Neratec Solutions AG. Neratec Solutions AG, CH-8608 Bubikon Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings

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1 Neratec Solutions AG Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1

2 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Markus Hüppi Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide

3 Firmenprofil - Neratec Solutions AG Bubikon, Zürcher Oberland 5 Mitarbeiter vorwiegend HW und SW Ingenieure Industrial Wireless Products Wireless Produkte für Industrieanwendungen für BB Kunden R&D Services Entwicklungsdienstleistungen für kundenspezifische Produkte Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide

4 Agenda Smart Building Intelligente Heizungsregelung mit NIQ von Neurobat Wireless Sensoren Von Drahtgebunden auf Wireless Auswahlkriterien für wireless Technologien Evaluation der wireless Technologien Erfahrungen und Messwerte Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 4

5 Smart Building Quelle: Automatisierung und Regelung Aktuell: Energie sparen Home Automation System: Regelung mit diversen Aktoren und Sensoren Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 5

6 Home Automation Quelle: Je nachdem wie smart das Haus sein soll, kann es sein, dass das ganze Haus mit Aktoren und Sensoren vollbepackt ist. Im Fall von Energie sparen muss man aufpassen, dass das Home Automation System nicht mehr Energie braucht als es einspart Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 6

7 Projekt der Fallstudie NIQ von Neurobat Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 7

8 Neurobat NIQ (Fallstudie) Heizungsregler-Zusatzgerät Spart Heizkosten Bietet besseren Raumkomfort Ist einfach zu bedienen Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 8

9 Sensor Signal Acquisition Übernahmeeinheit Unit Wie funktioniert s? Klima Climate Modell Model Vorhersage Prediction Solar Radiation Sonneneinstrahlung Gebäude Building Modell Model Vorhersage Prediction External Aussentemperatur Temperature Room Raumtemperatur Temperature Benutzer User Modell Vorhersage Prediction Benutzeranwesenheit User Presence Return Rücklauftemperatur Temperature Flow Vorlauftemperatur Temperature Optimale Heiz- Heating leistung Power Motorventil Valve Kontrollsignal Control Signal Ventilkontrolle Optimal Control Algorithm Optimaler Regler Algorithmus Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 9

10 Beispiel: Wintersonne I Heizungsregelung basierend auf Aussenfühler und Heizkurve Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 10

11 Beispiel: Wintersonne II Heizungsregelung mit NIQ Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 11

12 Wie wird s gemacht? Heizungsregler-Zusatzgerät Spart Heizkosten Bietet besseren Raumkomfort Ist einfach zu bedienen keine Überhitzung konstante Temperatur Vorgabe der Soll-Temperatur Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1

13 Aufputz-Verkabelung relativ aufwendig und teuer nicht sehr ästhetisch Wireless Sensoren Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1

14 Drahtgebunden Wireless I Aktuelle Situation: Die aufwendige Messschaltung befindet sich im NIQ Der Sensor wird über eine Zweidrahtleitung abgesetzt montiert Die Messwertübertragung erfolgt analog Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 14

15 Drahtgebunden Wireless II Für Wireless braucht es mehr als nur eine Antenne Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 15

16 Drahtgebunden Wireless III Für die Funkübertragung braucht es ein Funkmodul Die Messwertübertragung per Funk erfolgt digital Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 16

17 Drahtgebunden Wireless IV Hardware Wireless Sensoren ab Stange Funkmodul integriert in NIQ Software Ansteuerung Funkmodul Wireless Konfiguration / Management Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 17

18 Auswahlkriterien für wireless Technologien Kriterium Funktionalität Konformität Kompatibilität Komplexität Wireless Sensoren Funkmodul Kosten Reichweite Installation Betrieb Beschreibung Ist die Technologie für Home Automation geeignet? In welchen Ländern ist die Technologie zugelassen? Können Produkte verschiedener Hersteller eingesetzt werden? Wie komplex ist die Integration der Technologie ins vorhandene System? Sind die benötigten Sensoren verfügbar? Ist ein Funkmodul verfügbar, welches ins Gerät integriert werden kann? Sind die Kosten für die Komponenten angemessen? Ist ein Link vom Keller in das Wohnzimmer möglich? Wie wird das Funksystem zuverlässig installiert? Wie muss das Funksystem gewartet werden? Welche Fehlerfälle können auftreten und wie werden Sie behoben? Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 18

19 Wireless Technologien Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 19

20 Technologie-Übersicht Technologie Frequenz Regionen Komplexität, Kosten EnOcean 868 / 15 MHz Europa, USA FCC Länder Einfach, preiswert Sehr gut geeignet für einfache Sensoren / Aktoren KNX RF 868 MHz EU Moderat, wenig Anbieter, macht nur im Zusammenhang mit KNX (wired) Sinn WLAN.4 GHz Global Komplex, teuer keine Anwendungsprofile, keine Sensoren ZigBee Home Automation.4 GHz Global Eher Komplex; preiswert, Profile Anbieter-spezifisch, wenig Sensoren Z-Wave 868 / 90 MHz USA, (Europa) Mittlere Komplexität Einstiegskosten höher in EU (fast) keine Anbieter HomeMatic 868 MHz EU Einfach, basierend auf BidCos, eher für Heimwerker, kein Funkmodul Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 0

