Die Grundlagen der Sonnenschutzautomation

Automatisch gesteuerte Sonnenschutzanlagen sind bei Gebäuden nicht mehr wegzudenken: Sie schützen die Menschen unbemerkt vor Hitze und Blendung, die Einrichtung vor dem Ausbleichen und sind bestens geeignet für die Energieoptimierung.

Besonders gut ist es, wenn dabei trotzdem noch Tageslicht genutzt und der Ausblick nach außen genossen werden kann. Alle Wünsche unter einen Hut zu bekommen, erfordert eine ausgeklügelte Sonnenschutzregelung und raffinierte Produkte. Fast noch wichtiger ist es, dass die gewünschten Funktionen auch umgesetzt werden. Dabei soll die Planung natürlich möglichst einfach sein und die Investitionskosten müssen im Rahmen bleiben.

Licht ist nicht gleich Licht: Für die Steuerung einer Sonnenschutzanlage ist ein bewölkter Himmel eine Herausforderung, denn die Lichtverhältnisse wechseln schnell. Neben der direkten Sonnenstrahlung können auch Reflexionen an Objekten wie eine sonnenbeschienene Fassade eines Nachbargebäudes blenden. Nicht nur die Helligkeit, auch die Einfallsrichtung des Lichtes ändert sich im Tages- und Jahresverlauf.

Moderne Sonnenschutzsteuerungen berechnen anhand von Datum, Zeit und astronomischen Formeln den aktuellen Sonnenstand, denn je nach Jahreszeit erreicht der Höhenwinkel am Mittag unterschiedliche Werte. Die unterschiedlichen Lichtverhältnisse werden von einem guten Sonnenschutzsystem mit eingeplant: Es schützt vor Hitze und Blendung, nutzt das Tageslicht und ermöglicht den Blick nach draußen.

Sonnenschutz ist aber auch wichtig, um Räume für Präsentationen zu verdunkeln oder Sichtschutz für Behandlungsräume zu gewährleisten.

Moderne Sonnenschutzprodukte

Unterschieden werden können Sonnenschutzprodukte, die außen am Gebäude oder innen angebracht sind: Während sich außen liegende Produkte hervorragend als Hitzeschutz eignen, sind Inhouse-Systeme leichter nachzurüsten und dekorativer. Um das Tageslicht zu regulieren, eignen sich Jalousien besonders gut, denn hier lassen sich Behanghöhe und Lamellenwinkel variabel einstellen. Je nach Winkel kann von Verdunklung bis zu vollem Durchlass gesteuert werden, wobei die Lamellen möglichst weit geöffnet werden, ohne eine direkte Sonneneinstrahlung zuzulassen. Das Ergebnis: Hitze- und Blendschutz bei Tageslicht mit Ausblick nach draußen!

Die wichtigsten Elemente einer modernen Sonnenschutzsteuerung

Alle Sonnenschutzanlagen eines Gebäudes werden durch eine Sonnenschutzsteuerung – zum Teil auch FlexModul genannt – koordiniert. Der Antrieb eines Sonnenschutzsystems wird von einer Motorsteuerung angesteuert, die dem jeweiligen Antriebstyp angepasst sein muss:

• 230 Volt Wechselstromantrieb mit zwei mechanischen Endschaltern (am häufigsten verwendetes System)
• 230 Volt Wechselstromantrieb mit drei mechanischen Endschaltern (seltener verwendet)
• 230 Volt Wechselstromantrieb mit elektronischen Endschaltern
• 230 Volt bzw. 24 Volt Antriebe mit integriertem Positionierungssystem und digitaler Schnittstelle SMI
• 24 Volt Gleichstromantrieb mit elektronischer Endlagenabschaltung über Drehmomentbegrenzung
• 24 Volt Gleichstromantrieb mit integrierten mechanischen Endschaltern

Die meisten Sonnenschutzantriebe dürfen nicht parallel geschaltet werden, denn das würde den Antrieb zerstören.

Darüber hinaus gibt es unterschiedlichste Motorsteuerungen. Lokale Taster werden direkt an der Motorsteuerung angeschlossen, um sie dezentral und einfach zu bedienen. Über die lokale Bedienung kann die Sonnenschutzautomatik nach Wunsch aktiviert oder deaktiviert werden. Den jeweiligen Zustand zeigt eine Leuchtdiode am Taster an, wenn Motorsteuerung und Taster dafür vorgesehen sind. Die einfachste Gruppensteuerung ist durch das Parallelschalten der Lokalbedienung realisierbar.

