Ausgabe 38
Smarte Gebäude: für eine intelligente, nachhaltige Zukunft 4 Die Entwicklung der Datenanbindung in der Gebäudeautomation UK Edition
10 Die wachsende Rolle von Sensoren in modernen Gebäudemanagementsystemen French
German
18 Von AC auf DC: Energie für intelligente Gebäude
Italian
Focus ist das vierteljährliche Magazin von Avnet Abacus. Es bietet ausführliche Trend- und TechnologieBerichte, Produktneuheiten, Neuigkeiten aus der Avnet-Community und Interviews mit Marktführern.
Avnet Abacus ist ein paneuropäischer Distributor, der Kunden von der Entwicklung bis zur Umsetzung unterstützt. Unsere branchenweit führende Linecard umfasst weltweit anerkannte Hersteller und ein umfangreiches Produktangebot aus den Bereichen Verbindungstechnik, passive und elektromechanische Bauelemente, Stromversorgung, Energiespeicher, Funk- und Sensorlösungen.
Technologien unserer Zulieferer Steckverbinder Hirose FH40-Serie
Stromversorgung Bessere, grünere und intelligentere Gebäude mit Molex
Fachartikel Die Entwicklung der Datenanbindung in der Gebäudeautomation
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Von AC auf DC: Energie für intelligente Gebäude
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Herausgeber Anais Dupont Design Chiltern Graphics Druck Image Evolution
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Sensoren
Die wachsende Rolle von Sensoren in modernen Gebäudemanagementsystemen
Für Kommentare oder Fragen zu den in dieser Ausgabe aufgeführten Technologien oder eine Beratung durch einen unserer Spezialisten, wenden Sie sich an avnet-abacus.eu/ask-an-expert
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Präsenz- und Bewegungserkennung mit Murata
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OMRON B3S versiegelte taktile Schalter/D6T-32L MEMS-Thermosensor
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Lösungen von Bourns für intelligente Gebäude
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Willkommen zur neuen Ausgabe des Focus-Magazins! Wir beschäftigen uns diesmal mit den Orten, in denen wir leben, arbeiten und uns aufhalten. Wir gehen der Frage nach, wie sie "smarter" werden und was es dazu braucht. Warum uns das interessiert? Weil laut einer viel zitierten US-Studie aus dem Jahr 2001 viele von uns rund neun Zehntel ihres Lebens in Innenräumen verbringen. Wenn Menschsein heute bedeutet, sich in Innenräumen aufzuhalten, müssen Entwickler und OEMs dafür sorgen, dass die Gebäude, in denen wir so viel Zeit verbringen, gesund, komfortabel und sicher sind. In den letzten Jahrzehnten hat sich der Fortschritt in der Gebäudeintelligenz rasant beschleunigt. Kostengünstige Embedded-Rechner ermöglichen es den Entwicklern, Intelligenz in Gebäuden zu verteilen, um deren Zustand zu erkennen und zu verwalten. In der Vergangenheit konzentrierten sich diese Systeme auf die Verwaltung von Umgebungsdiensten wie Heizung, Lüftung und Klimaanlage. Neuere Gebäudemanagementsysteme umfassen Funktionen, die die Effektivität der Beleuchtung verbessern, die Luftqualität überwachen und die Sicherheit erhöhen. Von Entwicklern wird heute auch erwartet, dass Gebäude intelligent genug sind, um eine aktive Rolle bei der Minderung ihrer Klimaauswirkungen zu übernehmen.
Rudy Van Parijs President, Avnet Abacus
In dieser Ausgabe betrachten wir drei wichtige Voraussetzungen für intelligente Gebäude: Sensorik, Datenanbindung und Energieverteilung. In jedem Fall ist der Wandel angesichts der relativ langen Lebenszyklen in der Bauindustrie eher evolutionär als revolutionär. Aber kluge Entwickler und die OEMs, die die Geräte und Dienstleistungen bereitstellen, werden diese Entwicklung im Auge behalten, um sicherzustellen, dass sie vorhersehen können, was ihre Kunden als Nächstes benötigen. Unser Beitrag über Sensorik in intelligenten Gebäuden befasst sich mit Innovationen bei der Erfassung grundlegender Gebäudeparameter wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wasser- und Luftqualität. Es wird diskutiert, wie diese grundlegenden Messungen auf raffinierte Weise kombiniert werden können, um auf andere Gebäudeparameter wie die Belegung zu schließen. Wir zeigen neue Möglichkeiten auf, wie Sensoren in Gebäuden zum Einsatz kommen können, vor allem für die Gesundheitsüberwachung. Sensoren sind nutzlos, wenn sie ihre Daten nicht dorthin übermitteln können, wo sie analysiert werden können und wo man darauf reagieren kann. Unser zweiter Beitrag konzentriert sich auf die Datenanbindung innerhalb von Gebäuden. Wir stellen fest, dass die Idee, zu einem All-IP-Ansatz überzugehen, zwar attraktiv ist, Entwickler jedoch noch für einige Zeit mit der Koexistenz mehrerer Datenanbindungssysteme zurechtkommen müssen. Unser dritter Beitrag befasst sich mit der Energieversorgung und -verteilung und untersucht den Trend hin zu DC-Versorgungsbussen in Gebäuden. Diese Busse, die mit 24 und 385 VDC betrieben werden, würden Geräte direkt mit Strom versorgen, die ansonsten einen 240VAC-Eingang in den benötigten Gleichstrom umwandeln würden. Diese Umstellung erhöht die Energieeffizienz, jedoch auf Kosten eines erheblichen Umdenkens in Bezug auf Verdrahtung, Sicherheit und Erdung. Da wir so viel Zeit in Innenräumen verbringen, müssen intelligente Gebäude immer intelligenter werden. Wir hoffen, dass diese Focus-Ausgabe den Planern dabei hilft, darüber nachzudenken, wie wir dies erreichen können.
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Die Entwicklung der Datenanbindung in der Gebäudeautomation
„Die traditionellen Steuerungen für Heizung, Lüftung und Klimaanlagen (HLK), die seit Jahrzehnten im Einsatz sind, weichen einer ausgefeilteren Technik, die durch eine Vielzahl von Datenanbindungsoptionen möglich wird und wie das zentrale Nervensystem eines Gebäudes wirkt.“
Gebäude entwickeln sich schnell weiter, da Entwickler versuchen, ihre Rendite zu maximieren, sich die Erwartungen der Nutzer ändern und der Klimaschutz immer dringlicher wird. Gebäudeautomationssysteme werden daher auf den neuesten Stand gebracht, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Die traditionellen Steuerungen für Heizung, Lüftung und Klimaanlagen (HLK), die seit Jahrzehnten im Einsatz sind, weichen einer ausgefeilteren Technik, die durch eine Vielzahl von Datenanbindungsoptionen möglich wird und wie das zentrale Nervensystem eines Gebäudes wirkt. Auch wenn ein sauberer Ansatz bei der Umsetzung dieser Systeme seine Reize hat, minimieren viele Entwickler ihr Risiko, indem sie mehrere Datenanbindungsoptionen und Kommunikationsprotokolle integrieren, um heterogene intelligente Gebäudesysteme aus bewährten Subsystemen zu erstellen.
