Visualisierung der Raumbelegung in Echtzeit zwecks Hotdesking oder als Grundlagen für die Planung. Letztendlich kann die Wirtschaftlichkeit verbessert werden durch die optimierte Nutzung von Ressourcen (Räume, Reinigungskräfte usw.). Die erforderlichen Daten liefert die erweiterte Präsenzerfassung. Eine ausführliche Zusammenstellung möglicher Anwendungen ist im Abschlussbericht zu finden.
Handlungsempfehlungen für Hersteller und Fachplaner
Gestützt auf die vorangehenden Untersuchungen wurden Handlungsempfehlungen abgegeben zur Weiterentwicklung von Präsenzmeldern und zum Einsatz der erweiterten Präsenz im Gebäude. Die Empfehlungen richten sich an Hersteller von Präsenzmeldern und an Fachplaner bzw. Elektrounternehmer.
- Sensoren zur Erfassung der erweiterten Präsenz dürfen sich nicht massgeblich unterscheiden von konventionellen Sensoren (z. B. PIR). Dies gilt insbesondere in Bezug auf Preis, Aussehen, Schnittstellen, Messeigenschaften, Installation, Inbetriebnahme, Wartung und Betrieb.
- Die Platzierung, Ausrichtung und Einstellung der Sensoren darf nicht anspruchsvoll sein. Personen ohne produktspezifische Schulung müssen in der Lage sein, die Installation und Inbetriebnahme durchzuführen. Änderungen der Raumgegebenheiten sollen keine Neukonfiguration erfordern.
- Zur Erfassung der erweiterten Präsenz ist immer diejenige Methode zu wählen, die am wenigsten Aussagen erlaubt zu einzelnen Personen. Bei optischen Sensoren sollen nur nicht personenbezogene oder anonymisierte Daten ausgegeben werden.
- Die Erfassung der erweiterten Präsenz ist im Wohnbau für die Raumheizung nicht sinnvoll. Hier bringt die Vorhersage der Raumbelegung aufgrund konventioneller Präsenzdaten bereits einen grossen Mehrwert; der Zusatznutzen der erweiterten Präsenz ist gering. Für Lüftungsanlagen ist der Einsatz jedoch zu prüfen, weil Daten zur Raumbelegung gegenüber den trägen und oft ungenauen CO2-Sensoren Vorteile mit sich bringen.
- Die effiziente Nutzung von Räumen ist wichtig. Diese kann sichergestellt werden durch die dynamische Zuweisung von Räumen und durch eine bedarfsgerechte Planung. Die erforderlichen Daten stellt die erweiterte Präsenzerfassung.
- Die Daten von erweiterten Präsenzmeldern sollen nach Möglichkeit allen Disziplinen (Beleuchtung, Beschattung, HLKSE) und gebäudetechnischen
Systemen (GA, Sicherheit, IoT) gemeinsam zur Verfügung gestellt werden.
Obschon die erweiterte Präsenzerfassung bisher in Gebäuden erst vereinzelt eingesetzt wird, ist eine Zunahme zu erwarten. Insbesondere können die Wirtschaftlichkeit der Raumnutzung damit optimiert und datengestützte Planungsgrundlagen geschaffen werden. Der energetische Nutzen der erweiterten Präsenzerfassung ist dagegen schwer zu beziffern und soll weiter untersucht werden.
Danksagung
Die zitierte Forschungsarbeit ist dank der finanziellen Unterstützung des Schweizerischen Bundesamts für Energie zustande gekommen. Weitere Unterstützung hat das Projektteam erhalten vom Amt für Hochbauten der Stadt Zürich und von den Firmen Puag AG, Steinel Vertrieb GmbH, Post Immobilien AG und Basler & Hofmann AG. Folgende Personen haben beim Projekt mitgewirkt: Martin Camenzind, Carina Gubler, Reto Häfliger, Reto Marek, Björn Schrader.
*Olivier Steiger ist Professor für Gebäudeautomation und leitet eine Forschungsgruppe am Institut für Gebäudetechnik und Energie IGE der Hochschule Luzern, Technik & Architektur. Artikel erschienen in: Haustech 3-2020