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Life Cycle Tower ONE, vernetztes Licht, Internet der Dinge

Ein lichtbasiertes Internet der Dinge (IoT) eröffnet ganz neue Dienstleistungen und Geschäftsmöglichkeiten. Die GI-Redaktion hat mit Günter Johler von der Zumtobel Lighting GmbH über diese Entwicklungen und die Zukunft des Lichts gesprochen.

Die Zumtobel Gruppe hat für das erste Holzhybridhochhaus der Welt, den Life Cycle Tower One (LCT ONE) in Dornbirn, eine ganzheitliche Lichtlösung entwickelt. Diese soll den Lichtkomfort maximieren, Energiekosten reduzieren und die Effizienz steigern. Das österreichische Unternehmen fokussiert sich seit dem vergangenen Jahr immer mehr auf das Thema Internet der Dinge (IoT) und wirbt für das „Internet des Lichts als Rückgrat für das IoT“. Die Zumtobel Gruppe sieht hier sehr großes Potenzial. Ein lichtbasiertes IoT eröffnet ganz neue Dienstleistungen und Geschäftsmöglichkeiten, beispielsweise in den Bereichen Gebäude-Monitoring, Raummanagement oder Remote-Monitoring. Neben neuen vernetzten Lichtlösungen, die Energie- und Kosteneinsparungen versprechen, widmet sich die Forschung beim Thema Licht und Beleuchtung auch immer mehr dem Einfluss des Lichts auf den menschlichen Organismus – beispielsweise das Wohlbefinden oder die Konzentrationsfähigkeit. Die GI-Redaktion hat mit Günter Johler, Product Management Director Controls & Systems in der Business Division Controls & Systems der Zumtobel Lighting GmbH, über diese Entwicklungen und die Zukunft des Lichts gesprochen. Das Interview wurde in der GI 1/17 veröffentlicht.

Bild 1: Außen- und Innenansicht des Life Cycle Tower ONE in Dornbirn.

Bild 1: Außen- und Innenansicht des Life Cycle Tower ONE in Dornbirn. (Foto: Müller Norman A.)


GI: Die Zumtobel Gruppe hat für das erste Holzhybridhochhaus der Welt, den Life Cycle Tower One (LCT ONE) in Dornbirn (siehe Bild 1), eine ganzheitliche Lichtlösung entwickelt. Wie sieht diese aus und was ist das Besondere daran?

Güthner Johler: Das ganzheitliche Lichtkonzept der Zumtobel Gruppe basiert auf einem Lichtmanagementsystem, das komplexe Systemeigenschaften wie Tageslichtnutzung, Anwesenheitssensorik, Integration von Notlicht und vordefinierte Raumprofile zu einer zentralen und leicht bedienbaren Einheit verbindet. Auf dem Dach des Gebäudes misst ein Messkopf (siehe Bild 2) kontinuierlich das einfallende Licht, sodass Kunst-und Tageslicht ideal kombiniert werden können. Das Licht schaltet sich dank vordefinierter Zeiten und insgesamt 112 Bewegungsmeldern nur dann ein, wenn es benötigt wird, und unterstützt damit das energiesparende Gesamtkonzept des Gebäudes. Dieses Lichtkonzept wurde nun um eine, in Zusammenarbeit mit Bosch Software Innovations entwickelte „Internet-of-Things“-Beleuchtungslösung erweitert.

Der LCT ONE ist das ideale Umfeld für solche Innovationen, da er auf höchste Standards hinsichtlich Nachhaltigkeit und Nutzerkomfort abzielt. Das System bietet in Echtzeit Einblicke in den Zustand des vernetzten Gebäudes. Mithilfe von Daten wird die Lichtinfrastruktur noch energieeffizienter, die Wartungskosten sinken und die Nutzerzufriedenheit steigt. Zum Beispiel visualisiert eine Fernsystem-Analyse, auch Remote Monitoring genannt, den Zustand der Anlage und meldet den Energieverbrauch, um die Verbrauchseffizienz zu optimieren. Eine „Heat Map“ zeigt basierend auf den installierten Sensoren anonymisiert die Anwesenheit und Flächennutzung des Gebäudes und hilft damit, das Raummanagement optimal zu unterstützen. Wir sind somit in der Lage unseren Kunden Daten anzubieten, mit denen sie ihr Gebäude und dessen Nutzung optimieren können.