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Veränderte Erwartungen an Gebäude Warum ein Übergang auf intelligente Gebäude? Die hohen Investitionen bei einem Neubauprojekt bedeuten, dass die entstehenden Flächen während ihrer Betriebslebensdauer so gut wie möglich genutzt werden müssen, um die Rentabilität zu maximieren. Angesichts der sich schnell verändernden Natur von Arbeit, Freizeit, Fertigung, Logistik, Einzelhandel und Pflege müssen Gebäude in der Lage sein, sich an neue Gegebenheiten anzupassen. Das Coworking-Unternehmen WeWork hat es vorgemacht, indem es alte Gebäude in der Innenstadt in flexible Büroräume umwandelt. Nun hat uns die Pandemie gelehrt, dass Messehallen im Extremfall zu Krankenhäusern werden können, Fitnessstudios zu Impfzentren und unsere Wohnungen zu unseren Arbeitsplätzen. Neubauten müssen so konzipiert sein, dass ihr baulicher Raum einfach und kostengünstig angepasst werden kann. Sie müssen auch über eine flexible
Technologie im Detail
Martin Keenan Director of Technical Development, Avnet Abacus
intelligente Gebäudeinfrastruktur verfügen, die schnell umkonfiguriert werden kann, um den erforderlichen Strom, die Beleuchtung, HLK, IT- und Datennetze überall dort bereitzustellen, wo sie benötigt werden, egal wie das Gebäude konfiguriert ist. Gebäude müssen auch dahingehend überdacht werden, dass sie ihren CO2-Fußabdruck minimieren. Ein Teil davon lässt sich durch strengere Bauvorschriften, innovative Materialien und neue Ansätze erreichen: zum Beispiel durch Funkanbindung anstelle strukturierter Verkabelung, um Rohstoffe wie Kupfer einzusparen. Intelligente Gebäudestrategien können auch eine der größten Klimaauswirkungen von Gebäuden mindern: die Art und Weise, wie sie genutzt werden. Die Kombination von Anwesenheitserkennung mit raumweiser HLK- und Beleuchtungssteuerung verhindert zum Beispiel, dass Büroräume beheizt, gekühlt oder beleuchtet werden, wenn sie gar nicht besetzt sind.
Intelligente Gebäude werden auch mit umfassenden Überwachungs- und Sicherheitsmaßnahmen ausgestattet, um sie vor einer Vielzahl von Bedrohungen zu schützen. Diese Maßnahmen können IP-basierte Sicherheitskameras, Präsenzmelder und seit der Pandemie auch Wärmebildkameras an Gebäudeeingängen sein, um Personen mit erhöhter Körpertemperatur zu erkennen. Auch Fußgängerzählsysteme werden eingeführt, die auf Infrarotsensoren basieren. Damit wird festgestellt, wie viele Personen sich gleichzeitig in einem Raum aufhalten. Diese Fortschritte in der technischen Infrastruktur können intelligenten Gebäudemanagementsystemen helfen, die HLK-Einstellungen an die Belegungsdichte anzupassen. Sie können auch die Rohdaten liefern, die benötigt werden, um die Dynamik der Belegung eines Gebäudes zu verstehen – nützlich, um z.B. Verbrauchertrends im Einzelhandel zu verfolgen oder den Personaleinsatz in vielen anderen Bereichen zu optimieren.
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Technologie im Detail
Die Entwicklung der Datenanbindung in der Gebäudeautomation
Die Pandemie hat uns auch gelehrt, dass Gebäude einen wichtigen Einfluss auf unsere Gesundheit haben können. HLK-Systeme werden so aufgerüstet, dass sie die Luftqualität überwachen und verbessern können. Dabei kommen Sensoren zum Einsatz, um Wärme und Feuchtigkeit sowie die Konzentration von Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid zu erfassen. Die Beleuchtung ist ein weiterer wichtiger Aspekt intelligenter Gebäudestrategien. Richtig konzipierte Beleuchtung kann Verbraucher dazu anregen, mehr in Geschäften zu kaufen; Angestellten ermöglichen, sich länger an ihrem Schreibtisch zu konzentrieren; und Menschen helfen, ihre Zeit in Gemeinschaftsräumen zu genießen. Eine Möglichkeit, diese hochfunktionale Beleuchtung bereitzustellen, sind intelligente Beleuchtungssysteme, die ferngesteuert werden, um eine Vielzahl von Effekten zu erzielen und sich schnell an größere Veränderungen wie die Neukonfiguration von Räumen anzupassen. Es gibt mindestens zwei Ansätze, solche intelligenten Beleuchtungsnetze umzusetzen: Der eine versorgt die Leuchten autark mit Strom und verbindet sie dann über ein Bluetooth-Mesh-Netzwerk mit dem Gebäudemanagementsystem; der andere verwendet Power over Ethernet (PoE), um sowohl Energie als auch Steuerdaten für jede Leuchte bereitzustellen. Ein weiteres Beispiel, wie sehr die Wahl der Datenanbindung mit dem Betrieb von Gebäuden gekoppelt ist, zeigt sich darin, dass Entwickler in Erwägung
„Moderne Gebäudemanagementsysteme gehen dazu über, IP als einheitliches Protokoll für die gesamte Kommunikation zu verwenden.“
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ziehen, intelligente Beleuchtungssysteme zu nutzen, um neben der eigentlichen Beleuchtung auch Datenverbindungen herzustellen. Li-Fi, das durch die Modulation der Beleuchtungs-LEDs mit ausreichend hohen Frequenzen ermöglicht wird, um wertvolle Datenmengen zu übertragen, ohne ein wahrnehmbares Flackern zu verursachen, wird von einigen als Alternative zu Wi-Fi angesehen. Einige behaupten auch, dass Li-Fi in einigen Anwendungsfällen sicherer ist als Wi-Fi. Kabelgebundene Datenanbindung Da von intelligenten Gebäuden erwartet wird, dass sie viele verschiedene Funktionen integrieren, kommen oft heterogene Datenanbindungen zum Einsatz, die aus anderen Disziplinen übernommen wurden. Viele traditionelle Gebäudemanagementsysteme verwenden eine hierarchische Datenanbindung, wobei ein primärer Bus übergeordnete Gebäudesteuerungen miteinander verbindet und dann sekundäre Busse Verbindungen zu untergeordneten Steuerungen, Schnittstellen und Benutzerschnittstellen bereitstellen. Die Geräte kommunizieren untereinander über offene Protokolle wie BACnet oder LonTalk, und die physische Anbindung wird auf verschiedene Weise bereitgestellt, einschließlich Glasfaser, Feldbus oder herkömmliche EthernetVerbindungen, serielle RS232- und RS485-Verbindungen oder spezielle Funknetze mit geringem Stromverbrauch und geringer Bandbreite. Moderne Gebäudemanagementsysteme gehen dazu über, IP als einheitliches Protokoll für die gesamte Kommunikation zu verwenden. Die Datenanbindung wird dann auf verschiedene Arten bereitgestellt, darunter Glasfaser für Gebäude-Backbones, traditionelles Ethernet mit Power-over-EthernetOptionen und funkbasierte Netze wie WiFi, Li-Fi, Bluetooth, Zigbee und sogar 5G.
