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Sensoren – allgegenwärtige Helfer

Sensoren – allgegenwärtige Helfer

Mit allen Sinnen: IoT und Sensoren in der Gebäudeautomation

Maschinen und Geräte von heute können mit Hilfe von Sensoren mehr leisten als je zuvor. Verbunden über das Internet der Dinge, können Sie uns helfen, Prozesse intelligenter und effizienter zu steuern. Wir erklären, wie Sensoren funktionieren, wo sie zum Einsatz kommen und wie die Immobilienwirtschaft von ihnen profitieren kann.

Kein Internet of Things ohne Sensoren

Sensoren sind technische Bauteile, die Eigenschaften und Zustände ihrer Umgebung und von Objekten erfassen können. Unternehmen verwenden schon seit langer Zeit Sensoren. Doch erst seit dem Vormarsch des Internet of Things (IoT) in den letzten Jahren gibt es einen großen Entwicklungsschub.

Sensoren machen das IoT möglich, indem sie Daten für Entscheidungen sammeln und in die Cloud schicken. Diese Sensordaten werden analysiert, interpretiert und anschließend manuell oder automatisiert in eine Handlung umgesetzt. Je stärker die Vernetzung von Geräten ist, desto mehr nehmen die Möglichkeiten zur Nutzung von Sensoren zu. Umgekehrt sind Fortschritte im Bereich der Sensor-Technologie Auslöser für die Entwicklung innovativer Verbraucher- und Industrieprodukte.

Das Internet of Things wächst und wächst und wächst

2019 wurde das IoT 20 Jahre alt – und erfreut sich größerer Beliebtheit als je zuvor. Laut einer Statista-Prognose von 2017 werden bis 2022 weltweit rund 43 Milliarden Geräte mit dem IoT verbunden sein.1 Mehr als 55 Milliarden IoT-Geräte sollen es bis 2025 sein.2

Der Mobility Report von Ericsson aus dem Jahr 2018 zeigt, dass bis zum Jahr 2024 rund 4,1 Milliarden Dinge allein per Mobilfunk vernetzt sein werden.3 Jährlich erhöht sich die Anzahl weltweit vernetzter Gegenstände seit 2013 durchschnittlich um 33 Prozent. Vodafone ist Weltmarktführer und hat 2020 schon mehr als 100 Millionen IoT-Chips im Einsatz.2 Das IoT boomt, vor allem in den Bereichen Unterhaltungselektronik, industrielle Fertigung, Waren in der Logistik, Automotive und Biowissenschaften.

Sensoren sind die Sinnesorgane von Gegenständen

Sensoren sind vergleichbar mit unseren Sinnesorganen. Im Gegensatz zu uns Menschen können sie aber viel mehr erfassen – auch das, was wir nicht wahrnehmen können oder was zu gefährlich für uns ist. Wichtig ist außerdem, dass sie die Messdaten umwandeln können, damit wir die Messdaten auch sinnvoll interpretieren können. Sensordaten helfen uns, Prozesse besser steuern und regeln zu können.

Sensoren von heute bieten eine Vielzahl von Funktionen. Sie werden immer kleiner, sind flexibel einsetzbar, können kabellos betrieben werden, übermitteln ihre Daten über Funk und verbrauchen immer weniger Energie. Es gibt sogar Sensoren, die mit Hilfe von Energy Harvesting ihre eigene Energie gewinnen und damit batterielos betrieben werden können (siehe Infobox unten). Smarte Sensoren von heute bieten neben der reinen Messfunktion auch bestimmte Verarbeitungs- und Auswertungsfunktionen. Sensoren werden damit auch immer leistungsfähiger und präziser.

Es gibt verschiedenste Typen von Sensoren, z. B.

  • Lichtsensoren
  • UV-Sensoren
  • Infrarot-Sensoren
  • Temperatursensoren
  • Lokalisierungssensoren
  • Bewegungssensoren
  • Luftfeuchtigkeitssensoren
  • Flüssigkeitssensoren
  • Gassensoren
  • Drucksensoren
  • Beschleunigungssensoren
  • Vibrationssensoren
  • Induktive Sensoren
  • RFID-Chips
  • Multisensoren
  • Smarte Sensoren

Keine Kabel. Keine Batterien: Sensoren mit Energy Harvesting
Beim Energy Harvesting – einer ressourcenschonenden Art der Energiegewinnung – werden kleinste Mengen von elektrischer Energie durch die Umgebungstemperatur, Bewegung, Vibrationen, Licht oder Luftströmungen gewonnen. Es sind keine Kabel oder Batteriewechsel zur Stromversorgung mehr nötig, was es leichter macht, energieeffiziente Strukturen umzusetzen, z.B. in intelligenten Gebäuden.

