Smart Buildings: Gebäude der Zukunft

Sie sind intelligent und könnten zu einem wichtigen Bestandteil der Energiewende werden: Smart Buildings. Doch was genau sind Smart Buildings und was zeichnet sie aus?

Definition: Was ist ein Smart Building?

Montagsmorgen, 8.45 Uhr: Ein Mitarbeiter eines internationalen Medienunternehmens fährt in die Tiefgarage. Nach einem Parkplatz muss er nicht suchen, denn alle Stellflächen sind mit Sensoren ausgestattet. Ein Blick auf eine Smartphone-App zeigt freie Plätze an. Während der Mitarbeiter sein Auto abstellt, bereitet die Gebäudetechnik sein Büro vor. Sie stellt Heizung, Beleuchtung und Belüftung auf seine Vorlieben ein. All das ist möglich, weil das Gebäude ein sogenanntes Smart Building ist – ein vernetztes Gebäude der Zukunft.  

Smart Buildings unterstützen Energiewende

Smart Buildings haben aber nicht nur einen hohen Komfort. Sie können auch zu einem Baustein der Energiewende werden. Derzeit sind Gebäude laut dem Bundeswirtschaftsministerium noch für 35,3 Prozent des Energieverbrauches in Deutschland verantwortlich. Bis 2050 will die Bundesregierung den Energiebedarf des Gebäudebestands jedoch um 80 Prozent reduzieren. Das könnte gelingen, indem Smart Buildings elektrischen Strom selbst erzeugen – etwa mit Blockheizkraftwerken und Photovoltaikanlagen– und gleichzeitig vernetzter Bestandteil intelligenter Stromnetze (Smart Grids) werden.

Gleichzeitig sind Smart Buildings energieeffizient. Sie können mit Sensoren erkennen, wie viele Personen sich in einem Raum aufhalten und darauf basierend automatisch Beleuchtung sowie Heizung regulieren. Zudem sinkt der Wartungsaufwand: In Gebäudeanlagen, wie Fahrstühlen, sind Sensoren verbaut, die den Zustand von Bauteilen messen und überwachen. Droht ein Defekt durch Verschleiß, erhalten Techniker eine E-Mail. Sie warten den Fahrstuhl proaktiv – bevor es zum Ausfall und einer teuren Reparatur kommt. Nicht zuletzt erhöhen Smart Buildings die Sicherheit. Brennt es im Gebäude, erkennen Sensoren, wie sich der Rauch ausbreitet. Über Lautsprecher erklärt eine laute und bestimmende Computerstimme den Menschen, welchen Fluchtweg sie nehmen sollten.

Was ist der Unterschied zwischen Smart Home und Smart Building?

Vernetzte Kühlschränke bestellen Milch, Jalousien passen sich dem Sonnenstand an, die Heizung übermittelt ihren Zählerstand automatisch an den Energieversorger: Die Digitalisierung des Zuhauses ist in vollem Gange. Ziel ist ein Smart Home, das die Wohnqualität steigert und Betriebskosten senkt.

Im Gegensatz zum privaten Zuhause bezeichnet der Begriff Smart Building die intelligente Vernetzung und Automation in Zweckgebäuden – etwa in Bürohäusern, Flughäfen und Einkaufszentren. Das Ziel der Vernetzung ist das gleiche wie in Smart Homes: Der Komfort soll steigen, der Energieverbrauch sinken. Allerdings sind die Sicherheitsanforderungen in Smart Buildings komplexer. Ein Bürogebäude mit tausenden und somit signifikant mehr vernetzten Sensoren bietet auch deutlich mehr Angriffspunkte für Cyberkriminelle. Durchdachte Sicherheitslösungen sind somit gefragt.

Welche Komponenten machen aus einem Gebäude ein Smart Building?

Um ein Gebäude in ein Smart Building zu verwandeln, sind drei Schritte erforderlich:

  1. Das Gebäude muss mit Sensoren Umgebungsinformationen sammeln.
  2. Ein Computersystem muss die Daten auswerten und Maßnahmen ableiten.
  3. Aktoren schließlich müssen die Steuerungsbefehle umsetzen – etwa Fenster automatisch öffnen oder die Heizung regeln.