Eine aufkommende Option für die Datenanbindung ist Single Pair Ethernet (SPE), eine abgespeckte Version des traditionellen Ethernets, die ein einzelnes verdrilltes Kabelpaar (Twisted-Pair) für die Datenübertragung verwendet und miniaturisierte Anschlüsse bietet. SPE bietet eine kompakte, schnelle, einfach installierbare und kostengünstigere kabelgebundene Alternative als herkömmliches Ethernet. SPE ist in der Änderung des IEEE-Standards 802.3cg-2019 definiert und spezifiziert eine 10-MBit/s-Übertragung über Entfernungen von bis zu 1000 m (10Base-T1L). Signale nach diesem Standard müssen umgewandelt werden, um eine Verbindung zu 10/100/1000Base-T-Netzwerken herzustellen. Der SPE-Standard wird durch neue SPE-Kabel, -Stecker und -Kanal-Leistungsspezifikationen unterstützt. Der neue SPE-Stecker nach IEC 63171-1 sieht aus wie der LC-Stecker für Glasfaser und wird daher als „KupferLC“ bezeichnet. Es wird auch möglich sein, bis zu 50 W Leistung über SPE bereitzustellen, obwohl der verwendete Ansatz nicht mit der aktuellen Powerover-Ethernet-Infrastruktur kompatibel ist. Darüber hinaus wird daran gearbeitet, wie SPE in strukturierten Verkabelungsinstallationen eingesetzt werden soll, um in Zukunft eine größere Rolle in der intelligenten Gebäudeinfrastruktur spielen zu können. Funkanbindung Viele verschiedene Protokolle werden in Dienste integriert, um die Funkanbindung in intelligenten Gebäuden zu ermöglichen. Die Mesh-NetworkingFähigkeiten von BLE (Bluetooth Low Energy) machen es z.B. einfach, funkbasierte Ad-hoc-Netzwerke zwischen kostengünstigen Sensoren zu erstellen, die in einem intelligenten Gebäude installiert sind. Die BeaconFunktion von Bluetooth kann auch verwendet werden, um Gebäudenutzer mit lokalisierten Datendiensten zu versorgen. Mehrere stromsparende (LP/Low-Power-)
WLAN-Techniken, wie z.B. Zigbee, können ebenfalls verwendet werden, um Smart-Building-Funktionen zu ermöglichen. Wie bei der kabelgebundenen Anbindung wäre es zwar hilfreich, sich an einen einzigen Standard zu halten, aber in der Praxis müssen intelligente Gebäude wahrscheinlich mehrere LPWAN-Standards bieten, um eine Vielzahl von Funktionen wie Sensoren, Beleuchtung und lokale Steuerungen zu unterstützen. Ein wesentlicher Standard für die Funkanbindung in intelligenten Gebäuden ist IEEE 802.11ax, bekannt als Wi-Fi 6. Dieser verwendet die gleichen Frequenzen und die gleiche Kanalstruktur wie frühere Wi-Fi-Standards, jedoch ausgefeiltere Modulationsschemata, um höhere Datenraten über dem gleichen Funkspektrum zu ermöglichen. Wi-Fi 6 verwendet eine MehrwegeTechnik, die als MU-MIMO (Multi-User Multiple Input Multiple Output) bekannt ist, damit jeder Access Point acht gleichzeitige Benutzer bedienen kann – doppelt so viele wie bei Wi-Fi 5. Beamforming-Techniken erweitern dabei die Reichweite jedes Routers. Durch „Target Wake Time“ können Wi-Fi-6-Router den Geräten mitzuteilen, wann sie in den Aktiv- und wann sie in den StandbyBetrieb übergehen sollen, damit sich der Stromverbrauch minimiert. Als Nebeneffekt werden Funkstörungen reduziert, sobald weniger Geräte den Router abfragen. Dies erhöht den Gesamtdurchsatz. Diese Kombination von Funktionen erleichtert es Planern von intelligenten Gebäuden, an stark frequentierten Standorten mit weniger Routern eine Verbindung mit hoher Bandbreite für eine Vielzahl von Nutzern bereitzustellen. Die Funkanbindung wird damit auch zu einer leistungsfähigeren Datenanbindung für semipermanente Infrastrukturen wie z.B. Sicherheitskameras.
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Technologie im Detail
Die Entwicklung der Datenanbindung in der Gebäudeautomation
An der Spitze der funkbasierten Anbindung steht, was die Leistungsfähigkeit und Komplexität angeht, der Mobilfunkstandard 5G. Dieser breit angelegte Standard bietet eine höhere Bandbreite, geringere Latenz und unterstützt mehr Geräte pro versorgter Flächeneinheit als frühere Mobilfunkstandards. Der Standard umfasst auch zwei stromsparende Kommunikationsprotokolle mit niedriger Datenrate, die IoT-Einrichtungen unterstützen. Das Versprechen von 5G ist, dass viele Anforderungen bei der Datenanbindung intelligenter mit Systemen gelöst werden, die nach einem einzigen Dachstandard arbeiten. Die Umsetzung von 5G in Gebäuden erfordert die Installation mehrerer 5G-Signalverstärker oder eines verteilten Antennensystems, das eine Verbindung zu einer zentralen 5G-Basisstation herstellt. Die Nutzer müssen sich auch entscheiden, ob sie ein privates 5G-Netz implementieren oder einfach das Netz eines externen Anbieters ins Haus holen möchten. Aufgrund von Ausbreitungsproblemen, insbesondere bei den Millimeterwellenbändern, die in Ländern wie den USA für 5G lizenziert sind, ist es auch erforderlich, eine ordnungsgemäße Funkplanung durchzuführen, um Störungen zwischen kopositionierten Funknetzen zu minimieren und gleichzeitig den Service für jeden Benutzer zu maximieren.
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Fazit Die Prämisse intelligenter Gebäude ist, dass sich Gebäude mit der richtigen Kommunikations-, Sensor- und Steuerungsinfrastruktur von nützlichen Orten zum Schutz vor Wettereinflüssen zu fortschrittlichen „Maschinen zum Leben“ entwickeln. Diese idealisierte Vision würde über durchgängige Spitzentechnik und ein einziges, heterogenes Datenanbindungs-Backbone ermöglicht. In Wirklichkeit haben sich die intelligenten Gebäude von heute aus den nicht so intelligenten Gebäuden von gestern entwickelt, und ihre Funktion und Datenanbindung wird mit einem Mix aus bestehenden und neuen Techniken umgesetzt. Bei der Planung der Datenanbindung geht es daher viel mehr darum, eine friedliche Koexistenz zwischen mehreren Standards zu gewährleisten, als darum, den richtigen Ansatz für eine saubere Lösung zu wählen.
FPC-Steckverbinder der Serie FH40 von Hirose: 0,5 mm Steckraster, robust, vertikale Montage
Yageo Hirose
Hirose hat sich in der Branche einen Namen für innovative, hochwertige Steckverbinder gemacht. Das Unternehmen hat die Nachfrage nach robusten, vertikal montierten FPC-Steckverbindern erkannt und die Serie FH40 eingeführt. Das Gehäuse verfügt über eine robuste Verriegelung, die über einzigartige Kontakte unterstützt wird. Diese bilden einen zuverlässigen Scharnierpunkt für den Drehbetätiger, anstatt sich auf die Gehäusewände zu verlassen. Dies bedeutet, dass der Betätiger über die gesamte Länge des Steckverbinders vollständig unterstützt wird, was eine hervorragende Leistungsfähigkeit und eine zuverlässige Verbindung garantiert. Der Betätiger wurde innovativ gestaltet, um einen unter Druck stehenden Oberflächenwinkel zu bilden, was ein versehentliches Lösen der Verriegelung durch Vibration verhindert. Der Betätiger hat einen starken, dicken Aufbau, um rauen Umgebungsbedingen standzuhalten und ermöglicht eine hohe FPC-Haltekraft von mindestens 26 N (Newton). Spezielle Vertiefungen auf jeder Steckerseite werden als „Seitenfänger“ bezeichnet. Diese halten einen FPC mit Laschen in Position, was eine vorübergehende Halteeinrichtung für einfaches und genau geführtes Positionieren ermöglicht. Das Einstecken des FPC ist durch den breiten Führungsbereich am Steckverbinder sehr leichtgängig. Es kann ein Standard-FPC mit 0,3 mm Dicke und Laschen verwendet werden, was auch für die bewährte rechtwinklige Version der Serie FH28 gilt und somit die Auswahl flexibel gestaltet.
LEISTUNGSMERKMALE
• Kontaktpositionen: 10, 20, 24, 30, 40, 45, 50, 60, 64, 80 • Höhe: 5,8 mm • Raster: 0,5 mm • Nennstrom: 0,5 A • Nennspannung: 50 V • Robuster Aufbau • Steckzyklen: 20 • Betriebstemperaturbereich: -40 bis +105 °C Weitere Informationen unter avnet-abacus.eu/hirose
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avnet-abacus.eu/te-smart-city-masterclass
Die wachsende Rolle von Sensoren in modernen Gebäudemanagementsystemen
„Sensorik für intelligente Gebäude umfasst sowohl die Messung grundlegender Parameter als auch die Kombination mehrerer Sensorsignale, um andere Parameter wie die Gebäudebelegung bestimmen zu können.“
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Technologie im Detail
Alessandro Mastellari Technical Specialist Wireless & Sensors Avnet Abacus
Gebäude werden immer intelligenter, da die Erwartungen der Nutzer steigen, Bauherren mehr Rentabilität anstreben und neue grundlegende Techniken zur Verfügung stehen. Heizungs-, Lüftungsund Klimaanlagen (HLK), Sicherheits- und Beleuchtungssysteme der Vergangenheit werden aktualisiert und durch neue Dienste ergänzt, die Gebäude komfortabler, effizienter, klimafreundlicher und profitabler machen sollen. Entscheidend für intelligente Gebäude ist die Sensorik, die die Rohdaten liefert, auf denen diese Dienste beruhen. Die relativ geringen Kosten für den Einsatz vieler Sensortypen ermutigen Entwickler auch, sie gezielt einzusetzen, um Analysen zu ermöglichen, die völlig neue Erkenntnisse über die Art und Weise bieten, wie wir Gebäude in Zukunft nutzen werden. Es sind diese neuen Anwendungen, die Gebäude wirklich intelligent machen. Einfache Sensorik Sensorik für intelligente Gebäude umfasst sowohl die Messung grundlegender Parameter wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit als auch die Kombination mehrerer Sensorsignale, um andere Parameter wie die Gebäudebelegung bestimmen zu können.