Tageslichtmesskopf Vernetzte Lichtloesung 01

Bild 2: Der Tageslichtmesskopf auf dem Dach des Gebäudes misst kontinuierlich das einfallende Tageslicht. (Quelle: Zumtobel Group)
 

Wie integriert sich die Lichtlösung in das für den Life Cycle Tower ONE entwickelte, intelligente Versorgungskonzept auf Passivhausstandard?

Die tageslichtabhängige Steuerung sowie die Präsenzsteuerung tragen wesentlich zu den Energieeinsparungen der Beleuchtung bei und senken somit den Gesamtenergieverbrauch des Gebäudes. Die gedimmten Leuchten erzeugen weniger Abwärme und reduzieren in den heißen Sommermonaten den Kühlenergiebedarf. Das Lichtmanagementsystem von Zumtobel kommuniziert mit dem übergeordneten Gebäudeautomatisierungssystem und sorgt sowohl für eine perfekte Lichtqualität am Büroarbeitsplatz, als auch für eine maximale Energieeffizienz im Gebäude. Ein speziell für das Projekt entwickelte SMI (Standard Motor Interface) Jalousie-Modul steuert komfortabel und digital die Jalousie-Behänge.

Im automatisierten Betrieb passen sich die Jalousien in Position und Lammellenwinkel an die vorherrschenden Lichtverhältnisse und die Sonneneinstrahlung an, damit so viel natürliches Licht wie möglich ins Gebäude dringt, ohne dass jemand geblendet wird. Bei Bedarf können die Nutzer mittels batterieloser Funktaster in die Steuerung eingreifen und das Licht manuell schalten oder dimmen sowie die Jalousien nach ihren Bedürfnissen regulieren.

Welches Energiesparpotenzial wird durch die tageslichtabhängige Lichtsteuerung erreicht? Lässt sich beziffern, wieviel Energie eingespart werden kann?

Natürliches Tageslicht ist die effizienteste Art der Beleuchtung. Es ist kostenlos und hat zugleich die höchste Nutzerakzeptanz. Auf Basis der Werte des Tageslichtmesskopfes steuert das System mit hoher Präzision das notwendige Kunstlicht sowie die Jalousien. Die 112 Präsenzmelder in den offenen Geschossflächen sowie Gang, Sanitärzonen und auch im Treppenhaus sorgen dafür, dass sich das Kunstlicht dort nur im Fall von anwesenden Personen einschaltet. In Summe maximieren diese Funktionalitäten das Energieeinsparpotenzial und sparen im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungslösungen ohne eine derartige Steuerung bis zu 75 % an Beleuchtungsenergie ein.

Wie weit sind wir hier in Deutschland oder auch auf europäischer Ebene in Sachen Standards, wenn es um Energieeinsparpotenziale durch Beleuchtung geht?

Auf europäischer Ebene findet man in der Europäischen Norm „EN15193“ Modelle, Formeln und Kennwerte von Materialien, beispielsweise Gläser-Kenndaten, zur Ermittlung der Tageslichtpotenziale in Gebäuden. Mit diesen Daten können die Energieeinsparpotenziale mittels Tageslichtsteuerung berechnet werden. Vergleichbare Ansätze und Zahlen finden sich auf deutscher Normenebene in der DIN V 18599-4, der energetischen Bewertung von Gebäuden.

Die intelligente Vernetzung von Geräten und Maschinen über das Internet bringt auch immer das Thema Datensicherheit mit sich. Was können Sie als Hersteller leisten, um Privatsphäre und Sicherheit der Kunden zugewährleisten? 

