RFID, eine Schlüsseltechnologie für transparente Bauwerkserstellung und nachhaltigen Gebäudebetrieb (RFID- Sensor: Energie-Hygiene-Sicherheit)

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1 F 2908 N. König, C. Philipp, B. Hanisch, K. Ebert, T. Gier, G. vom Bögel, A. Hennig, M. Lörcks RFID, eine Schlüsseltechnologie für transparente Bauwerkserstellung und nachhaltigen Gebäudebetrieb (RFID- Sensor: Energie-Hygiene-Sicherheit) Fraunhofer IRB Verlag

2 F 2908 Bei dieser Veröffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlussberichtes einer vom Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung -BMVBS- im Rahmen der Forschungsinitiative»Zukunft Bau«geförderten Forschungsarbeit. Die in dieser Forschungsarbeit enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben die fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder. Diese werden hier unverändert wiedergegeben, sie geben nicht unbedingt die Meinung des Zuwendungsgebers oder des Herausgebers wieder. Dieser Forschungsbericht wurde mit modernsten Hochleistungskopierern auf Einzelanfrage hergestellt. Die Originalmanuskripte wurden reprotechnisch, jedoch nicht inhaltlich überarbeitet. Die Druckqualität hängt von der reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptes ab, das uns vom Autor bzw. von der Forschungsstelle zur Verfügung gestellt wurde. by Fraunhofer IRB Verlag 2015 ISBN Vervielfältigung, auch auszugsweise, nur mit ausdrücklicher Zustimmung des Verlages. Fraunhofer IRB Verlag Fraunhofer-Informationszentrum Raum und Bau Postfach Stuttgart Nobelstraße Stuttgart Telefon Telefax irb@irb.fraunhofer.de

3 IBP-IMS-Bericht RFID RFID, eine Schlüsseltechnologie für transparente Bauwerkserstellung und nachhaltigen Gebäudebetrieb (RFID-Sensor: Energie-Hygiene-Sicherheit) Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung gefördert. (Aktenzeichen: SF / II 3 - F ) Die Verantwortung für den Inhalt des Berichtes liegt bei den Autoren. Stuttgart/Duisburg, im März 2013 N. König (IBP, Projektleitung) C. Philipp B. Hanisch K. Ebert T. Gier G. vom Bögel (IMS) A. Hennig M. Lörcks Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP Nobelstr Stuttgart Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS Finkenstraße Duisburg 1

4 Inhalt 1 Vorwort, Danksagung 6 2 Zielsetzung und Zusammenfassung Ausgangslage Forschungsansatz Untersuchungsmethodik Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse 10 3 Grundlagen RFID-Technik Allgemein Aufbau und grundlegende Funktionsweise eines RFID- Systems Klassifizierung der Transpondertechnik und Begriffsbestimmung Reichweite und Frequenzbereiche Passive Transponder Aktive Transponder und RFID-Netzwerke Auswahl der Übertragungstechnik Auswahl der Übertragungsfrequenz Elektrosmog durch den Einsatz von Transpondertechnik RFID-Emblem und RFID-Etikett 25 4 Grundlagen RFID-Sensor-Technik Verfügbare Sensoren für Transpondersysteme Sensortechnik Temperaturmessung Sensortechnik Druckmessung Sensortechnik Feuchtemessung Sensortechnik Lichtmessung Sensortechnik DMS-Messung Lesegeräte für passive RFID-Transponder Produktbeispiele für LF Lesegeräte Produktbeispiele für UHF-Lesegeräte Produktbeispiele für Sensornetz-Technik und aktive UHF-RFID-Systeme Middleware, ID-Datenübertragung 34 5 Anwendungen der RFID-Technik im Hochbau Allgemeine Übersicht, Stand ARGE RFIDimBau Andere Forschergruppen (FORBau, u.a.) 39 2