Mit einfachen Kontaktsensoren lässt sich z.B. anzeigen, ob Türen und Fenster geöffnet oder geschlossen sind. Die daraus resultierenden Daten bilden eine nützliche Grundlage für die allgemeine Gebäudesicherheit. Die geringen Kosten von Kontaktsensoren ermöglichen aber auch einen breiten Einsatz und bringen zusätzliche Sicherheitsvorteile, wenn sie z.B. in Laboratorien verwendet werden, um den Zugang zu gesperrten Lagerabteilen, Vorratsschränken oder Kühlschränken zu überwachen. Temperatursensoren werden seit langem in HLKSystemen zur Messung der Umgebungslufttemperatur eingesetzt und werden nun auch verwendet, um die Betriebstemperatur empfindlicher Geräte, wie z.B. in Rechenzentren vor Ort, zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sie so effizient wie möglich arbeiten. Die kontinuierliche Temperaturüberwachung spielt auch eine wichtige Rolle, um sicherzustellen, dass HLKSysteme keine gefährlichen Bakterien wie Legionellen beherbergen. Techniken zur Temperaturerfassung decken das altmodische Thermoelement, temperaturabhängige Widerstände, Thermistoren mit negativem Wärmekoeffizienten und Halbleiterbauelemente ab.
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Technologie im Detail
Die wachsende Rolle von Sensoren in modernen Gebäudemanagementsystemen
Feuchtigkeitssensoren messen die Wasserdampfmenge in der Luft und sind wichtig, um das Wohlbefinden der Menschen zu gewährleisten, den korrekten Betrieb von Maschinen zu garantieren und die Gesundheit zu schützen, indem das Wachstum von Schimmel und Sporen in Gebäuden verhindert wird. Die Erfassung der Luftfeuchtigkeit kann durch kapazitive, resistive oder thermische Mittel erfolgen. Sensoren zur Bestimmung der Wasserqualität werden verwendet, um Chemikalien, Ionen, Schwebstoffe, organische Elemente und pH-Werte zu erfassen und stellen sicher, dass das Trinkwasser eines Gebäudes für den menschlichen Verzehr geeignet ist, für die Verwendungen in allen Maschinen vor Ort geeignet ist und vor allem in Klimaanlagen verwendet werden kann, ohne gesundheitliche Probleme zu verursachen. Druck- oder Durchflusssensoren können ebenfalls zum Einsatz kommen, um z.B. zu überwachen, ob Filtersiebe verstopfen und gewartet werden müssen.
„Bewegungserkennung wird in intelligenten Gebäuden immer wichtiger, um Sicherheit und Überwachung zu garantieren und sicherzustellen, dass Gebäude keine Energie verschwenden, indem leere Räume beheizt und beleuchtet werden.“
Die Pandemie hat ein zunehmendes Interesse an der Luftqualität geweckt. Gängige Gassensoren können die Sauerstoffkonzentration in der Raumluft, Kohlenmonoxid als Teil von Brandmeldesystemen und den Kohlendioxidgehalt messen, um stickige Luft in isolierten Gebäuden zu vermeiden. Rauchsensoren können den Partikelanteil in der Luft erfassen, was für den Brandschutz unerlässlich ist. Es werden sogar Pollensensoren entwickelt, die Pollen, Schimmel, Staub und andere Partikel wie Silikate und Mikroplastik in Echtzeit erkennen, identifizieren und
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zählen können. Daten von diesen Sensoren lassen sich zusammen mit Temperaturund Feuchtigkeitsmesswerten als Teil von Umgebungsüberwachungssystemen in Gebäude integrieren. Bewegungserkennung Bewegungserkennung wird in intelligenten Gebäuden immer wichtiger, um Sicherheit und Überwachung zu garantieren und sicherzustellen, dass Gebäude keine Energie verschwenden, wenn leere Räume beheizt und beleuchtet werden. Es gibt verschiedene Formen von Bewegungssensoren. Eine der einfachsten basiert auf der Flutung eines Bereichs mit Ultraschallwellen. Der Sensor misst dann, wie diese Wellen in der Umgebung reflektiert werden und wie sie sich durch die Anwesenheit einer Person verändern. Passiv-Infrarot-Sensoren (PIR) erfassen die von Personen ausgehende Wärme, indem sie die unterschiedlichen Mengen an Infrarotstrahlung vergleichen, die an zwei Einlassöffnungen vor dem aktiven Element des Sensors ankommen. Bewegen sich die Personen nicht, ist die Strahlungsmenge, die an den beiden Öffnungen ankommt, gleich. Wenn sie sich bewegen, ist die Infrarotmenge, die an jeder Öffnung ankommt, unterschiedlich, was auf eine Bewegung hindeutet. Diese einfachen Sensoren werden bereits seit Jahren in Einbruchmeldeanlagen, automatischen Türen und berührungslosen Händetrocknern eingesetzt. Heute kommen sie für viel anspruchsvollere Zwecke zum Einsatz. So kann ein einfacher PIR-Melder unter einem Schreibtisch oder Tisch oder über einem Bereich montiert werden, um zu erkennen, ob sich jemand in diesen Raum aufhält. Kleine Sensoröffnungen und schmale Linsen helfen den Sensoren, Fehlalarme zu vermeiden, z.B. von Personen, die an einem Schreibtisch vorbeigehen. Die Sensoren sind in einem kleinen batteriebetriebenen Gehäuse untergebracht und mit einer stromsparenden Funkverbindung zu einem Gateway ausgestattet, das mit dem Gebäudemanagementsystem verbunden ist.
Es ist auch möglich, per Infrarot zu überprüfen, wie weit Personen von einem Sensor entfernt sind. Dabei wird gemessen, wie lange es dauert, bis ein Infrarotimpuls von einer Person reflektiert wird und zum Sensor zurückkehrt. Ein Infrarotsensor-Array kann noch einen Schritt weiter gehen und auch die Bewegungsrichtung von Personen erfassen. Andere Sensortypen Bauherren intelligenter Gebäude installieren auch Smart Meter (intelligente Stromzähler), um den Stromverbrauch zu überwachen. Es scheint ein grober Ansatz zu sein, aber der richtige Einsatz solcher Stromzähler (an einzelnen Maschinen, Stromkreisen oder in bestimmten Zonen) kann Daten für das Management der Energieeffizienz in einem Gebäude liefern und dabei helfen, den Betrieb kritischer Geräte zu überwachen. Sobald solche Sensoren installiert sind, ist es möglich, ein Profil des normalen Stromverbrauchs jede Maschine, jeden Stromkreis oder jede Zone zu erstellen. Anomalien lassen sich so automatisch erkennen, untersuchen und beheben. Einige Bauträger für betreutes Wohnen führen sogar Pilotprojekte durch, die den
Stromverbrauch in ihren Einrichtungen verfolgen, damit besorgte Angehörige im Auge behalten können, ob Bewohner ihre täglichen Routinen (z.B. morgens einen Wasserkocher benutzen, mittags einen Toaster etc.) beibehalten, um ihr Wohlergehen zu überwachen.