Mit der zunehmenden Vernetzung von Leuchten, Sensoren und Systemkomponenten beschäftigen auch wir als Leuchtenhersteller uns intensiv mit dem Thema Datensicherheit. Um unseren Kunden Privatsphäre und Sicherheit zu gewährleisten, verwenden wir die neuesten Sicherheitstechnologien wie Encryptor mit rotierenden Schlüsseln, die praktisch nicht zu hacken sind. Mit Hilfe von up-date-fähigen Systemen werden neue Bedrohungen schnell behoben und Updates auf allen bereits installierten Systemen verteilt. Somit können wir Sicherheit nachhaltig garantieren. Die Entwicklung von Geräten und Software folgt dabei immer den international anerkannten Software-Richtlinien und den jeweiligen nationalen Datenschutzrichtlinien, um marktkonforme und sichere Produkte zu bieten.

Zudem werden die Daten, die wir im Lichtnetz erzeugen, anonymisiert. Im Gegensatz zu Kameras liefern Präsenzmelder auch keine persönlichen Daten. Darüber hinaus können wir auf Wunsch die gesamte Infrastruktur sowie Datenverarbeitung und -speicherung in die Hände unserer Kunden geben. Es ist sogar möglich, dass die Cloud, in der die Daten gespeichert und ausgewertet werden, eine Private Cloud ist und keine Verbindung zum Internet hat. Zu guter Letzt prüfen externe Sicherheitsexperten unsere Systeme regelmäßig.

Derzeit kontrovers diskutiert wird in der Branche, welchen Einfluss verschiedenen Wellenlängenbereiche des Lichtes auf die Konzentrationsfähigkeit bei Personen haben (Biogene Wirkung). Welche Erfahrungen haben Sie hiermit, bzw. denken Sie an derartige Lösungen?

Es gibt wissenschaftliche Erkenntnisse, dass der bläuliche Spektralanteil die Aktivität und Konzentration fördert. Aber die Zusammenhänge sind sehr komplex. Auch ein besserer Schlaf kann die Konzentration begünstigen. Meiner Meinung nach ist daher eine reine Betrachtung der Wellenlänge eine zu isolierte Herangehensweise. Vielmehr bin ich der Überzeugung, dass eine optimale biogene Wirkung mittels einer entsprechenden Dynamik des Lichtes erzielt wird.

Wenn man sich mit der Frage beschäftigt, inwieweit Licht oder bestimmte spektrale Wellenlängen die Konzentrationsfähigkeit unterstützen, ist es zudem wichtig, zwischen visuellen und spektralen Effekten zu unterscheiden. Eine Verbesserung der visuellen Möglichkeiten sowie eine bessere Ausleuchtung reduzieren maßgeblich die Ermüdungserscheinungen und erhöhen ebenso die Konzentrationsfähigkeit. Dynamisches Licht schafft für unterschiedliche visuelle, emotional-architektonische sowie biologische Anforderungen die optimalen Bedingungen. Menschen, die ständig unter bläulichem Licht sitzen, verlieren eher die Konzentrationsfähigkeit, als Menschen in einer stimulus- und abwechslungsreichen Umgebung.

Gibt es schon fundierte Erkenntnisse und Praxiserfahrungen, wie unterschiedliche Farbgestaltungen das thermische Empfinden beeinflussen – wenn ja welche und wie ist Ihre Meinung hierzu?

Für mich steht außer Frage, dass es eine psychische Korrelation zwischen der Lichtfarbe und dem thermischen Empfinden gibt. Diesen Zusammenhang, auch „hue-heat hypothesis“ genannt, bestätigen bereits unterschiedliche, wissenschaftliche Studien. In der Praxis zeigt sich, dass Beleuchtungslösungen mit warmweißen Lichtfarben tendenziell eher in nördlichen Regionen eingesetzt werden. Umgekehrt favorisieren Menschen in südlichen Regionen kältere Lichtfarben. Da die Lichtfarbe offensichtlich Einfluss auf das thermische Empfinden hat, kann man diesen Effekt nutzen, um Heiz- und Kühlbedarfe und damit Energiekosten zu reduzieren.