21 Technologie-Übersicht - Selektion Technologie Frequenz Regionen Komplexität, Kosten EnOcean 868 / 15 MHz Europa, USA FCC Länder Einfach, preiswert Sehr gut geeignet für einfache Sensoren / Aktoren KNX RF 868 MHz EU Moderat, wenig Anbieter, macht nur im Zusammenhang mit KNX (wired) Sinn WLAN.4 GHz Global Komplex, teuer keine Anwendungsprofile, keine Sensoren ZigBee Home Automation.4 GHz Global Eher Komplex; preiswert, Profile Anbieter-spezifisch, wenig Sensoren Z-Wave 868 / 90 MHz USA, (Europa) Mittlere Komplexität Einstiegskosten höher in EU (fast) keine Anbieter HomeMatic 868 MHz EU Einfach, basierend auf BidCos, eher für Heimwerker, kein Funkmodul Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1

22 ZigBee für Home Automation ZigBee: low-cost, low-power, wireless mesh network möglich.4 GHz, Einsatz weltweit möglich Datenraten: 0 bis 50 kbps sehr flexibel ZigBee Produkte von versch. Herstellern sind meistens nicht kompatibel ZigBee PRO: verschiedene Profile sollen die Interoperabilität gewährleisten ZigBee HA ZigBee für Home Automation relative neu nur wenig zertifizierte HA Produkte Quelle: Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide

23 EnOcean - Architektur Quelle: Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide

24 EnOcean Hohe Zuverlässigkeit regulierte Frequenz-Bänder mit der höchsten Verfügbarkeit des Frequenzkanals (low duty-cycle) MHz (ETSI) / 15 MHz (FCC) Mehrfach-Telegrammaussendung mit Checksumme Kurze Telegramme (ca. 1ms) Hohe Reichweite: bis zu 0m im Gebäude & 00m im Freifeld Repeater verfügbar für Erweiterungen (max. Repeater) Uni- und bidirektionale Kommunikation Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 4

25 EnOcean Hohe Zuverlässigkeit Quelle: Wenig Kollisionen, da ultra-kurze Telegramme und tiefer duty-cycle Hohe Übertragungswahrscheinlichkeit auch bei vielen Sendern (>100/Minute) durch Mehrfachübertragung Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 5

26 EnOcean Vorteile / Nachteile Vorteile: Geringer Energiebedarf Interoperabilität Koexistenz Mit anderen Funksystemen Nachteile: Hohe Datenübertragungsraten von 15 kbit/s Geringer "Daten-Overhead" ASK-Modulation Funkprotokoll ist definiert und in Modulen integriert Sensorprofile festgelegt und von Nutzern eingehalten Eindeutige Sende-ID ( Bit) Keine Interferenz mit DECT, WLAN, Bluetooth etc. System Design verifiziert in vielen Gross-Projekten Funktion limitiert (kurze Telegramme, vordefinierte Typen) Proprietäre Technologie (nur von EnOcean erhältlich) Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 6

27 Erfahrungen und Messwerte Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 7

28 Test Setup EvalKit (Sender) Field Meter (Empfänger) Repeater Quelle: Quelle: Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 8

29 Messungen Gewerbehaus: gleiches Stockwerk Sender TX ortsfest im. OG rd floor 1 Empfänger ist mobil im. OG Reichweiten im gleichen Stockwerk: m sehr gut 1 4 m brauchbar Mehr Wände verringert die Reichweite nd floor TX m m 15 m m m ~ 14. m High Low 1 No installation 0 No telegram received Receiver position 0 m Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 9

30 Messungen Gewerbehaus: Stockwerke rd floor 1 5 m 0 m m 1 10 m 11.1 m nd floor TX Sender mobil im. OG Sender TX im. OG ~ 14. m Reichweiten Stockwerke: 11m sehr gut 1 0m brauchbar High Low 1 No installation 0 m 0 - No telegram received Receiver position Einfluss Boden/Decke klar ersichtlich Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 0

31 Reichweiten-Vergleich Gewerbehaus Signalstärke / Reichweite. OG gut brauchbar schlecht max min median Signalstärke / Reichweite. OG gut brauchbar schlecht max 14 0 min median Wänden und Stockwerkgrenze machen sich klar als Reichweitenreduktion bemerkbar Die Reichweiten-Bereiche der verschiedenen Qualitätsstufen überlappen Brauchbare Reichweite liegt im Bereich 15-0m (0m sind zu optimistisch, nur mit Repeater erreichbar) Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1

32 Messungen EFH: UG, EG Untergeschoss Erdgeschoss Transmitter 9.67m Repeater 8.9 m 0.90m 10.81m 11 m 11 m Presence Detector 0.60m 0.60m 0.60m 7.00m 7.00m Empfang im UG 9.7 >11 m / im EG 8.9 >11 m (ohne Repeater) Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide

33 Messungen EFH: OG, DG Obergeschoss Dachgeschoss 7.7 m m 1 m DF Temeratur- Sensor 7.00m Empfang im OG m / DG 1 m (ohne Repeater) mit Repeater Empfang im ganzen Haus gut Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide

34 Zusammenfassung Smart Building NIQ von Neurobat Wireless Sensoren Wired Wireless Wireless Technologien EnOcean Neratec Solutions AG Automatisierung und im besten Fall Energie sparen Heizungsregler add-on um Heizkosten zu sparen können je nach Applikation eine gute Lösung darstellen Nicht immer ganz so einfach wie es klingt Es gibt immer mehr Möglichkeiten, am Ende passt doch nur eine eine ausführliche Evaluation ist wichtig Infolge der eingeschränkten Möglichkeiten ist es einfach zu integrieren Kann Ihnen bei Ihrem wireless Problem bestimmt weiterhelfen Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 4

35 Your contact: Markus Hüppi Projektleiter Direct: Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 5

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