Digitalisierung im technischen Gebäudemanagement - Teil 1

Digitalisierung im technischen Gebäudemanagement (Teil 1)

Teil 1: Anforderungen an zukunftssichere Managementsysteme für die Gebäudeautomation und Perspektiven für die HLK-Branche

Die Digitalisierung im Bereich des technischen Gebäudemanagements entwickelt sich zunehmend von einer technologischen Option zu einem operativen Muss. Denn in Zeiten steigender Energiepreise, hoher Anforderungen an Nachhaltigkeit und zunehmendem Mangel an qualifiziertem Fachpersonal gewinnt die Optimierung technischer Gebäudeausrüstung (TGA) durch intelligente Systeme an Bedeutung. Davon betroffen sind insbesondere Betreiber technischer Anlagen im Bereich Heizung, Lüftung und Klima (HLK) sowie deren Fachplaner und Systemintegratoren, für die das sowohl eine zentrale Herausforderung als auch eine große Chance darstellt. Dabei kommt es auch auf Zukunftssicherheit an. Denn Gebäude, die heute errichtet oder saniert werden, sollen auch in 30 Jahren noch effizient und wirtschaftlich betrieben werden können. Um dies zu gewährleisten, müssen Gebäudeautomationssysteme heute so geplant und umgesetzt werden, dass sie offen, interoperabel und datensicher sind und langfristig nutzbar bleiben.

Vor diesem Hintergrund nimmt die Digitalisierungstauglichkeit der Infrastruktur eine Schlüsselfunktion ein. Sie erlaubt nicht nur, technische Systeme intelligent zu vernetzen, sondern auch die tiefgreifende Analyse, Automatisierung und Optimierung von HLK-Anlagen über deren gesamten Lebenszyklus hinweg. Es ist daher wichtig, die richtigen Vorgaben für den Einsatz offener Technologien bei der Sanierung und beim Neubau zu formulieren.

Grundlagen der VDI 3814 "Gebäudeautomation (GA)"

Im Zentrum eines zukunftsorientierten technischen Gebäudemanagements steht die Gebäudeautomation (GA). Sie beherrscht den gesamten energetischen Prozess und koordiniert zentrale Prozesse wie die Regelung von Temperatur und Luftqualität sowie die Energieverteilung und Betriebszeiten. Die VDI-Richtlinienreihe 3814 „Gebäudeautomation (GA)“ definiert hierfür den konzeptionellen und normativen Rahmen. Als Ziele definiert sie:

• Optimierung des Energieverbrauchs (zum Beispiel durch bedarfsgerechte Regelstrategien)
• Erhöhung der Betriebssicherheit (Frühwarnsysteme, automatische Fehlererkennung)
• Verbesserte Wartungs- und Instandhaltungsstrategien
• Steigerung der Nutzerzufriedenheit (individuelle Komfortregelung)

Für HLK-Fachleute bedeutet dies: Mit intelligent vernetzter und funktional klar strukturierter Gebäudeautomation müssen sie die Voraussetzungen für den wirtschaftlichen, nachhaltigen und sicheren Betrieb ihrer Systeme schaffen.

Daten als Fundament smarter Gebäude

Digitale Technologien wie das Internet of Things (IoT), Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML) auf Basis digitaler Zwillinge transformieren das technische Gebäudemanagement grundlegend. Zentrale Voraussetzung dafür ist die maschinelle Interpretierbarkeit von allen relevanten technischen Daten. Für HLK-Systeme ergeben sich daraus folgende Ansätze und Maßnahmen zur Optimierung:

• Automatisierte Erfassung von Betriebs- und Verbrauchsdaten
• Automatisierte Analyse von Laufzeitverhalten, Wirkungsgraden und Störungen
• Vorausschauende Wartung durch die Detektion von Anomalien
• Dynamische Anpassung von Regelparametern in Echtzeit
• Simulation und Optimierung von Anlagenverhalten und Energieverbrauch. Dabei wird die Gebäudeautomation zur Datenquelle und die Digitalisierung zum Analyse- und Steuerungswerkzeug.

Standardisierung und Schnittstellen als Schlüssel zur Interoperabilität

Um die vielfältigen Systeme eines Gebäudes effizient zu vernetzen, braucht es offene Kommunikationsprotokolle und einheitliche Datenstrukturen. In der HLK-Praxis bedeutet das:

• Einsatz offener Standards wie BACnet, Modbus, KNX oder OPC
• Einheitliche Adressierungs- beziehungsweise Kennzeichnungssysteme
• Vermeidung proprietärer Insellösungen

Ein sich zunehmend durchsetzender Ansatz ist die Nutzung des BACtwin, eine bundesweit eingeführte Standardisierung des Arbeitskreises Maschinen- und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen (AMEV). Dieser ermöglicht die standardisierte Abbildung von gebäudetechnischen Anlagen beziehungsweise Baugruppen und Aggregaten mit ihren technischen Funktionen bzw. Eigenschaften.