Technologie im Detail
Intelligente Gebäude können andere Arten von Sensoren nutzen, u.a. optische Sensoren zur Überwachung der Beleuchtung sowie Füllstandsensoren, die prüfen, wie viel Flüssigkeit sich in Behältern befindet, um ein Überlaufen zu erkennen. In Parkhäusern können spezielle Gassensoren eingesetzt werden, um zu prüfen, ob sich Abgase ansammeln oder Kraftstoff/Öl in Kellern ausläuft. Und in sehr hohen Gebäuden werden zunehmend Beschleunigungsmesser als Teil aktiver Schwingungsdämpfungssysteme eingesetzt, um den Auswirkungen starker Winde und kleinerer Erdbeben entgegenzuwirken.
„Bauherren intelligenter Gebäude installieren auch Smart Meter, um den Stromverbrauch zu überwachen.“
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Die wachsende Rolle von Sensoren in modernen Gebäudemanagementsystemen
Sensordaten sinnvoll nutzen Jeder dieser Sensoren ist relativ einfach, aber die von ihnen erzeugten Daten können sehr aussagekräftig sein, wenn sie zur Analyse im Rahmen eines Gebäudemanagementsystems zusammengefasst werden. Diese Art der Datenerfassung hat auch Auswirkungen auf den Datenschutz. Ein Vorteil von Sensoren zur Anwesenheitsüberwachung wäre z.B. die effiziente Zuweisung von Räumen in einer Hot-Desk-Umgebung. Allerdings könnte die Technik auch von übereifrigen Arbeitgebern missbraucht werden, um die Anwesenheit von Mitarbeitern zu kontrollieren. In ähnlicher Weise können Time-of-Flight-/ToFSensoren verwendet werden, um den Personenfluss durch ein Gebäude zu überwachen, was für die Sicherheit nützlich ist, aber missbräuchlich wäre, um das Einkaufsverhalten von
Verbrauchern in einem Supermarkt zu verfolgen. Bei der Planung der Dienste, die aus dem Einsatz von Sensoren in intelligenten Gebäuden abgeleitet werden, sind Vorschriften wie die europäische Datenschutzgrundverordnung zu berücksichtigen. Es wird immer wichtiger, dass die Gebäude, in denen wir leben und arbeiten unsere Gesundheit und Umwelt schützen, indem sie maximalen Komfort bei minimalem Einfluss auf unsere Umwelt bieten. Um eine solche Optimierung mehrerer Faktoren zu ermöglichen, stehen zahlreiche Sensoren zur Verfügung, die die notwendigen Rohdaten liefern. Diese großen Sensor-Installationen ermöglichen auch neuartige Analysen, die bei verantwortungsvollem Einsatz intelligente Gebäude noch intelligenter machen.
„Es wird immer wichtiger, dass die Gebäude, in denen wir leben und arbeiten unsere Gesundheit und Umwelt schützen, indem sie maximalen Komfort bei minimalem Einfluss auf unsere Umwelt bieten.“
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Anwesenheits- und Bewegungserkennung mit Lösungen von Murata
Vernetzte Technik verändert unser Leben. IoT-Lösungen ermöglichen es uns, Gebäude-, Technologie- und Energiesysteme zu verbinden und zu automatisieren und damit die Art und Weise zu verändern, wie unsere Einrichtungen verwaltet werden. Muratas PIR-Sensor und Ultraschallsensor unterstützen Präsenz- und Bewegungserkennungssysteme, die eine produktivere und effizientere Lebensweise ermöglichen. PIR-SENSOR DER SERIE IRA LEISTUNGSMERKMALE • Hohe Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit • Ausgezeichnetes Signal-Rausch-Verhältnis • Hohe Stabilität gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur • Hervorragende EMV
Murata ANWENDUNGEN • Sicherheit zuhause • Anwesenheitserkennung zuhause (Smart Home) • Wakeup-Funktion für das Bedienfeld • Stromsparende, smarte Beleuchtung
PIR-Sensoren
ULTRASCHALLSENSOR LEISTUNGSMERKMALE • Ultraschallsender und -empfänger erkennt Objekte und misst die Entfernung • Hohe Empfindlichkeit und SPL-SMD-Version erhältlich
Ultraschallsensoren
Weitere Informationen unter
avnet-abacus.eu/murata
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Versiegelte taktile Schalter B3S von OMRON
OMRON
Der OMRON B3S ist ein taktiler SMD-Schalter mit versiegeltem Aufbau, der eine hohe Zuverlässigkeit bietet. Der Taster gibt dem Nutzer ein positives taktiles Feedback und trägt zu einem hochwertigen Gefühl der Benutzeroberfläche bei. Mit einer SMD-Klemme ist er für die kompakte Montage geeignet. Er ist auch mit einer Erdungsklemme zum Schutz vor statischer Elektrizität und in Gurtverpackungen für die automatische Montage erhältlich. Der versilberte Schalter ist gemäß IP67 (IEC 60529) abgedichtet und bietet eine hohe Kontaktzuverlässigkeit in Umgebungen, die Staub oder Wasser ausgesetzt sind.
Taktiler versiegelter Schalter/Taster B3S
LEISTUNGSMERKMALE • Hohe Präzision, hohe Kontaktsicherheit • SMD für Fertigungsautomation • Längere Lebensdauer der Kontakte • Staubdicht versiegelter Aufbau
Contactless measurement creating energy-efficient and comfortab
Der B3S hält Temperaturen von -25 bis +70 °C ohne Vereisung oder Kondensation stand. Er eignet sich für Anwendungen wie Smart Meter, Lüftungs- und Temperaturregelung, Aufzüge und Fahrstühle sowie für die Automatisierungstechnik.
onfirm equipment functions and safety before using the product. described in the manual or applying the product to nuclear control systems, railroad chines, safety equipment, and other systems or equipment that may have a serious ance characteristics of the product provide a margin of safety for the system or
MEMS-Thermosensor D6T-32L von OMRON
ope ://components.omron.eu/ na s://www.ecb.omron.com.cn/ pan s://www.omron.co.jp/ecb/
Der OMRON D6T-32L ist einCat. MEMS-Wärmesensor, der No. A274-E1-01 eine zuverlässige Erkennung0318-0.5M(0318)(O) der Anwesenheit und des Standorts von Personen in einem Bereich ermöglicht. Der Sensor kann selbst die geringste Strahlungsenergie von Objekten erfassen und stehende als auch sich bewegende Personen und Objekte erkennen. Mit einem Sichtfeld von 90° mal 90° kann der D6T-32L von einem einzigen Punkt aus einen großen Bereich erfassen. D6T-MEMS-Wrmesensoren sind ein wesentlicher Bestandteil einer effektiven Infektionskontrolle in Gebäuden, Räumen und von Menschenmengen. Indem sie die Messung der Körpertemperatur und die Menschenmenge überwachen, reduzieren sie die Notwendigkeit, Oberflächen zu berühren. Darüber hinaus bieten sie außergewöhnliche Steuerungs- und Sensortechnik für Beleuchtungssysteme in der Gebäudeautomation.
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Wärmesensor D6T-32L
Weitere Informationen und Download eines Whitepapers unter avnet-abacus.eu/OMRON
Lösungen für intelligente Gebäude
BPS120
Bourns CDSOT23-T24CAN BPS130
SENSOREN • Drucksensoren: BPS120, BPS130 • Temperatur- und Feuchtigkeitssensor: BPS240
DATENANBINDUNG • RS-485: TBU-RS • Ethernet: SM453229-231N7Y (chipLAN) • CAN-Bus: CDSOT23-T24CAN (TVS-Array), SRF4530A (Gleichtaktdrossel) DC-NETZTEILE • SRP-Leistungsinduktivitäten • Trenntransformatoren: Serie HCT (für hohe Isolation)
HCT series
ble living spaces
BPS240
TBU-RS085-300-WH
SRF4530A series
Weitere Informationen unter avnet-abacus.eu/bourns
GEMEINSAM MEHR ERREICHEN Auf 100 Jahre – und noch mehr!