Um diese intelligente Automation zu ermöglichen, ist ein 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. Unser Sensortechnologie-Portfolio namens XENSIV™ bildet dabei das Rückgrat. Das Portfolio umfasst:

  • Drucksensoren
  • akustischen Sensoren
  • 3D-Bildsensoren
  • Radarsensoren
  • Magnetsensoren

Durch ihren Einsatz werden Gebäude im Zusammenspiel mit Computersystemen intelligenter und kontextbewusster. Sie können „hören“, „sehen“ und „verstehen“ was um sie herum passiert und ihren Betrieb an die veränderten Faktoren anpassen.

Beispiele und Vorreiter europäischer Smart Buildings: The Edge in Amsterdam und Cube in Berlin

Zu den Pionieren der Smart Buildings zählt The Edge in Amsterdam – ein 40.000 Quadratmeter großes Bürogebäude mit einer vollständig verglasten, lichtdurchfluteten Fassade. Im Gebäude sind rund 28.000 Sensoren verbaut, die Parameter wie Luftfeuchtigkeit, Helligkeit und Temperatur messen und dadurch entsprechend anpassen können. Stickige Luft, zu kalte oder heiße Räume gehören somit der Vergangenheit an. Mitarbeiter finden immer optimale Arbeitsbedingungen an ihrem Arbeitsplatz vor. The Edge hat es dank der Smart-Building-Technologie außerdem geschafft, 70 Prozent weniger Strom als klassische Bürogebäude zu verbrauchen.

Apropos Arbeitsplatz: Statt festen Büroplätzen gibt es im Gebäude offene Arbeitslandschaften, in denen sich Angestellte einen Arbeitsplatz suchen können. Wo sich ein freier Platz befindet, erfährt der Mitarbeiter über eine Smartphone-App. Über diese App steuert er auch das Licht nach seinen Vorlieben. Über 6.000 Leuchten sind in ein IP-basiertes LED-System eingebunden, auch Power-over-Ethernet gennant.

The Cube – Smartes Bürogebäude in Berlin

Ähnlich smart funktioniert The Cube, ein Bürogebäude in unmittelbarer Nähe des Berliner Hauptbahnhofs. Das Cube ist ein zehngeschossiges Gebäude mit einer nach innen gefalteten Glasfassade, ebenfalls ausgestattet mit tausenden Sensoren und Aktoren. Das Herzstück ist die Schaltzentrale, das sogenannte „Brain“. Es handelt sich um eine Künstliche Intelligenz, die Sensordaten auswertet und dem Betreiber Vorschläge macht, wie er das Gebäude effizienter betreiben kann. Erkennt das Brain beispielsweise, dass sich in einem Gebäudeteil nach 16 Uhr keine Mitarbeiter mehr aufhalten, macht es den Vorschlag, dort Licht und Lüftung abzuschalten, um Energie zu sparen.

Was sind die Risiken von Smart Buildings?

Smart Buildings bringen allerdings nicht nur Vorteile, sondern bergen auch Risiken, etwa durch Cyberangriffe. Da tausende Geräte mit dem Internet verbunden sind, ergeben sich für Angreifer ebenso viele neue sogenannte „Einfallsvektoren“. Über diese können sie in das IT-System des Gebäudes eindringen. Dann ist es leicht möglich, Daten zu manipulieren und Gebäudefunktionen zu blockieren. Bei der Entwicklung von Hardware für Smart Buildings legt Infineon daher einen starken Fokus auf Sicherheit. Hardwarebasierte Sicherheitslösungen reichen dabei von einfachen Authentifizierungs-Chips bis hin zu komplexen Implementierungen.

Smart Buildings: Was bringt die Zukunft?

Der Markt für Smart Buildings wächst rasant. Bald sollen laut dem Marktforschungsunternehmen Gartner weltweit 5,8 Milliarden vernetzte Geräte zum Einsatz kommen, was einer Steigerung von 21 Prozent im Vergleich zu 2019 entspricht (4,8 Milliarden Geräte).

Den größten Zuwachs erwarten die Experten bei der Gebäudeautomation. Im Jahr 2018 waren weltweit in Gebäuden 230 Millionen Geräte vernetzt. Ende 2019 werden es 310 Millionen und 2020 440 Millionen sein. Ihr gemeinsames Ziel: Arbeiten und Wohnen noch komfortabler zu machen und durch Energieeffizienz dem Klimawandel entgegenwirken.

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