Mit einer solchen Struktur lassen sich HLK-Anlagen herstellerunabhängig planen, effizient betreiben und langfristig digital weiterentwickeln. Eindeutige, einheitliche und herstellerunabhängige Datenstrukturen sind dabei unverzichtbare<s>r</s> Bestandteile zukunftssicherer GA-Lastenhefte für Neubau und Sanierung.

Digitalisierung im Bestand: Herausforderung und Chance

Insbesondere im Gebäudebestand ist die Digitalisierung anspruchsvoll. Unterschiedliche Generationen und Hersteller von GA-Systemen, fehlende Dokumentation und proprietäre Systeme erschweren den Zugriff auf Daten. Hier bieten moderne KI-gestützte Verfahren – zum Beispiel mittels Natural Language Processing (NLP) – die Möglichkeit, bestehende Datenpunkte zu analysieren, zu klassifizieren und mit einem modernen Strukturmodell wie dem BACtwin-Benutzeradressierungsschlüssel (BACtwin BAS) zu verknüpfen. So kann ein digitaler Zwilling auch für bestehende HLK-Anlagen erzeugt werden. Der Nutzen dabei ist:

• Konsolidierte Datenbasis für Energiemonitoring und Analyse
• Reduktion von Integrations- und Inbetriebnahmezeiten
• Hohe Qualität durch standardisiertes Inbetriebnahmemanagement und technisches Monitoring
• Identifikation ineffizienter Anlagenzustände
• Aufbau normgerechter Energiemanagementsysteme (EnMS).

IT-Sicherheit im GA-Lastenheft

Mit zunehmender Digitalisierung steigt auch die Anforderung an die Informationssicherheit. Für öffentliche Liegenschaften und kritische Infrastrukturen gelten verbindliche Grundschutzanforderungen gemäß dem Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) (Infrastruktur-Bausteine INF.13 (TGM) und INF.14 (GA)), wobei der Kreis der zum BSI-Grundschutz Verpflichteten mit Umsetzung der Network and Information Security Directive 2 (NIS2) der Europäischen Union von derzeit circa 3.000 auf 30.000 Unternehmen und Organisationen in Deutschland ansteigen wird).

Ein zukunftssicheres GA-Lastenheft sollte daher zwingend auch sicherheitstechnische Vorgaben enthalten:

• Nutzung verschlüsselter Kommunikationsprotokolle
• Klare Definition von Nutzer- und Rollenrechten
• Segmentierung von Netzwerken
• Schreib-/Lesezugriffssteuerung auf Datenpunkte
• Verfügbarkeit dokumentierter Application Programming Interfaces (APIs, Programmierschnittstellen)

Gerade im Kontext vernetzter HLK-Anlagen sind diese Maßnahmen entscheidend für den Schutz vor externen Zugriffen und Systemausfällen. Die VDMA-Richtline 24774 „IT-Sicherheit in der Gebäudeautomation“ (2023) bietet ergänzend eine valide Vorlage für entsprechende Vorgaben.

Empfehlungen für Gebäudebetreiber und HLK-Planer

Aus den zuvor genannten Erläuterungen leiten sich folgende Empfehlungen für und HLK-Planer, Systemintegratoren und Gebäudebetreiber ab:

1. Erstellung eines fundierten GA-Lastenhefts, das neben den technischen Funktionen auch Aspekte wie Schnittstellenmanagement, Dateninterpretierbarkeit sowie IT-Sicherheitsanforderungen berücksichtigt.
2. Verwendung offener Protokolle und standardisierter Datenstrukturen, beispielsweise auf Basis des BACtwin, um langfristig Systemfreiheit und Datenhoheit zu sichern.
3. Implementierung einer herstellerneutralen Management- und Bedieneinrichtung (MBE) mit integriertem Energiemanagementsystem (EnMS). Ziel muss sein, alle Gebäude mit ihren Funktionen in einer Datenbank zusammenzufassen und das Management der GA ganzheitlich für eine hersteller- und KI-Anbieter neutrale Digitalisierung wirtschaftlich nutzbar zu machen.
4. Integration von GA-Bestandssystemen durch Aufbereitung der Datenpunktbezeichnungen hin zu einem einheitlichen, standardisierten Adressierungsschlüssel wie dem BACtwin BAS als Grundlage für digitale Zwillinge.
5. Einbindung der HLK-Systeme als aktive Player in das Facility Management und Asset Management sowie in das Smart Building-Konzept, etwa zur aktiven Teilnahme an Smart Grid-Systemen, zum intelligenten Lastmanagement und zur nachhaltigen Betriebsführung.

