Forschungsbericht: Entwicklung von Grundlagen für die Integration von Elektronik in den Fenster-, Türen- und Fassadenbau

Teilbericht I: Erarbeitung von Grundlagen

Teilprojekt 13 des Verbundprojektes „Holzbau der Zukunft“ der TU München, der Hochschule Rosenheim und des ift Rosenheim

Durch die wachsenden Anforderungen an die Gebäude bezüglich Wärme- und Sonnenschutz, Einbruchhemmung sowie der Notwendigkeit ausreichender Wohnqualität und -gesundheit wird der Einsatz von Elektronik und Elektromechanik zunehmend erforderlich. Individuelle Kommunikation mit dem Gebäude, der Fassade oder transparenten Bauteilen, wie Fenster oder deren Einrichtungen via Internet oder Telefonie, wird erst durch die Integration von Elektronik (Komponenten mit Systemtechnik) möglich.

So wird z. B. in modernen Bürogebäuden der Einsatz von Klimaanlagen und künstlichem Licht sehr stark reduziert (Sick-Building-Syndrom), um das Wohlbefinden der Nutzer von Bürogebäuden zu erhöhen. Neue Nutzungskonzepte von Gebäuden verlangen intelligente, für verschiedenste Zwecke ausgerichtete Steuerungssysteme und zusätzlich eine sehr hohe Flexibilität der eingebauten Systeme. Die Wartung und Umstellung der Gebäudetechnik wird von Fremdfirmen erledigt, welche zunehmend durch Fernzugriff die Geräte, aber noch nicht die Gebäudehülle, überwachen und konfigurieren.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, werden mittlerweile für alle Bereiche der Gebäudetechnik Produkte mit integrierter Elektronik angeboten. Diese Elektronik überwacht, misst Istwerte wie Luftqualität, Lichtstärke, Temperatur und Feuchte, übergibt Stellwerte an die integrierten Aktoren, stellt die benötigten Mensch-Maschinen-Interfaces zur Verfügung und meldet oder empfängt Anweisungen über entsprechende Datennetze und führt diese aus.

Neue Fragen bezüglich der Arbeits- und Betriebssicherheit von Fenstern und Fassaden beim Einsatz von Antrieben, spannungs- und stromführenden Bauteilen als auch möglichen Fehlfunktionen der eingesetzten Elektronik sind nicht ausreichend beantwortet. Darüber hinaus fehlen derzeit konkrete Vorgaben für die Dimensionierung, Wartung und Instandhaltung von elektrischen Bauteilen. Hierbei ist zu beachten, dass die Elektronik für Fenster und Fassade eine Nutzungsdauer von mindestens 10 bis 15 Jahren aufweisen sollte.

Zu den gesamten Fragestellungen der Integration von Elektronik in die verschiedenen Bauteile, wie z. B. dem Fenster, ist darüber hinaus die Schnittstelle der einzelnen Bauteile zum Wandsystem und die damit verbundene Vernetzung mit der Gebäudetechnik von wesentlicher Bedeutung.

In dieser Ausarbeitung werden zunächst die wesentlichen Komponenten aufgezeigt, die für die Umsetzung entsprechender Anforderungen in einem integralen Planungsprozess im Fenster-, Fassaden- und Türenbau eingeplant werden müssen. In diesem Zusammenhang wird ein Übergabeschlüssel entwickelt, der eine exakte und eindeutige Kennzeichnung der Übergabepunkte und Installationszonen ermöglicht. Dabei wird insbesondere eine exemplarische Aderbelegung der Installationsleitungen aufgezeigt, so dass die Zuordnung zu den eingesetzten Komponenten für den Fassadenbauer und die Elektrofachkraft definiert ist.

Durch einen innovativen Planungsansatz werden innerhalb dieser Ausarbeitung für den Bereich des Fenster-, Fassaden- und Türenbaus die wesentlichen Planungsschritte aufgezeigt und gewerkespezifisch für jeden Planungsschritt die jeweils beteiligten Personen und die wichtigsten Anforderungen aufgezeigt.

Um einen Ausblick für eine optimale Schnittstellendefinition zu geben, wird die Thematik des mechatronischen Fensters aufgegriffen. Hierbei wird im Wesentlichen das mechatronische Fenster im Idealfall lediglich noch mit einer Kommunikationsleitung und einer Versorgungsleitung angebunden. Die gesamte Elektrik und Verkabelung ist verborgen bzw. im Fenster oder in der Fassade integriert.

Für die eindeutige Definition eines mechatronischen Systems im Bereich des Fenster-, Fassaden und Türenbaus werden Vorschläge zu einer Bewertung und einer dementsprechenden Auswertung erarbeitet. Diese Thematik wird mit mehreren praktischen Beispielen verdeutlicht.

Die im Rahmen dieses Berichtes dargestellten Aussagen und Ergebnisse entstammen zum Großteil der internen Projektdokumentation der zweiten Forschungsstelle Hochschule Biberach. Ebenso enthält dieser Bericht Ausarbeitungen des ift Rosenheim. Zu Beginn des Kapitels bzw. Abschnitts wird daher kurz gekennzeichnet, welche Forschungsstelle hierfür im Wesentlichen verantwortlich zeichnet.