Die zentralen Funktionen

Die Zentrale wertet die elektrischen Signale der Sensoren wie Helligkeit, Wind, Niederschlag, Temperatur etc. aus und steuert die automatischen Abläufe. Die wichtigsten Automatiken einer Sonnenschutzzentrale sind:

• Sonnennachlaufsteuerung und Überwachung der Globalstrahlung:
  Die Zentrale sorgt dafür, dass Sonnen- und Hitzeschutzanlagen im ganzen Gebäude oder in einem Sektor in die gewünschte Position gebracht werden.
• Wind- und Niederschlagsautomatik:
  Die Zentrale überwacht Wind und Niederschlag, um die Anlagen bei zu hohen Werten einzufahren und dadurch zu schützen.
• Temperaturautomatiken:
  Zur Energieoptimierung öffnet die Zentrale im Winter den Sonnenschutz und fährt im Sommer die Anlagen hinunter.
• Zeitautomatiken:
• Über die Zentrale werden Aufgaben automatisiert, die hier aber auch ein- oder ausgeschaltet werden können.
• Schockautomatik:
  Sperren können als Schutz vor Einbrechern zentral aktiviert oder deaktiviert werden.
• Anbindung an Leitsysteme:
  Die Zentrale kann Informationen an eine übergeordnete Gebäudeleittechnik senden.

Sonnenschutzsteuerung für mehrere Sektoren

Viele Sonnenschutzsteuerungen sind nur für einzelne Anlagen oder Fassaden ausgelegt. So können einfache Wetterstationen zwar alle gängigen Größen messen, weisen aber nicht die nötigen Funktionen für eine Komplettlösung auf. Daher werden Sonnenschutzanlagen einer Fassade, eines Stockwerkes, eines Raumes oder eine einzelne Sonnenschutzanlage je nach Nutzung einem Sektor zugeordnet. Bereits bei der Planung müssen Bereiche mit gleichen Anforderungen zusammengefasst werden.

Räume mit besonderen Beschattungsanforderungen wie beispielsweise die Besprechungsräume, das Foyer, das Personalrestaurant oder die Markisen auf der Dachterrasse können anderen Sektoren zugeordnet werden. Je mehr Sektoren bestimmt werden, desto flexibler lässt sich der Sonnenschutz für das Gebäude steuern, denn jedem Sektor lassen sich Automatiken für Zeit, Sonnennachlauf, Wind usw. zuordnen.

Raumfunktionen

Raumfunktionen reagieren auf die Bedürfnisse der einzelnen Nutzer in einem Raum wie beispielsweise in einem Büro. Die wichtigsten Raumfunktionen:

1. Manuelle Bedienung:
   Individueller Eingriff des Nutzers auf jede einzelne Jalousie. Unterscheidung nach örtlicher Einrichtung und Bedienung, Endkundenbedienung / LCD-Display und Gruppen- oder Etagenbedienung.
2. Automatiksperre:
   Ein Motorsteuergerät sollte pro Kanal eine integrierte Automatiksperre besitzen, die automatisch bei Nutzereingriffen aktiviert wird. Ergebnis: Beschattungs- oder Komfortautomatiken werden außer Kraft gesetzt, aber Prioritätsprogramme wie Wind, Frostschutz und andere bleiben weiter aktiv. Besonders intelligent: Automatiksperre wird beispielweise nach Ablauf einer vorher festgelegten Zeit oder durch die Zentrale wieder abgeschaltet. Ob dann der letzte Zentral- oder Lokalbefehl angefahren wird, ist einstellbar.
3. Logikfunktionen:
   Eine Logikfunktion ist beispielsweise die Präsenzüberwachung, bei der festgestellt wird, ob ein Raum belegt ist oder nicht. So können die Jalousien im Winter geöffnet und der Raum durch die Sonneneinstrahlung geheizt werden, wenn sich niemand im Raum befindet.
4. Eingeschränkte Bedienung:
   Der Nutzer kann die Jalousie nur eingeschränkt nutzen – aus Gründen, die vorher ganz individuell festgelegt wurden. Und das für jeden einzelnen Motor, für jeden Sektor oder für eine ganze Fassade. Ein Beispiel: Bisher mussten Sonnenschutzanlagen bei Frost komplett gesperrt und somit hochgefahren werden, um die Anlagen zu schützen. Dennoch wollen Nutzer auch bei kaltem Wetter vor Sonnenschein und Blendung geschützt werden. Trotz der völlig gegensätzlichen Wünsche hilft die eingeschränkte Bedienfunktion beiden Seiten: Der Nutzer darf die Jalousien soweit bedienen, dass sich die Lamellen nicht berühren, eben nicht festfrieren.