Fazit und Digitalisierung der Gebäudeautomation im Kontext des GEG

Die Digitalisierung bietet enormes Potenzial zur Optimierung von HLK-Systemen – sowohl im Neubau als auch im Bestand. Sie ist kein Selbstzweck, sondern eine Notwendigkeit für den wirtschaftlichen und nachhaltigen Betrieb moderner HLK-Anlagen. Wer heute vorausschauend plant, setzt auf offene Systeme, standardisierte Datenstrukturen und intelligente Analysewerkzeuge. Die Berücksichtigung dieser Grundlagen legt den Grundstein für einen zukunftsfähigen, energieeffizienten und wirtschaftlichen Gebäudebetrieb im Sinne von Betreibern, Nutzern, Umwelt und dem Gebäudeenergiegesetz (GEG), das unter folgenden Aspekten zu sehen ist:

1. Allgemeine Herausforderungen

• Gebäude müssen nicht nur „funktionieren“, sondern auch dauerhaft energieeffizient betrieben werden.
• Fehlendes Betriebs-Know-how und keine systematische Inbetriebnahme sind weit verbreitet.
• Fachkräftemangel, Spardruck sowie veraltete Planungsgewohnheiten behindern Fortschritte.
• Oft fehlen eine funktionale Prüfung der Energieeinspartechnik und Vorgaben in der GA-Planungsphase.

2. Probleme bei Inbetriebnahme und Betrieb

• Fehlerhafte Umsetzung technischer Funktionen bei Inbetriebnahme, zum Beispiel Wärmerückgewinnung nicht aktiviert, Fühler falsch installiert, Heiz- und Kühlsysteme nicht richtig gegeneinander verriegelt, so dass immer nur ein System aktiv ist und sie nicht gegeneinander arbeiten
• Fehlbedienungen im Betrieb, zum Beispiel falsche Zeitschaltprogramme, die nicht der Gebäudenutzung entsprechen, Sollwerte verstellt, Systeme im Handbetrieb.
• Gesetzliche Anforderungen (GEG) sollen genau solche Schwächen künftig systematisch verhindern.

3. Anforderungen aus dem GEG speziell §71a

• Ein Gebäudeautomationssystem mit mindestens Automationsgrad B nach DIN V 18599 Teil 11 „Energetische Bewertung von Gebäuden“ ist Pflicht.
• Nichtwohngebäude mit Heiz- und Kühlanlagen mit Nennleistungen >290 kW mussten bis Ende 2024 zwingend mit digitaler Energieüberwachungstechnik ausgerüstet werden. Bis Ende 2029 sieht die neue EU-Gebäuderichtlinie (EPBD, Energy Performance of Buildings Directive) eine Nachrüstungspflicht schon für Nichtwohngebäude > 70kW Nennleistung von Heiz- und Kühlanlagen vor.
• Offene Kommunikationssysteme (zum Beispiel BACnet) müssen verwendet werden.
• Es muss eine frei konfigurierbare Datenschnittstelle vorhanden sein, die herstellerunabhängige Auswertungen ermöglicht.
• Ein technisches Inbetriebnahmemanagement ist für Neubauten vorgeschrieben und soll über mindestens eine Heiz- beziehungsweise Kühlperiode laufen.
• Kontinuierliche Überwachung und Optimierung der Systeme durch namentlich benannte, qualifizierte Personen oder Unternehmen wird gefordert.

4. Technisches Inbetriebnahmemanagement (TIB)

• Funktionsprüfungen (zum Beispiel Datenpunkte, Anlagenverhalten) und dokumentierte Probebetriebe sind verpflichtend.
• Begleitendes Technisches Monitoring (TMon) wird empfohlen, um Effizienzverluste frühzeitig zu erkennen.

5. Vorgaben durch Bauherren/Betreiber

• Forderung nach standardisierten offenen Schnittstellen und Datenmodellen (zum Beispiel BACtwin), um Abstimmungsaufwand und Fehler zu reduzieren.
• Einführung von Management- und Bedieneinrichtungen (MBE) als zentrale Plattformen für Betriebs- und Energiemanagement.
• Nutzung von BACnet als verbindliches Kommunikationsprotokoll zur Sicherstellung der Interoperabilität.

Vorschau: Teile 2 bis 4 der Serie über die Digitalisierung im technischen Gebäudemanagement

Welche konkreten Anforderungen sich aus dem GEG für die einzelnen Gewerke ergeben, wird mit Unterstützung verschiedener Experten der betroffenen Gewerke in weiteren Fachbeiträgen aufgezeigt. Die Themen der kommenden Fachbeiträge lauten:

• Teil 2: Daten interpretierbar machen
  Autor: (Dr. Max Both, Geschäftsführer Entendix GmbH, Bonn)
• Teil 3: Technisches Monitoring
  Autor: (Patrick Lützel, Business Development Manager Smart Building & Security, TÜV Süd AG, München)
• Teil 4: Schnittstellen zu Drittsystemen und Bereitstellung zur Digitalisierung am Beispiel des Wartungsmanagement
  Autor: (Gerald Boller, Geschäftsführer, Exapris GmbH, Ober-Olm)