Dr. Gesche Huebner beschreibt dies auch in ihrer Studie „Saving energy with light? Experimental studies assessing the impact of colour temperature on thermal comfort” [1]. Abgesehen vom thermischen Empfinden spielt die Lichtfarbe in der Beleuchtungstechnik auch in Bezug auf Stimmung und Ambiente eines Raumes eine wichtige Rolle. Daher halten „Tunable White“-Beleuchtungslösungen, also Lichtkonzepte mit veränderbarer Lichtfarbe, in immer mehr Anwendungen, wie in Büros, Hotels und im Pflegebereich, Einzug.

Die LED-Technologie bietet großartige Möglichkeiten. Die energetische Gesamtbilanz wird jedoch von einzelnen Fachleuten in Zweifel gezogen. Was sind Ihre Meinung und Erfahrung zu dem Thema?

Für alle unsere Produkte erstellen wir gemäß ISO 14025 eine sogenannte „Evironmental Product Declaraton“. Dabei handelt es sich um eine Deklaration, die quantifizierte, umweltbezogene Informationen über den Produktlebenszyklus zur Verfügung stellt. Wir überprüfen dafür alle Leuchtenelemente wie das Gehäuse, mechanische Teile, Betriebsgeräte und LED-Leuchtmittel sowie das Board. Im Rahmen dieser Tests zeigt sich, dass 80 % des Energieeinsatzes in der Betriebsphase anfallen. Die Energieeinsparung der LED gegenüber früheren Leuchtmitteln wie Leuchtstofflampen oder Temperaturstrahlern fällt sehr hoch aus und ist somit nicht anzuzweifeln. Momentan liegt die Energieeinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Beleuchtungslösungen ohne Steuerungen mit einer steigenden Tendenz bei mehr als 50 %.

Werfen Sie einen Blick in die Zukunft, was wird 2030 mit intelligenter Beleuchtung möglich sein?

2030 werden wir das Licht nicht mehr ausschließlich für visuelle Aufgaben nutzen. Ich bin davon überzeugt, dass das Licht aufgrund seiner gebäudeweiten Präsenz im Jahre 2030 eine Schlüsselrolle für das Internet der Dinge spielen wird. Eine lichtbasierte Infrastruktur wird sozusagen das Rückgrat und der stärkste Motor für ein möglichst effizientes und effektives Internet der Dinge sein. Auch das sogenannte „Lifi“, die Datenübertragung zwischen Gerät und Nutzer über Licht, wird dann möglicherweise eine ausgereifte Technik sein. Lichtsteuerungen werden wesentlich leistungsfähiger sein, als das heute der Fall ist und manuelle Eingriffe überflüssig machen. Adaptive, sensorgesteuerte Systeme lernen die Bedürfnisse und Lichtpräferenzen der Nutzer und passen das Licht automatisch daran an. Bediengeräte und aufwändige Verkabelungen werden dadurch überflüssig. Ein weiteres Innovationsfeld für intelligente Beleuchtung liegt im biomedizinischen Bereich. Mit gezieltem Einsatz bestimmter Wellenlängen, wie zum Beispiel mit höheren UV-Anteilen im Licht, können Räume im Krankenhaus nicht nur beleuchtet, sondern auch desinfiziert werden.

Vielen Dank für das Gespräch, Herr Johler.

[1] Studie “Saving energy with light? Experimental studies assessing the impact of colour temperature on thermal comfort” von G.M. Huebnera, D.T. Shipwortha, S. Gauthierb, C. Witzelc, P. Raynhamd, W. Chana, abrufbar unter www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214629616300196.

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