Einfamilienhaus
Modernisierung eines Einfamilienhauses nach Minergie Standard in Däniken im Kanton Solothurn.
Kurzbeschrieb
Dieses Einfamilienhaus in Däniken, Solothurn wurde 2018 von Rolf Schneider (connectedHome Gründungsmitglied) übernommen und stetig renoviert.
Beim Ersatz der Fenster 2019 wurden die Storen als erstes Element des Gebäudes automatisiert — das erste connectedHome ist geboren.
Die Gebäudeautomation wird bis heute stetig erweitert.
Neue Funktionen werden hier zuerst im Alltag getestet, bevor sie für unsere Kunden freigegeben werden. Die Gebäudeautomation wurde mittels Loxone umgesetzt und deckt folgenden Funktionen ab:
- Audio
- Beleuchtung
- Beschattung
- Bewässerung
- E‑Auto Ladestation
- Einzelraumregelung
- Energieoptimierung
- Integration der Wärmepumpe
- Integration des Mähroboters
- Lüftungssteuerung
- Visualisierung
- Zutrittslösung
Inhalt
Das Objekt
Bauherrschaft
Gebäudeautomation ist ein zentraler Punkt in meinem Alltag. Sie soll mein Leben einfacher und komfortabler machen und die Energieeffizienz des Gebäudes steigern. Dadurch, dass ich unsere eigene Gebäudeautomationslösung tagtäglich erleben darf, ermöglicht mir das System stetig zu verbessern und wertvolle Erfahrung zu sammeln, welche ich an unsere Kunden weitergeben kann.
Rolf Schneider
connectedHome gmbh
Bedienung
Die Bedienung des Gebäudes erfolgt so weit wie möglich automatisiert. Alles, was nicht automatisiert werden kann oder wo eine Automatisierung nicht sinnvoll ist, wird über Touch Taster bedient — fünf Tastpunkte für Licht, Beschattung und Audio.
Im Wohnbereich ist zusätzlich ein Apple iPad an der Wand angebracht, womit der Zustand des gesamten Gebäudes einsehbar ist und alle vorhandenen Funktionen bedient werden können.
Beleuchtung
Die Raumbeleuchtung wird mit verschiedenartigen Leuchtmitteln umgesetzt. So kommen konventionelle, dimmbare und nicht-dimmbare Leuchten, RGBW LED Streifen sowie intelligente RGBW Leuchten und Spots von Loxone.
In Zimmern, welche mit einem Präsenzmelder ausgestattet sind, wird die Beleuchtung bei dunklen Lichtverhältnissen beim Betreten automatisch aktiviert. So ist der Griff zum Lichttaster in der Waschküche hinfällig, und der Weg zum Bad wird in der Nacht automatisch sanft beleuchtet.
Die RGBW Leuchtmittel ermöglichen den Farbton des Weisslichts über den Tagesverlauf leicht anzupassen. Mit der Tageslichtsteuerung oder auch Human Centric Lighting (HCL), wird zwischen Sonnenauf- und Sonnenuntergang des Sonnenlicht nachempfunden, was das Wohlbefinden steigert.
Beschattung
Im Sommer hingegen, werden direkte Sonnenstrahlen abgeblendet, damit sich der Raum nicht aufheizt, aber dennoch von natürlichem Tageslicht erhellt wird.
Die io-homecontrol Steuerung der Velux Solar Rollos und des Fensterantriebs sind ebenfalls im Loxone System integriert und helfen mit, die Sonnenstrahlen im Sommer draussen zu halten, aber die Raumausleuchtung wenn möglich hoch zu halten.
Einzelraumregelung
Lüftung
Die Lüftungsanlage ist ein enormer Komfortgewinn und war für die Zertifizierung nach Minergie Standard notwendig. Sie sorgt stets für Behaglichkeit und Zufuhr von frischer Aussenluft. Ein wiederkehrendes manuelles Stosslüften ist somit nicht mehr notwendig.
Hier geht unsere Gebäudeautomation noch einen Schritt weiter. Stellantriebe von Belimo ermöglichen das stufenlose Regulieren der Luftströme in allen Zu- und Abluftdüsen in den einzelnen Räumen.
Der benötigte Gesamtvolumenstrom wird in Echtzeit berechnet und dank der nahtlosen Integration der drexel & weiss x2 A9 stufenlos eingeregelt.
Somit wird jeder Raum nur nach Bedarf belüftet. Die Regelung berücksichtigt Anwesenheit, Luftfeuchtigkeit sowie den CO2-Gehalt der Raumluft.