centennialcentral.com
Von AC auf DC: Energie für intelligente Gebäude
Es besteht großes Interesse daran, wie Elektronik- und Elektrogeräte in Gebäuden der Zukunft mit Strom versorgt werden. Dabei geht es nicht nur um Energieeinsparung, sondern auch darum, wie sich neue Energiequellen wie Solar-, Windkraftanlagen und Batterien mit ihren DC-Ausgängen integrieren lassen. Die meiste Elektronik benötigt DC auf Board-Ebene, und selbst motorbetriebene Wechselstromgeräte wie Waschmaschinen und Trockner weichen intelligenten, Wechselrichter-gesteuerten Versionen, die intern über einen High-Voltage-DC-Bus betrieben werden. Parallel dazu werden Gebäude immer intelligenter – mit mehr Komfort, Produktivität und geringerem Energieverbrauch. Das erfordert noch mehr DC-betriebene Elektronik, die über Sensoren, Aktoren und Steuerungen weit verbreitet und über das IoT miteinander vernetzt ist. All dies wirft die Frage auf: „Warum sollten Gebäude nicht mit DC/Gleichstrom versorgt werden anstatt mit AC/ Wechselstrom?“ AC contra DC – „Der Krieg der Ströme“ Blicken wir ein wenig zurück und schauen uns an, warum historisch gesehen Wechselstrom (AC) verwendet wird. Ursprünglich wurde in den USA Gleichstrom (DC) bevorzugt, wie von Edison verfochten. Aber im „Krieg der Ströme“ überwogen Teslas Wechselstromgeneratoren mit ihrer Fähigkeit, Spannungen durch Transformatoren einfach nach oben und unten zu wandeln, die Vorteile von
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Gleichstrom: keine Übertragungsverluste durch dielektrische und Skin-/Stromverdrängungs-Effekte. Da Wechselstrom auf bis zu Hunderte von kV mit folglich niedrigem Strom transformiert werden konnte, wurden Verluste ohnehin weniger zum Problem. So setzte sich AC durch und dominierte in den letzten 150 Jahren mit einer riesigen Infrastruktur, die darum herum aufgebaut wurde. Stromnetze der Zukunft werden lokalisiert sein Die Nutzung der bestehenden Infrastruktur wird weniger wichtig, da in Zukunft Nano-, Mikro- und MiniVersorgungsnetze mit lokalen erneuerbaren Energiequellen in Betracht gezogen werden – z.B. Solaranlagen mit DC-Ausgang, gekoppelt mit einem Speicher für kontinuierliche Versorgung. Dies kann eine wandmontierte Lithium-Ionen-Batterie oder sogar das eigene Elektrofahrzeug mit einem bidirektionalen Ladegerät sein (Bild 1). Der Vorteil der Anordnung besteht in einer geringeren Abhängigkeit vom Energieversorgungsnetz, geringeren Stromrechnungen, einer möglichen Einspeisung überschüssiger Energie in das Netz und einer geringeren Umweltbelastung. In einem mit DC betriebenen Haushalt reichen die benötigten Spannungen von weniger als 0,6 VDC für die CPU im PC bis vielleicht 385 VDC, um einen Wechselrichter für den Geschirrspüler-Motor zu betreiben und eine gewisse Rückwärtskompatibilität zu ACbetriebenen Geräten beizubehalten.
Technologie im Detail
Philip Lechner Technicial Specialist Power Avnet Abacus
Wind turbine Windkraftanlage
Solar panel Solarpanel AC-DCAC-DC Wandler Converter
DC
DC-DC DC-DCconverter Wandler
MPPTMPPT Controller controller
385VDC
Low power Geringe Last loads
Utility Versorgungslast loads
Bidirektionaler Bidirectional Wechselrichter inverter
Stromzähler Meter
24VDC
Charge/ Lade-/ discharge Entladeregler
Biderectional Bidirektionaler DC-DC DC-DCconverter Wandler
Electric 400VDC Elektrofahrzeug vehicle typ
controller
Energy
Energiespeicher storage
3-Wire (unearthed) L+
2-Wire (unearthed) L+
+
Bild 1: Das mit Gleichstrom versorgte Haus
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Von AC auf DC: Energie für intelligente Gebäude Technologie im Detail
Eine Standard-Busspannung oder vielleicht zwei Spannungen im Tandem müssen gewählt werden. Ebenfalls erforderlich sind DC/DC-Wandler an den vielen Verbrauchern und an Quellen wie Solarmodulen und Windkraftanlagen mit ihrer variablen Ausgangsspannung oder der EV-Batterie, die 800 VDC betragen kann. Ironischerweise arbeiten DC/DC-Wandler, indem sie Wechselstrom erzeugen, der einen Transformator speist, um die Spannung zu ändern und eine Isolierung zu gewährleisten. Berechnungen haben jedoch gezeigt, dass der Gesamtwirkungsgrad mit DCbetriebenen Geräten zwischen 5 und 20% besser sein kann [1]. Die für den Aufbau von DC-Bussen in Betracht gezogenen Spannungen betragen 385 VDC wie in Rechenzentren und 24 VDC. Ersterer, weil dies der Spitzenwert des gleichgerichteten und leistungsfaktorkorrigierten Wechselstroms mit hoher Toleranz ist, der in „universellen“ Produkten mit AC-Eingang vorhanden ist. In vielen Fällen deaktivieren 385 VDC am AC-Eingang die Leistungsfaktorkorrektur-/ PFC-Stufe und werden direkt durchgelassen, so dass die Geräte normal funktionieren. Produkte, die mit 385 VDC betrieben werden, benötigen in etwa den gleichen Strom wie bei 240 VAC. Obwohl die vorhandene Verkabelung ausreichend dimensioniert ist, kann sie nicht verwendet werden, da sie für Wechselstrom farbcodiert ist. Die Standards für Gleichstrom (falls vorhanden) schreiben unterschiedliche Farben vor, um Verwechslungen zu vermeiden. Ältere Geräte mit AC-Eingang ohne Leistungsfaktorkorrektur (wie Beleuchtungsnetzteile <25 W und andere Geräte <75 W) arbeiten mit 385 VDC am oberen Ende ihrer Nenneingangsleistung meist zufriedenstellend – aber im DCHaushalt werden neue Low-Power-Produkte wahrscheinlich aus Bequemlichkeitsgründen für den Betrieb an einem Bus mit niedrigerer Spannung ausgelegt. Geräte mit DC-Eingang erfordern eine spezielles Sicherungs- und Schaltdesign Die Sicherung für Geräte mit DC-Eingang ist ein wichtiger Aspekt. Bei einer Überlastung einer Wechselstromleitung öffnet sich eine Sicherung und der kurzzeitige Lichtbogen erlischt dabei schnell, da Wechselstrom bei
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einer 50-Hz-Versorgung alle 10 ms Null Volt durchquert. In einer Gleichstromleitung kann der Lichtbogen je nach Trennung und Sicherungstyp viel länger andauern und sogar selbsterhaltend sein. Um dies und die daraus resultierende Belastung der Geräte und Sicherheitsbedenken zu vermeiden, sind DC- und AC-Sicherungen unterschiedlich aufgebaut. Im Extremfall werden Leistungsschalter verwendet, die manchmal magnetische oder Druckluftablenkung des Lichtbogens verwenden, um ihn schneller zu löschen. Halbleiterbasierte Schutzschalter sind ebenfalls eine Option und werden immer preiswerter. Auch beim Stecken oder Trennen von DC-Leistungssteckverbindern im Normalbetrieb entsteht ein längerer Lichtbogen, wodurch ein Verbrennen oder sogar Verschweißen der geschlossenen Kontakte droht. Die gleiche Situation tritt bei Schaltkontakten auf. Die Lösung, die bei Ladesteckern für Elektrofahrzeuge mittlerweile Standard ist, besteht darin, einen zusätzlichen Steueranschluss einzubauen. Dieser bildet eine Verriegelung, die sicherstellt, dass hohe Ströme beim Stecken oder Trennen deaktiviert sind. Werden bestehende Produkte als AC- oder DC-kompatibel vermarktet, ist die beste Lösung, separate Eingangsanschlüsse zu verwenden. Bei einer direkten DC-Verbindung zu den Geräten befindet sich häufig ein Energiespeicherelement in der internen DC-Leitung, z.B. ein Bulk-/SpeicherKondensator, der viele Joule Energie speichern kann. Bei Produkten mit ACEingang wird dieser Kondensator durch den Netzgleichrichter vom Eingang getrennt. Sicherheitsstandards können leicht eingehalten werden, um die Restspannung an den AC-Klemmen innerhalb einer Sekunde auf einen sicheren Wert zu reduzieren (Bild 2). Bei einem DC-Eingang und ohne Gleichrichter kann die Eingangsverbindung volle 385 VDC betragen und es dauert Minuten oder länger, um sich intern zu entladen, was ein Sicherheitsrisiko darstellt, zumal der Geräteanschluss wahrscheinlich freiliegende Steckkontakte aufweist. Eine intern in Reihe geschaltete Diode ist eine Lösung, die auch gegen Verpolung schützt, aber den Wirkungsgrad verringert.