So arbeiten Sensoren im Internet of Things

Wenn es um Digitalisierung geht, führt an den drei Buchstaben IoT kaum ein Weg vorbei. Das Grundprinzip im IoT ist oft identisch: Es gibt Sender, Erkenner und Empfänger. Sender sind Geräte oder Kommunikationsmodule, die oft mit einer SIM-Karte ausgestattet und mit Erkennern, d. h. Sensoren, ausgerüstet sind. Die Empfänger sind Computer, Handys und andere Informationsverarbeitungssysteme, die die Sensordaten weiterverarbeiten.

Die Geräte sind drahtlos oder drahtgebunden an das IoT angebunden. Dabei hat jedes IoT-Gerät eine weltweit eindeutige IP-Adresse aus dem IPv6-Umfeld oder bei komplexeren Geräten auch aus dem IPv4-Bereich. Mit Hilfe von Sensoren erfassen, verarbeiten und übertragen die Geräte Daten aus ihrer Umgebung oder zu ihrem Zustand. Diese lassen sich analysieren und in der Cloud speichern. Daraufhin können entsprechende Anpassungen vorgenommen werden. Auf diese Weise sorgen die Sensoren der IoT-Geräte für optimierte Abläufe und größere Sicherheit.

So kommunizieren Sensoren im Internet of Things

Im IoT kommunizieren die Geräte am häufigsten über Mobilfunk. Aber auch WLAN oder Funkstandards wie Sigfox und LoRa werden genutzt. Die Funkstandards unterscheiden sich durch die Reichweite, in der sie die Gegenstände miteinander vernetzen. Beispielsweise beträgt die Reichweite im WLAN meist weniger als 100 Meter und ist daher weniger geeignet für Industrieanlagen oder die Stadt. Das Maschinennetz, Narrowband IoT, hat hingegen eine extrem hohe Reichweite und setzt dabei auf das bestehende LTE-Netz auf. Dadurch sind die Leistungsfähigkeit und Sicherheit im IoT größer. Weiteres Plus: Im Maschinennetz senden und empfangen Sensoren Daten besonders stromsparend, sodass ihre Akkus bis zu 10 Jahre reichen. Das Maschinennetz von Vodafone für Industrie und Wirtschaft funkt heute schon auf fast 97 Prozent der deutschen Fläche.

So kommen IoT-Sensoren und -Geräte zum Einsatz

IoT-Sensoren und -Geräte werden für unterschiedliche Einsatzzwecke eingesetzt – teilweise auch in Kombination und mit ausgefeilter Logik. Hier sind einige Anwendungsbeispiele:

Unterhaltungselektronik

  • Fernseher und andere Geräte mit Fernbedienung steuern
  • Bildschirmhelligkeit bei Geräten automatisch regeln
  • Bei Smartphone-Kameras automatisch zwischen Hoch- und Breitformat wechseln

Industrie – Smart Factory

  • Industrielle Maschinen sicher steuern und warten
  • Umweltbedingungen wie Luftqualität oder Temperatur überwachen
  • Heizung-Lüftung-Klima-Systeme überwachen und steuern
  • Container, Pakete und Paletten verfolgen

Landwirtschaft – Smart Farming

  • Felder überwachen und den perfekten Ernte-Zeitraum erfahren
  • Dünger optimal auf die Felder ausbringen
  • Tiere überwachen und bei Notfällen rechtzeitig eingreifen
  • Feldroboter, Drohnen und fahrerlose Traktoren bei der Feldarbeit einsetzen

Medizin – Smart Medicine

  • Gesundheitszustand mit Wearables, mobilen Blutdruckmessgeräten etc. überwachen
  • Medizinische Versorgung mit vernetzten Medizingeräten sichern
  • Unfallstellen mit vernetzten Bodycams besser einschätzen können
  • Rettungsgassen durch automatische Meldung an vorausfahrende Fahrzeuge schneller bilden

Städte – Smart City

  • Mit Netzwerk-Kameras oder Wärmebild-Kameras Objekte überwachen
  • Parkplatz durch regelmäßige Meldung freier Plätze schneller finden
  • Plätze mit vernetzten Mülltonen sauber halten
  • Fahrzeuge können Hindernisse erkennen und autonom fahren

Gebäude – Smart Home und Smart Building

  • Mit intelligenten Kühlschränken Nachschub automatisch bestellen
  • Mit intelligenten Lautsprechern Musik in allen Räumen hören
  • Anwesenheit von Bewohnern und Belegung von Räumen erkennen
  • Türen und Eingänge nur Befugten öffnen
  • Heizung-Lüftung-Klima-Systeme automatisch überwachen und steuern
  • Brandschutz mit Rauchmeldern und Gassensoren sichern
  • Objektüberwachung mit Bewegungsmeldern durchführen
  • Trinkwasser-Anlage überwachen
  • Aufzüge intelligent warten
  • usw.