Das Minimieren der zugeführten kalten Aussenluft führt zur Steigerung der Energieeffizienz, da weniger warme Raumluft unnötig abgeführt wird. Zwar sorgt der Wärmetauscher der Lüftungsanlage, dass die Wärme der Fortluft bestmöglich der Aussenluft übertragen wird, dennoch entstehen Verluste.
Als Zusatzfunktion wird beim Einschalten der Umluft-Dunsthaube mit Miele@Home Schnittstelle im Wohnbereich die Lüftungsstufe auf 100% erhöht, um die entstandenen Gerüche und die erhöhte Luftfeuchtigkeit abzuführen.
Integration der Wärmepumpe
Das Gebäudeautomationssystem kennt den Heizbedarf im gesamten Gebäude. Zusätzlich sind aktuelle Wetterdaten sowie die Wetterprognose bekannt. Mit dieser Information kann die Wärmepumpe vorausschauend ein- oder ausgeschaltet werden. Das Kombigerät x2A9 von drexel & weiss lässt sich dank der offenen Schnittstelle nahtlos in die Gebäudeautomation integrieren. So können aktuelle Betriebsdaten ausgelesen werden und Zielwerte vorgegeben werden.
Auch bei Störungen der Wärmepumpe wird der Bauherr von der Gebäudeautomation informiert.
Energiemanagement
Das Energiemanagement ist das Kernelement der Gebäudeautomation, wenn es um Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit geht. Das System optimiert auf hohen Eigenverbrauch und minimiert den Netzbezug — insbesondere bei hoher Netzauslastung, welcher sich im variablen Strompreis widerspiegelt.
Energieflüsse
Als Basis für die Energieoptimierung sind Produktions- und Verbrauchsdaten in Echtzeit. Diese liefern beispielsweise der Fronius Wechselrichter, die Keba Wallbox, die Loxone Smart Sockets oder die smart-me Energiezähler. Die Gebäudeautomation kennt somit stets die verfügbare überschüssige Leistung der PV-Anlage und kann somit gezielt Geräte zu- oder wegschalten.
Die Energieflüsse werden in der App visualisiert und statistisch erfasst.
Eigenverbrauch
Beim Betrieb einer Photovoltaikanlage ist das primäre Ziel den Eigenverbrauch zu maximieren. Hier soll aber die eigens genutzte Energie sinnvoll und effizient eingesetzt werden. Besonders geeignet sind Geräte mit hohem Energieverbrauch, wessen Nutzungsfenster zeitlich ein wenig variabel ist.
Wärmepumpe
Die Wärmepumpe ist ein ideales Gerät für die Eigenverbrauchserhöhung. So wird sie bei genügend grosser Überschussleistung stärker ausgelastet, damit sie später im Netzbetrieb weniger arbeiten muss. Die Wärme wird in den Wasserspeichern oder der Gebäudestruktur gespeichert.
Folgende Aktionen können, dank der offenen Schnittstelle der drexel & weiss x2A9 Wärmepumpe und der nahtlosen Integration in die Gebäudeautomation, priorisiert ausgeführt werden:
- Erhöhung der Brauchwassertemperatur im Boiler (von 45°C auf 55°C)
- Erhöhung der Raumtemperatur um ein bis zwei °C
- Aufheizen des Pufferspeichers mit 10–15 kWh Wärmeenergie
Wallbox
Das Laden des Elektrofahrzeugs bietet in Bezug auf den Eigenverbrauch grosse Vorteile. Mit der geeigneten Ladestation lässt sich das Fahrzeug mit stufenlos regelbarer Leistung laden.
Netzbezug
Das klassische Hoch- und Niedertarif-Preismodell für den Netzbezug bietet bereits eine Möglichkeit Energieintensive Aktionen auf die Nacht zu verlegen. Mit dem Wahltarif “NetzAktiv” von Primeo Energie ist die Preisspanne zwischen geringstem und höchsten Strompreis noch etwas grösser.
Unsere Gebäudeautomation kann anhand der unterschiedlichen Strompreise im Verlauf des Tages gewisse Aktionen auslösen. Beispielsweise wird nur reduziert geheizt, wenn der Strompreis sehr hoch ist, und das Elektrofahrzeug wird in der Nacht erst geladen, wenn der Strompreis minimal ist.