Weitere Beispiele können in der unten stehenden Abbildung nachgelesen werden.

Während diese Szenarien bisher nur in externen Geräten wie SPS oder Servern möglich waren, sind die Funktionen heutzutage in modernen Jalousieaktoren in jedem einzelnen Schaltkanal integriert! Das Ergebnis: Die Anlage wird noch flexibler.

Zentralfunktionen

Zu den zentralen Funktionen gehören:

1. Sicherheitsfunktionen
2. Zeitautomatiken
3. Beschattungsautomatiken und Positionierungen
4. Temperatur- und Hitzeautomatiken

Sicherheitsfunktionen

Moderne Sonnenschutzsysteme haben viele Sicherheitsfunktionen, die dafür sorgen, dass keiner zu Schaden kommt und die Anlagen lange leben. Hier die Wichtigsten:

Wind- und Frostautomatik

Da die Beschattungssysteme durch Frost und starken Wind beschädigt werden können, fahren die Sonnenschutzanlagen in Sicherheitsstellung und werden für alle weiteren Befehle gesperrt. Erst wenn die Windgeschwindigkeit abgenommen hat oder die Temperatur gestiegen ist, wird die Anlage wieder freigegeben.

Niederschlagsautomatik

Diese Funktion kommt bei Stoffprodukten wie Markisen oder bei Fenstern zum Tragen. Selbstverständlich sind alle lokalen Bedienungen gesperrt. Sobald die integrierte Heizung die Feuchtigkeit nach dem Regen getrocknet hat, wird die Anlage wieder freigegeben.

Putzschaltung Jalousien, Markisen oder Fenster

Um die Sonnenschutzanlage zu reinigen und zu warten oder die Fenster zu putzen, werden die Jalousien in die Sicherheitsposition gefahren und für weitere Befehle gesperrt. Die Putzschaltung kann ganz unterschiedlich ausgelöst werden. Zum Beispiel von einem Schlüsselschalter oder einem beliebigen Befehl über den KNX-Bus.

Sicherheitsschaltung für Rauchwarn- oder Brandmeldeanlagen oder ähnlich relevante Systeme

Diese wichtige Funktion sorgt dafür, dass Fluchtwege freibleiben oder der Rauch aus Räumen abziehen kann. Dafür wird von einer Brandmeldeanlage oder einer anderen Sicherheitseinrichtung durch einen Kontakt (in der Regel Öffner / drahtbruchsicher installiert) oder über den KNX-Bus eine beliebige Priorität ausgelöst. Die Sonnenschutzanlage wird dabei in die Sicherheitsposition gefahren und für alle weiteren Befehle gesperrt.

Umgang mit Prioritäten

Die intelligenten Systeme der neuesten Generation können bis zu 14 abgestufte Prioritäten verwalten, die ganz individuell zugewiesen werden können. Dabei überwacht die Zentrale, welche Priorität gerade noch aktiv ist. Ein Beispiel: Ein Fensterputzer will die Jalousien reinigen. Dafür löst er die Putzschaltung aus, die dafür sorgt, dass die Jalousie nach unten fährt und für die Nutzer gesperrt ist. Sollte nun eine höhere Priorität wie beispielsweise ein Windalarm ausgelöst werden, hätte dieser natürlich Vorrang und würde die Jalousie hochfahren.

Innerhalb einer Priorität kann die Sonnenschutzanlage auch wieder eingeschränkt bedient werden. Bei einem guten Prioritätenmanagement sollte frei wählbar sein, wie sich der Sektor nach Rückstellung benimmt.

Zeitautomatiken

Das Licht verändert sich je nach Tages- und Jahreszeit und auch Bewohner ändern ihr Verhalten: Das berücksichtigen moderne Sonnenschutzanlagen, indem Zeitautomatiken von einzelnen Tagesfunktionen bis hin zu einem Jahreskalender eingestellt werden können.