unearthed) L+
X
Energy flow Energiefluss
Technologie im Detail
M
AC-Versorgung AC Source
+
L-
Last Load
positive earth
+ -
E
M Bild 2: Gleichrichter an Geräten mit AC-Eingang isolieren Energiespeicherkomponenten
EinL-MOSFET kann jedoch verlustarm als Isolator eingesetzt werden. 24 VDC ist eine weitere Option für einen Stromversorgungsbus in einem Gebäude, was L+ im Bereich Steuerelektronik und Sensorik in der Industrie eine gewisse Tradition hat. Dieser ist jedoch nur für niedrige Leistungen geeignet, da die Ströme bei gleicher Leistung über M 15-mal höher sind als bei 385 VDCSystemen. Ein Vorteil ist jedoch, dass 24 V als E „Extra Low Voltage“ (ELV) bezeichnet wird, die von Natur aus ein geringes Risiko für einen Stromschlag darstellt. Die Verkabelung kann dann von nicht zertifizierten Elektrikern Lvorgenommen werden sowie schnell und kostengünstig erfolgen. Abhängig von der Stromquelle können 24 VDC jedoch immer noch gefährlich hohe Ströme liefern, die zu Überhitzung, Verletzungen und Bränden führen. Daher werden Standards für die Installation und Schutzmethoden festgelegt [2]. 24 VDC ist nützlich für LED-Beleuchtung, IoT-Knoten, Sensoren, Steuerungen und andere stromsparende Elektronik mit internen DC/DC-Wandlern. Es wäre zwar möglich, eine Spannung wie USB 5 V zum Laden tragbarer Geräte zentral aus 385 oder 24 VDC zu erzeugen und über ein Gebäude zu verteilen – dies ist jedoch nicht praktikabel, da die Spannung an der Last ziemlich genau sein muss und Spannungsschwankungen, Spitzen und Überspannungen auf einem 5V-Bus inakzeptabel wären. Geräte benötigen auch oft eine individuelle intelligente Steuerung der Spannungs- und Stromquellen wie beim USB-C-Standard. Daher werden wir in der Praxis immer noch einzelne USB-Ladegeräte sehen, die aber eher über 24 VDC als vom Wechselstromnetz gespeist werden. Dadurch
mid-point earth
+ -
+ -
BulkBulk storage Kondensator
werden sie kostengünstiger und kleiner, ohne dass man sich Gedanken über Sicherheitsabstände machen muss. Auch der Einbau in Wandsteckdosen wird damit einfacher. Wahl des Erdungs-/Schutzschemas DC-Busse in Gebäuden benötigen wie AC-Systeme aus Sicherheits- und Funktionsgründen einen definierten Bezug zur Erde. Nicht geerdete Anordnungen könnten schädliche Spannungen erreichen (Floating) und unbestimmte elektromagnetische Störpegel von den dann angeschlossenen DC/DC-Schaltwandlern erzeugen. Einige Geräte verfügen möglicherweise bereits über eine interne Verbindung mit der Erde, wie z.B. Solarmodule mit geerdeten Ausgängen. Daher ist es wahrscheinlich, dass in einem elektrischen System in einem Gebäude eine feste Verbindung zu einer zentralen Erdung definiert wird, ähnlich dem AC-Neutralleiter, der an einem zentralen Punkt mit der Erde verbunden ist. In IT-DC-Systemen ist der Pluspol eines 48 V-Busses geerdet, was -48 V als dezentrale Leistung erzeugt. Dies soll die galvanische Korrosion von Erdungsverbindungen in feuchten Umgebungen verhindern – aber in kontrollierten industriellen und häuslichen Umgebungen ist dies weniger wahrscheinlich. Ein positiver Bus mit geerdetem Minuspol ist eher die bevorzugte Lösung, obwohl es auch andere Optionen gibt (Bild 3). Nicht isolierte DC/DC-Wandler an einem positiven Bus werden ebenfalls bevorzugt, da sie einfache Buck-/Abwärtswandler sein können, anstatt weniger übliche Buck-Boost-Wandler, die mit einem negativen Eingang einen positiven Ausgang erzeugen.
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controller Wind turbine controller 3-Wire3-Wire (unearthed) (unearthed)
Wind turbine
385VDC 385VDC 2-Wire2-Wire (unearthed) (unearthed) Utility Utility loads loads L+ L+
Von AC auf Meter DC: Energie Bidirectional Bidirectional Meter inverter inverter Solar panel für intelligente Gebäude Solar panel
Technologie im Detail
AC-DC Converter AC-DC Converter
DC DC
DC-DC converter DC-DC converter
24VDC
Energy Energy storage storage Low power loads Low power loads
+ -
Charge/ Charge/ discharge discharge controller controller
Biderectional + Biderectional DC-DC DC-DC - converter converter L-
L-
+ -
L+
+ -
Meter Meter
+ +
+ -
Referenzen:
XX
DC-DC converter
controller Charge/ discharge - controller
Energy storage Energy storage
L- L-
M M
M
+ -
M
+ +
+ L-
[2] https://www.theiet.org/media/2734/practical-considerations-for-dc-installations.pdf
+ + -
L+
LL-
2-Leiter Mittelpunkterde 2-Wire mid-point earth earth 2-Wire mid-point
L+ 3-Wire (unearthed) 3-Leiter (nicht geerdet)
2-Wire 2-Leiter negative Erde 2-Wire negative earth negative earth
L+
+ + -
L+ L+
+ + - -
M M
+ + -
AC Source M M
2-Leiter positive Erde 2-Wire positive earth 2-Wire positive earth
X X
2-Wire positive earth
2-Wire negative earth L+
2-Wire positive earth E
L+
E
2-Wire mid-point earth 2-Wire mid-point earth
Bild 3: Erdungsoptionen bei DC-Versorgung. Quelle: G Kenyon Technology L+ L+ + + -
M M M E
+ + -
E
M
L-
2-Wire mid-point earth
3-Wire mid-point earth
2-Wire mid-point earth L+
3-Wire mid-point earthL+
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+ + + + -
M M E E
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M E M E
LL-
+ + - L- L-
L- L-
Load Load
3-Leiter Mittelpunkterde 3-Wire3-Wire mid-point earth earth mid-point
L+
L+
L+
Bulk storage Bulk storage
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Load Load
3-Wire mid-point earth 3-Wire mid-point earth Bulk storage Ltd, The Institution ofL+Engineering L+ Bulk storage
E E
L-
+ + -
+ + - -
Energy flow M M
LL-+ +
L2-Wire negative earth
E E Energy flow
+ + - -
AC Source E E
L-
L-
++
L- L-
3-Wire (unearthed) 2-Leiter (nicht geerdet) 2-Wire (unearthed)
AC
E E [1] https://www.ase.org/blog/direct-current-power-systems-can-save-energy-so-building-developers-are-getting-new-incentive Source ACAC Source - -
2-Wire (unearthed)L+
M
DC-versorgte Gebäude24VDC haben also ihre Herausforderungen mit noch nicht ausgereiften Standards und komplexer Amortisierung. Dies hängt stark von den Kosten und der L- LVerfügbarkeit DC-betriebener Geräte ab, insbesondere in der Übergangszeit, wenn die 385VDC Utility 3-Wire (unearthed) 3-Wire (unearthed) Bidirectional 2-Wire negative earth earth (AC 2-Wire positive earth earth 2-Wire negative Stückzahlen gering sind und ein loads Aufschlag für Geräte mit zwei Eingängen &2-Wire DC)positive 385VDC inverter Utility L+ L+ 2-Wire (unearthed) 2-Wire (unearthed) loads Bidirectional L+ verlangt wird. Da wir uns jedoch auf eine CO2-/emissionsarme Wirtschaft hin bewegen E E L+ Electric 400VDC inverter vehicle typ ist es L+ L+ Biderectional und die Energieeffizienz maximiert werden muss, wahrscheinlicher, dass Edisons Electric + + 400VDC DC-DC + vehicle + Energy flow Energy flow Charge/ typ converter - Biderectional Träumedischarge doch wahr werden. M M MPPT controller MPPT controller
Electric Electric vehicle vehicle
400VDC 400VDC typtyp M
+ -
L+
E
+ -
+ L-
and Technology
+ -
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M E
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Bessere, grünere, intelligente Gebäude Der technologische und digitale Wandel findet in einem exponentiellen Tempo statt, was zu neuen Möglichkeiten hinsichtlich besserer Qualität, Nachhaltigkeit und Effizienz unseres Lebens führt. Diese Chancen im Markt für vernetzte Gebäude zu nutzen, ist der Kern der intelligenten Gebäudetechnik.