Das Gesamtsystem
Das Energiemanagement der Gebäudeautomation optimiert auf diverse Einflussfaktoren und dient zur Erreichung diverser Ziele:
- Erhöhung der Rentabilität der PV Anlage
- Gesteigerte Nutzung von ökologischem Strom
- Reduktion der Energiekosten aus dem Stromnetz
- Beitrag zur Netzstabilisierung
Die folgende Grafik zeigt den Energieverbrauch des Gebäudes über einen Tag. Es ist ersichtlich, wie die Überschussleistung der PV-Anlage maximal zum Laden des Elektrofahrzeugs genutzt wurde und bei Stunden mit hohen Kosten für den Netzbezug die Leistung der Wärmepumpe reduziert wurde.
Das System ist ausserdem adaptiv und kann in Zukunft an ändernde Rahmenbedingungen, wie neue Preismodelle für Energiebezug und Energieeinspeisung angepasst werden.
Rasenpflege
Die Pflege des Rasens ist eine zeitintensive Aufgabe. Daher wurden die zwei aufwändigsten Arbeiten automatisiert.
Integration des Mähroboters
Der Husqvarna Automower 315X mäht den Rasen weitestgehend eigenständig. Die Integration des Automowers in die Gebäudeautomation bietet ein paar Vorteile:
- Betrieb nur bei Tageslicht (schützt Igel)
- kein Betrieb bei Regen
- geschützt vor Hagel
- kein Betrieb bei geringer Aussentemperatur
- Wartungshinweis bei verschlissenen Messern
Vollautomatische Bewässerung
Wird manuell bewässert, wird in in der Regel zu viel oder zu wenig Wasser benutzt. Dank des eingebauten Feuchtigkeit- und Temperatur-Sensor im Boden, kann die Bewässerung bedarfsgeführt betrieben werden.
Bei starken Regenfällen ist der Boden ausreichend befeuchtet. Nach längerer Trockenheit werden die Sprinkler des Gardena-Bewässerungssystem jeweils morgens vor Sonnenaufgang aktiviert, um die Mindestfeuchtigkeit zu halten.
Als Sicherheitsmassnahme wird während dem Betrieb der Sprinkleranlage der Betrieb des Mähroboters gesperrt.
Unwetterschutz
Schäden an der Beschattung sind ärgerlich und unnötig. Die Gebäudeautomation sorgt dafür, dass Unwetter den Storen nichts anhaben können.
Sturmschutz
Bei starken Sturmböen werden die Storen in Sicherheitsposition gefahren. Erst wenn sich die Windgeschwindigkeit wieder normalisiert hat, wird der Automatikbetrieb der Beschattung fortgesetzt.
Zur Erfassung von Windgeschwindigkeit und weiteren lokalen Wetterdaten wurde eine Loxone Wetterstation auf dem Dach montiert.
Hagelschutz
Auch das System “Hagelschutz — einfach automatisch” der VKF, welches von der Solothurnischen Gebäudeversicherung gefördert wird, ist im Betrieb. Auch bei einer Hagelwarnung fahren die Storen temporär nach oben in ihre Sicherheitsposition.
Zutritt
Die Loxone Intercom sowie der NFC Code Touch ermöglichen eine ästhetische und komfortable Zutrittslösung. So ist Gegensprechanlage, Klingeltaste, Badge-Leser sowie Zahlenfeld integriert.
Wird geklingelt, so erklingt der Gong im Audiosystem und auf dem App erscheint eine Benachrichtigung. Es kann nun über das Mobile Gerät oder das fix installierte iPad mit der Person vor der Tür gesprochen werden. Das Videobild wird ebenfalls übertragen.
Nun kann die Tür entriegelt oder das Garagentor geöffnet werden.
Dies ist auch möglich durch die Eingabe eines entsprechenden Zahlencodes oder durch Authentifizierung mittels Badge.
Verbrauchsmonitoring
Neben den elektrischen Verbräuchen werden auch der Wasserverbrauch und die Wärmeenergie für das Heizen gemessen und statistisch erfasst.
Dafür wurden Zähler von ista eingebaut, welche über die M‑Bus Schnittstelle ausgelesen werden können.
Technologie
Das Herzstück der Gebäudeautomation bildet ein Loxone Miniserver.
Das Gesamtsystem agiert in einem Mischbetrieb von Kabelgebundenen zentralen aber auch dezentralen, sowie funkbasierten Geräten.
Die Kommunikation mit Wechselrichter, Wärmepumpe, Wärme- und Wasser-Zähler, Stellantrieben etc. über folgende Schnittstellen:
- Modbus TCP
- M‑Bus
- MP-Bus
- REST API
- DALI2
- RS485