Beschattungsautomatiken und Positionierungen

Eine wichtige Funktion ist die zentrale Helligkeitsauswertung. Mit nur einem zentralen Sensor, der die Außenhelligkeit erfasst, werden die Beschattungsautomatiken nur an den Stellen der Fassade aktiv, auf die die Sonne scheint. In den Fassaden ohne direkte Sonneneinstrahlung bleiben die Anlagen geöffnet. Zusätzlich kann für jeden Sektor innerhalb der Software eine Jahresverschattung hinterlegt werden. Bei diffusem Lichteinfall erfolgt keine Beschattung, da die Helligkeit von allen Seiten gleich ist.

In modernen Zentralen kann für jede Beschattungsautomatik zwischen einer Vielzahl von Strategien gewählt werden. Einige Wichtige sind:

• Sonnenstandsnachführung mit Berücksichtigung der Frontaleinstrahlung und der Sonnenscheindauer
• Tageslichtlenktechnik für Lichtlenklamellen
• Schattenkantenführung für Stoffprodukte
• Nachlauf für Großlamellen, Vertikallamellen und Dachlamellen unter Berücksichtigung des Sonnenstandes, bis zu 180 Positionen wählbar

 Temperatur- und Hitzeautomatiken

Während sich das Temperaturprogramm normalerweise nur auf den Außensensor stützt, nutzt die Hitzeautomatik den Innen- und Außensensor. Dabei befindet sich die Hitzeautomatik immer in einem der folgenden vier Quadranten:

• innen kalt, außen kalt
  
• innen warm, außen kalt
  
• innen kalt, außen warm
  
• innen warm, außen warm.
  

Motorsteuerungen für jede Anwendung

Die verschiedenen Aktoren, also die Motorsteuerungen, sind das Bindeglied zwischen Bus-System und Sonnenschutzantrieb, wobei Zentrale und Aktoren optimal aufeinander abgestimmt sind.

Je nach Anwendung ist eine spezifische Lösung notwendig, doch gibt es auch hier eine Reihe von Geräten, die besonders funktional und sehr sicher sind und dabei leicht zu planen,
einfach zu konfigurieren und überzeugend bei Inbetriebnahme und Wartung:

• MCU02: Aktor für die dezentrale Montage mit zwei Kanälen für Motoren mit zwei oder drei Endschaltern und Eingängen für zwei Bedienstellen oder vier Binäreingängen.
• MCU06: Aktor für Reiheneinbau mit sechs Kanälen für Motoren mit zwei oder drei Endschaltern und Eingängen für sechs Bedienstellen oder 12 Binäreingängen.
• MCU09: Aktor für Reiheneinbau mit neun Kanälen für Motoren mit zwei Endschaltern und Eingängen für neun Bedienstellen oder 18 Binäreingängen.

Alle Aktoren können Bewährtes, aber bieten auch innovative, neue Funktionen. Hier einige Beispiele:

• Lokalbedienung über Funk
• automatische Laufzeitmessung
• Lokal- und Zentralbefehle
• eingeschränkte Bedienung
• Automatiksperre
• Fahrstrategie (vordefinierte Produktbibliothek)
• Rückmeldungen
• Störmeldungen

Darüber hinaus stellt die neue Visualisierung direkt in der ETS3 alle Aktor internen Zustände wie beispielsweise Position oder Sperrfunktionen dar. Dadurch können Fehler oder Probleme bei der Inbetriebnahme schnell lokalisiert und gelöst werden. An eine eingeschränkte Bedienung wurde ebenfalls gedacht, die die Verfügbarkeit der Beschattung erhöht. So bleiben zum Beispiel bei Frost alle Automatikfunktionen erhalten, nur die Lamellen werden nicht mehr ganz geschlossen. Neuerdings können die Lokaltaster auch direkt auf den KNX-Bus senden, damit diese als Binäreingänge für Fensterkontakte oder als Eingänge für andere Gewerke genutzt werden können.