5 6 Untersuchte Anwendungen der RFID-Sensor- Technik im Hochbau Anwendung Energie, Nachhaltigkeit am Beispiel von VIP Bestimmung der wärmetechnischen Eigenschaften bei VIPs Beschreibung der RFID-Drucksensor-Technik Kalibrierung, Kalibrierprozess im Labor Vorteile der RFID Sensor-Technik bei VIP Vorteile in Produktion und Herstellung Vorteile bei Einbau und Abnahme Vorteile in der Nutzungsphase Messunsicherheit und Abnahmeprozess bei RFID-Sensortranspondern Prüfung der RFID-Drucksensor-Technik an Fassaden mit VIPs Testkörper Versuche in der Klimakammer Langzeit-Messungen an der Testfassade Tests zum Temperatureinfluss Tests zur Auslesbarkeit Einfluss von Lesegerät und Antenne Einfluss der Antennenhalterung Einfluss von Zwischenschichten Einfluss des Haltewinkels Tests zur Messunsicherheit an VIP-Drucksensor- Technik Feuchte- und Temperatur-Transponder zur Bauteil-Überwachung Anwendungsbeispiel Energie: Energetischer Soll-Ist-Vergleich Relevante Bauteildaten Datenspeicherort Integration in die Gebäudeautomation Dynamischer Energieausweis Anwendungsbeispiel Energie: Solaranlagensteuerung Anwendung Hygiene, Lüftungsleitungen Anforderungen an Luftleitungen Bauliche Problembereiche und Grenzwerte in Lüftungsleitungen Verwendete RFID- Technik RFID- Sensornetz als UHF- System mit externem Sensor RFID- LF- System zur Feuchtemessung Versuchsanlagen Demonstrator Hygiene, Lüftungsleitungen Fazit und Ausblick für Lüftungsleitungen Anwendung Sicherheit, Holzbauteile Untersuchungen an Testaufbauten zu Feuchtesensoren 82 Fraunhofer IBP-IMS Bericht RFID 01/2012 RFID-Sensor: Energie-Hygiene-Sicherheit 3

6 6.6.2 Test zur Funkreichweite in Deckensystemen Test zur Sensorpositionierung in Holzbauteilen Integration der RFID- und Sensor-Daten in den Gebäudebetrieb Visualisierung und Schnittstellen Beispiel Lüftung Visualisierung und Datenbank Beispiel Dächer 92 7 Erfahrungen im Umgang mit RFID-Sensor- Technik und zur Bautauglichkeit Erfahrungen im Umgang mit der Hardware Erfahrungen im Umgang mit RFID-Software und Auswerteprogrammen Erfahrungen zur Datensicherheit und Entsorgung Qualitätsmanagement, Kosten-Nutzen- Relation Qualitätssteigerung durch Bauwerksmonitoring Qualitätsbewertung der RFID-Technik durch QFD Kosten der RFID-Sensor-Transponder Umsetzung und Integration in künftige Projekte Integration in weiterführende Fraunhofer- Projekte Betonsensor Wärmespeicher mit Dämmung mittels VIP Feuchtekontrolle bei Sanierungen mit Innendämmung Umsetzung in der ARGE RFIDimBau Umsetzung mit Hardware- und Software- Herstellern Umsetzung zur Marktkontrolle in der Bauprodukt-Kennzeichnung Umsetzung mit der Bauwirtschaft Publikationen, Internet, Seminare, Messen Weiterführende Hinweise und Dokumente Übersicht zu den verwendeten RFID-Systemen Messungen mit unterschiedlichen Abdeckmaterialien Messwerte aus RFID-Drucksensoren im Saugheber-Versuch Beispiele für RFID-Etiketten Datenblätter verwendeter Geräte und Sensoren Datenblatt AEG-Lesegerät ARE H5 128 Fraunhofer IBP-IMS Bericht RFID 01/2012 RFID-Sensor: Energie-Hygiene-Sicherheit 4

7 Datenblatt Betauungssensor Hygrosens SHS-A Datenblatt Feuchte-Temperatursensor Sensirion SHT Datenblatt Sensortransponder Digi - XBee Publikationen aus Fraunhofer IMS und IBP zu RFID-Sensor-Technik Literaturverzeichnis 136 Fraunhofer IBP-IMS Bericht RFID 01/2012 RFID-Sensor: Energie-Hygiene-Sicherheit 5