WAS SIND INTELLIGENTE GEBÄUDE? Intelligente Gebäude nutzen automatisierte Prozesse, um ihren Betrieb zu steuern, darunter Heizung, Lüftung, Klimaanlage, Beleuchtung und Sicherheitssysteme. Das Konzept intelligenter Gebäude (Smart Buildings) existiert seit vielen Jahren – die für die praktische Umsetzung erforderliche Technologie ist jetzt verfügbar.
NAHTLOSE ANBINDUNG IST GEFORDERT Intelligente Gebäude erfordern erheblich mehr interne Systeme, die mehrere Leiterplatten (PCBs) und flexible Baugruppen für Sensoren, Kameras und aktive Modul-PCBs verwenden. Die Baugruppen erfordern Steckverbinder mit verbesserter Signalintegrität (SI) für schnelle und robuste Datenübertragung auf engstem Raum. Die nächste Welle von Funktionen, die durch Neuerungen im industriellen Internet der Dinge (IIoT) vorangetrieben wird, erfordert eine höhere Dichte interner PCBs und flexibler Baugruppen. Dies führt zu mehr Modularität, wobei komplexe Schaltungen zusätzliche Halbleiter, Speicher, Kondensatoren und Widerstände auf mehreren Platinen erfordern, was die Nachfrage nach Steckverbindern mit geringer Bauhöhe erhöht.
MEHR FUNKTIONEN BRAUCHEN MEHR STROM Geräte mit vielen Funktionen benötigen mehr Strom auf gleichem Raum, was den Bedarf an Anschlüssen für niedrige bis mittlere Leistung erhöht. Immer mehr Anwendungen decken Low-Voltage-Motoren, Beleuchtung und Netzteile ab, die Low-Power-Anschlüsse benötigen. Die Forderung nach Platzeinsparungen bei erhöhter interner Dichte wird dazu führen, dass sich die Art und Weise der Stromversorgung vom Kabel auf die Platine (Wire-to-Board) oder Flex-to-Board verändert.
ECHTZEIT-INFORMATIONEN ERFORDERN SCHNELLERE VERBINDUNGEN Sensoren und Kameras verarbeiten und interpretieren mehr Informationen bei höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Dies erfordert Steckverbinder mit überlegener SI-Leistungsfähigkeit. Displays mit höherer Auflösung erfordern ebenfalls eine höhere EMI- und SI-Leistungsfähigkeit. Antennenbänder haben sich weiterentwickelt, um mehr Informationen bei höheren Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu übertragen und erfordern dafür mehr aktive und passive Bauelemente.
WIE KÖNNEN INTELLIGENTE GEBÄUDE DAZU BEITRAGEN, KOSTEN ZU SENKEN? • Reaktive HLK- und Beleuchtungssysteme in proaktive Systeme umwandeln, die erhebliche Energieeinsparungen ermöglichen • Längere Lebensdauer von Geräten und Systemen durch intelligente Überwachung und vorausschauende Wartung • Vereinheitlichte Netzwerk- und Funksysteme für schnellere Installationen bei geringeren Kosten • Web- und Mobile-Monitoring, um Reise- und Betriebskosten zu reduzieren • Embedded Computing integrieren, um die Kommunikation mit dem Controller zu ermöglichen, die Entscheidungsfindung zu dezentralisieren und Reaktionen in Echtzeit zu ermöglichen • Dateneinblicke für weitere Optimierung • Umweltauswirkungen von Gebäuden minimieren
PLATZBESCHRÄNKUNGEN ERFORDERN FLEXIBILITÄT BEI DER BAUHÖHE Das Platzangebot von Gebäudeautomationsanwendungen wird immer beengter. Zunehmende Modularität schränkt den Platz für Steckverbinder und andere Bauelemente ein, so dass mehr Profil- und Ausrichtungsoptionen für Mikrosteckverbinder erforderlich sind. Entwickler und Gebäudemanager erhalten damit die nötige Flexibilität, die Herausforderungen hinsichtlich Platzbedarf, Standort und Steckverbinder-Eingangspunkten gerecht zu werden.
DER MOLEX-VORTEIL Molex bietet eine breite Palette innovativer Produkte und Dienstleistungen, die auf jahrzehntelanger Erfahrung in der Entwicklung von Kabeln, Sensoren und Steckverbindern für intelligente Gebäudeanwendungen basieren. Unsere Produkte und Lösungen werden auch durch eine umfassende Systemleistungsgarantie unterstützt, sodass Sie sich darauf verlassen können, dass Ihre Anforderungen langfristig unterstützt werden.
Weitere Informationen unter avnet-abacus.eu/molex
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Avnet Abacus’ PowerMasterclass-Reihe Sechs der klügsten Köpfe und größten Akteure im Bereich Leistungselektronik diskutieren über neueste Möglichkeiten bei der Entwicklung von Stromversorgungen Alle Sessions unter avnet-abacus.eu/power-masterclasses
Molex ernennt Paul Jones von Avnet Abacus zum „Most Valued Performer“
Nachrichten
Paul Jones, Supplier Development Manager, Avnet Abacus
Paul Jones, Supplier Development Manager bei Avnet Abacus, wurde für seinen Beitrag zur Förderung des Geschäftserfolgs von Molex in ganz Europa im Jahr 2020 als „Most Valued Performer“ auszeichnet. Die Auszeichnung wird jährlich an Personen verliehen, die im Laufe des Jahres herausragende Leistungen in Bezug auf die Förderung des Geschäftswachstums erbracht haben.
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„Wir freuen uns sehr, Paul Jones für seinen Beitrag im Jahr 2020 auszuzeichnen“, so Paul Keenan, Sales Director Distribution Europe bei Molex. „Seine Zusammenarbeit mit unseren Vertriebsteams hat dazu beigetragen, die Beziehung zwischen Avnet Abacus und Molex auf lokaler und regionaler Ebene zu stärken. Er konzentriert sich darauf, das Neugeschäft auszubauen und leistet hervorragende Arbeit, indem er das Vertriebsteam von Avnet Abacus dazu bringt, alle Möglichkeiten zu nutzen. Nochmals herzlichen Glückwunsch an Paul Jones vom Molex-Team.“ 25
Engineers’ Insight: der Blog von Avnet Abacus
Design-Herausforderungen lösen Der technische Blog von Avnet Abacus „Engineers‘ Insight“, hilft Ihnen, Herausforderungen in den verschiedenen Märkten und Technologien, die wir bedienen, zu meistern. Von Elektronikwissen wie dem äquivalenten Serienwiderstand in Elektrolytkondensatoren über optimale Designansätze für neue Funktechniken bis hin zu detaillierten Entwicklungsleitfäden für Stromversorgungslösungen ist dies ein Blog, der von Entwicklern für Entwicklern gestaltet wird.
Hier geht's zum Blog
avnet-abacus.eu/engineers-insight