Die Aktoren bieten außerdem viele Funktionen für anspruchsvolle Aufgaben:

• Statusmeldungen
• 16 Szenen: Hier können beispielsweise Lichtstimmungen hinterlegt werden, sodass die Behänge bei Bedarf in die konfigurierte Stellung fahren. Damit wird die Einbindung in andere Gewerke noch einfacher und universeller.
• Analysefunktion: Mit nur einem Tastendruck werden alle relevanten Daten des Aktors in die Diagnosemaske übertragen. Die Daten werden übersichtlich dargestellt und ermöglichen einen schnellen Überblick und einfache Fehlersuche.
• wählbares Prioritätenhandling
• frei konfigurierbare Logikfunktion für das Raummanagement, mit denen komplexe Raumfunktionen direkt im Aktor realisiert werden könnenEin Beispiel: Bei Präsenz werden keine Automatikfunktionen ausgeführt, aber bei Hitze soll die Beschattung aktiviert und die Bedienung eingeschränkt werden. Dies wird durch die Verknüpfung zwischen Innentemperatur, Präsenz und Beschattung in den Aktoren gelöst, was wesentlich weniger Aufwand bei der Konfiguration und Wartung bedeutet. Außerdem kann auf ein externes Logikmodul verzichtet werden, wodurch die Kosten sinken.

Ein Highlight ist die eingebaute Tasterschnittstelle. Je nach Aktortyp sind vier, zwölf oder 18 Binäreingänge vorhanden, die sowohl für die Bedienung der Jalousie als auch als KNX-Tastereingänge genutzt werden können. Dadurch entfällt die kostenintensive Umverdrahtung, sollten die Räume anders genutzt werden. Selbstverständlich lassen sich die Binäreingänge auch zur Steuerung von anderen KNX-Teilnehmern wie einer Beleuchtung oder anderer Gewerke nutzen. Hervorzuheben ist auch die Konfiguration der Aktoren mit einem Plugin. Ein Hauptaugenmerk wurde dabei auf die einfache und intuitive Bedienung der Konfigurationssoftware (Plugin für ETS3) gelegt, durch die Zeit bei Planung, Konfiguration und Inbetriebnahme gespart wird.

Checkliste: Planung einer Sonnenschutzsteuerung

Ein gutes automatisches Sonnenschutzsystem braucht ein flexibles Steuerungssystem und eine sorgfältige Planung. Tipps und Hilfestellungen dafür sind unter www.bms-solutions.de zu finden. Auch diese Checkliste kann weiterhelfen:

• Wurden Spezialisten für Sonnenschutzsteuerungen, Sonnenschutz, Energie, Licht etc. zur Planung herangezogen?
• Welche Beschattungsprodukte kommen zum Einsatz?
• Welcher Antriebstyp wird eingesetzt? 230 V AC, 24 V DC, Elektronikantrieb?
• Welche Anforderungen stellt der zukünftige Benutzer in Bezug auf Bedienung, Automatik, besonderen Blendschutz (Bildschirmarbeitsplatz) etc.?
• Bestehen Anforderungen an den Produktschutz (Wind-, Niederschlag- oder Frostschutz)?
• Bestehen Forderungen der Klimatechnik bezüglich Raumerwärmung?
• Kann Sonnenenergie durch zeitweises bewusstes Öffnen des Sonnenschutzes im Winter genutzt werden?
• Sind besondere Bedienungsanforderungen wie Einzel-, Gruppen- oder Fernbedienung, Bedienung vom Arbeitsplatz aus, Bedienung über den Bildschirm etc. zu berücksichtigen?
• Bestehen Anforderungen an eine einheitliche Stellung des Sonnenschutzes an Wochenenden? Muss der Sonnenschutz am Wochenende tagsüber beispielsweise für Pflanzen leicht geöffnet werden?
• Müssen einzelne Sonnenschutzanlagen zum Beispiel bei Fluchttüren im Notfall geöffnet werden?
• Sind für die Wartung besondere Vorkehrungen zu treffen (Fernwartung, Wartungsverträge, Sperrfunktion für Unterhalt und Reinigung)?
• Wie und wo werden die Motorsteuergeräte eingebaut (zentral, dezentral, Hohldecke, Brüstung, Unterverteilung etc.)?
• Wo werden die Zentralen und Bediengeräte montiert? Ist ein geeigneter Zugang gewährleistet? Sind weitere Bediengeräte für den Hausmeister notwendig?
• Sind die Termine für Anlageplanung, Gerätelieferung, Montage und Inbetriebnahme des Sonnenschutzes etc. abgesprochen?

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