Vom Dach bis zum Keller digital mit Gebäudekonnektivität 4.0

Ohne smarte Gebäudetechnik, Endgeräte und Sensoren geht bei der Gebäudeautomation nichts. Doch in vielen Häusern arbeiten die Sensoren und Regeleinrichtungen häufig nur nebeneinander her und sind nur an die Steuerungszentralen des jeweiligen Herstellers gekoppelt. Das bedeutet: Hat man mehrere Systeme im Einsatz, sind die Daten meistens an verschiedenen Stellen abrufbar und müssen am Ende mühevoll zur Auswertung zusammengesetzt werden.

Damit Daten gewinnbringend genutzt werden können, müssen die Datensilos also aufgebrochen werden – mit IoT-Plattformen wie Gebäudekonnektivität 4.0. Vodafone liefert damit Lösungen für die Digitalisierung und ganzheitliche Vernetzung von Immobilienbeständen. Die anbieter- und technologieneutrale IoT-Plattform macht die automatische Überwachung und Steuerung von Gebäudezustand und -technik möglich, indem die Daten über eine zentrale Infrastruktur gesammelt, analysiert und wertschöpfend genutzt werden. Die Kombination aus Hardware-Komponenten und einer Cloud-Lösung, die smarte Anwendungen verschiedenster Hersteller zusammenführt, bietet viele Vorteile:

  • Mühelose Installation ohne Baumaßnahmen:
    Die GK-Hubs, eine Art Router, werden am Hauseingang und in den Etagen in den Deckenleuchten installiert. Sie werden nur mit Batterien betrieben.
  • Unterstützung aller relevanten Standards und Protokolle, z.B:
    Open Metering Standard bzw. Wireless-M-Bus-fähige Endgeräte, ZigBee, Z-Wave, Bluetooth LE, WLAN u.v.m.
  • Zentrale und flexible Datenspeicherung mit einheitlichen Standards:
    Die Daten werden verschlüsselt übertragen und auf Servern in Deutschland gespeichert. Die Datenhoheit liegt bei Ihnen. Sie können die Daten in Eigenregie oder über Dritte auswerten.
  • Kompatibel mit heutigen und zukünftigen Smart-Building-Anwendungen:
    Eine multifunktionale, wiederverwendbare Infrastruktur und eine offene Architektur sorgen dafür, dass Ihre Smart-Building-Infrastruktur mit den Anforderungen wachsen kann.
  • Offen für alle Partner der Immobilienwirtschaft:
    Wir arbeiten in einem Partner-Ökosystem mit etablierten Partnern der Immobilienwirtschaft und innovativen Startup-Lösungen.

Sensorik und IoT sind ein wichtiger Bestandteil der digitalen Transformation

Das IoT macht unseren Alltag sicherer, spart uns Zeit und Kosten. Die beste Gebäudetechnik, die modernsten Endgeräte und Sensoren nützen aber wenig, wenn es keine zuverlässige Vernetzung und kein schnelles, stabiles Breitband-Internet gibt, das auch zukünftigen Herausforderungen gewachsen sein wird. Vor der Gebäudeautomation steht also unbedingt die Überprüfung des Hausnetzes und der Internet-Infrastruktur.
Ist die Internet-Versorgung allerdings gesichert, steht der Digitalisierung und ganzheitlichen Vernetzung Ihres Immobilienbestandes mit Gebäudekonnektivität 4.0 nichts im Wege. Mit der offenen IoT-Plattform können Sie Daten z.B. zum Gebäudezustand und zu verschiedenen Verbräuchen erheben, analysieren und steuern. Das Ergebnis: mehr Synergien dank tiefergehender Einblicke, mehr Sicherheit und Energie-Effizienz durch optimiertes Gebäude-Management.

Mit dem Aufkommen neuer Sensortypen, die weitere Messwertebenen erschließen werden, wird es immer mehr Möglichkeiten zur autonomen und intelligenten Steuerung in Smart Buildings geben. So können Wohnungsunternehmen immer weiter Kosten sparen, die Energieeffizienz steigern und den Wohnkomfort für ihre Bewohner erhöhen. Damit gehört die Zukunft zweifellos offenen Plattformen wie Gebäudekonnektivität 4.0.

1 https://www.statista.com/statistics/480114/global-internet-of-things-enabled-sensors-market-size-by-segment/
2 https://www.vodafone.de/business/featured/technologie/iot-geraete-diese-arten-gibt-es-und-so-funktionieren-sie/
3 https://www.ericsson.com/assets/local/mobility-report/documents/2018/ericsson-mobility-report-november-2018.pdf

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