Neratec Solutions AG 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1
Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Markus Hüppi 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide
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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide
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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 4
Smart Building Quelle: http://www.rolladensteuerung.ch/ Automatisierung und Regelung Aktuell: Energie sparen Home Automation System: Regelung mit diversen Aktoren und Sensoren 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 5
Home Automation Quelle: http://www.orble.com/ 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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 6
Projekt der Fallstudie NIQ von Neurobat 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 7
Neurobat NIQ (Fallstudie) Heizungsregler-Zusatzgerät Spart Heizkosten Bietet besseren Raumkomfort Ist einfach zu bedienen 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 8
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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 9
Beispiel: Wintersonne I Heizungsregelung basierend auf Aussenfühler und Heizkurve 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 10
Beispiel: Wintersonne II Heizungsregelung mit NIQ 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 11
Wie wird s gemacht? Heizungsregler-Zusatzgerät Spart Heizkosten Bietet besseren Raumkomfort Ist einfach zu bedienen keine Überhitzung konstante Temperatur Vorgabe der Soll-Temperatur 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1
Aufputz-Verkabelung relativ aufwendig und teuer nicht sehr ästhetisch Wireless Sensoren 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1
Drahtgebunden Wireless I Aktuelle Situation: Die aufwendige Messschaltung befindet sich im NIQ Der Sensor wird über eine Zweidrahtleitung abgesetzt montiert Die Messwertübertragung erfolgt analog 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 14
Drahtgebunden Wireless II Für Wireless braucht es mehr als nur eine Antenne 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 15
Drahtgebunden Wireless III Für die Funkübertragung braucht es ein Funkmodul Die Messwertübertragung per Funk erfolgt digital 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 16
Drahtgebunden Wireless IV Hardware Wireless Sensoren ab Stange Funkmodul integriert in NIQ Software Ansteuerung Funkmodul Wireless Konfiguration / Management 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 17
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? 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 18
Wireless Technologien 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 19
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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 0
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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1
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: http://en.wikipedia.org 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide
EnOcean - Architektur Quelle: http://www.enocean.com 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide
EnOcean Hohe Zuverlässigkeit regulierte Frequenz-Bänder mit der höchsten Verfügbarkeit des Frequenzkanals (low duty-cycle) - 868 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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 4
EnOcean Hohe Zuverlässigkeit Quelle: http://www.enocean.com Wenig Kollisionen, da ultra-kurze Telegramme und tiefer duty-cycle Hohe Übertragungswahrscheinlichkeit auch bei vielen Sendern (>100/Minute) durch Mehrfachübertragung 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 5
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) 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 6
Erfahrungen und Messwerte 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 7
Test Setup EvalKit (Sender) Field Meter (Empfänger) Repeater Quelle: http://www.enocean-alliance.org Quelle: http://www.enocean-alliance.org 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 8
Messungen Gewerbehaus: gleiches Stockwerk Sender TX ortsfest im. OG rd floor 1 Empfänger ist mobil im. OG Reichweiten im gleichen Stockwerk: 1 1 0 1 1.5 m sehr gut 1 4 m brauchbar 0 - - - 1 1 Mehr Wände verringert die Reichweite - - - nd floor 0 1 1- TX 1 0 0-1 0 0-1 0 5 m 1-0-1 0 1 0 m 15 m - - 10 m - 1.6 m ~ 14. m - 0 0-1 0 High Low 1 No installation 0 No telegram received Receiver position 0 m 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 9
Messungen Gewerbehaus: Stockwerke rd floor 1 5 m 0 m 0 1 1 15 m 1 10 m 11.1 m 0 - - - 1 1 - - - nd floor 0 1 1 1- TX Sender mobil im. OG Sender TX im. OG 0 0-1 0 0-1 0 1-0-1 0 1 - - - ~ 14. m Reichweiten Stockwerke: 11m sehr gut 1 0m brauchbar 0 0-1 0 High Low 1 No installation 0 m 0 - No telegram received Receiver position Einfluss Boden/Decke klar ersichtlich 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 0
Reichweiten-Vergleich Gewerbehaus Signalstärke / Reichweite. OG 0 5 0 15 10 5 0 gut brauchbar schlecht max 16 5 8 min 0 7.5 median 8 16.5 5 Signalstärke / Reichweite. OG 0 5 0 15 10 5 0 gut brauchbar schlecht max 14 0 min 0 9.5 1 median 7 14.75 17.5 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) 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 1
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) 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide
Messungen EFH: OG, DG Obergeschoss Dachgeschoss 7.7 m 11.90 m 1 m DF Temeratur- Sensor 7.00m Empfang im OG 7.7 1 m / DG 1 m (ohne Repeater) mit Repeater Empfang im ganzen Haus gut 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide
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 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 4
Your contact: Markus Hüppi Projektleiter Direct: +41 55 5 0 77 Markus.hueppi@neratec.com 0.06.1 Fallstudie: Drahtlose Sensor-Vernetzung für Smart Buildings Slide 5