KNX Wetterstation Meteodata: Effiziente Jalousiesteuerung in KNX-Systemen

Wie die E-Mobilität oder die dezentrale Energiegewinnung bieten Wetterstationen enorme Möglichkeiten. In der Praxis schrecken Negativbeispiele allerdings viele TGA-Planer und Elektroinstallateure ab. So wird in einem Büro ohne direkte Sonneneinstrahlung die Jalousie heruntergefahren. Gleichzeitig schaltet sich die Beleuchtung ein. Geradezu geschäftsschädigend wird es, wenn Jalousien trotz Starkwinds nicht in eine sichere Position gebracht werden. Häufig entscheiden sich Investoren dann für einfache Lösungen und verzichten auf die Einsparpotenziale und den Komfortgewinn, den sie durch den Einsatz einer KNX Wetterstation erzielen könnten.

Hersteller wie Theben haben inzwischen jedoch Erfahrungen gesammelt. Das Resultat sind zuverlässige Wetterstationen, die in Kombination mit der passenden Software für eine wirtschaftliche und komfortable Automation sorgen. Im Folgenden werden klassische Probleme beschrieben und Lösungen aufgezeigt. So lassen sich Erkenntnisse umsetzen, die beispielsweise durch BIM (Building Information Modeling) schon bei der Planung gewonnen werden.

Wie lässt sich die Beschattungssteuerung eines Hauses mit drei Südfassaden per KNX Wetterstation regeln?

Eine typische Quelle für Fehlfunktionen ist die Beschattung. Die ersten Wetterstationen verfügten entsprechend dem Sonnenverlauf in der Regel über drei Sensoren für die Himmelsrichtungen Süden, Osten und Westen. Dahinter stand die Annahme, dass über eine einzelne Fassade hinweg alle dahinter liegenden Räume gleichmäßig von der Sonne beleuchtet werden. Dies stimmt aber nur für völlig freistehende Gebäude mit wenigen Stockwerken. Schon bei höheren Gebäuden unterscheiden sich die Lichtverhältnisse zwischen dem Erdgeschoss und dem obersten Stock erheblich. In der Praxis werden oft die unteren Stockwerke durch die benachbarte Bebauung beschattet. Die Folge ist dann, dass die Beschattung in den oberen Stockwerken funktioniert. In den unteren Etagen werden die Jalousien trotz des mäßigen Tageslichteinfalls ebenfalls aktiviert. Gleichzeitig wird dort die künstliche Beleuchtung eingeschaltet, da die Räume nun zu dunkel sind. In der Konsequenz wurde die automatische Regelung der Beschattung von den frustrierten Betreibern außer Betrieb genommen.

Dabei kann man diesen Lichtverhältnissen leicht gerecht werden, wenn man eine Fassade in unterschiedliche, frei wählbare Abschnitte unterteilt. Meteodata KNX Wetterstationen erlauben es, bis zu acht Fassaden anzulegen und mit unterschiedlichen Programmen für die Beschattung zu versehen. Zusätzlich lässt sich zu jeder Fassade ein sogenannter Sonnenschutzbereich definieren. Diese Funktion trägt dem Umstand Rechnung, dass ein Gebäude meist nicht von allen Seiten gleichmäßig durch Nachbargebäude beschattet wird. Oft benötigt ein Teil der Fassade nur morgens oder am Nachmittag einen Sonnenschutz. Hierfür lässt sich in der Steuerung für jede einzelne Fassade festlegen, bei welchem Sonnenstand im Tagesverlauf die Beschattung aktiviert werden soll. Bereiche, die durch Nachbargebäude im Schatten liegen, werden nicht einbezogen. Diese Kombination aus frei definierten Fassaden und winkelabhängigen Sonnenschutzbereichen bietets in jedem Raum den maximalen Ertrag an Tageslicht ohne Blendwirkung.

Jalousien perfekt per KNX Wetterstation gesteuert

Die oben beschriebene Erfassung der Sonneneinstrahlung ist nur dann sinnvoll, wenn die Steuerung den spezifischen Aufbau des Sonnenschutzes berücksichtigt. Bei einfacheren Beschattungen, wie etwa im Wohnbereich, wird bei Sonneneinfall eine Jalousie zunächst ganz nach unten gefahren. Anschließend werden die Lamellen auf einen vorher festgelegten Winkel gestellt. Zur Steuerung genügt ein Helligkeitssensor und gegebenenfalls noch die Uhrzeit und die Windgeschwindigkeit, um bei Sturm die Jalousien zu schützen. Derartige Automatisierungslösungen sollen vor allem ein übermäßiges Aufheizen der Räume bei Abwesenheit der Bewohner vermeiden. Für diese Zwecke ist dies völlig ausreichend.

Anders bei Gewerbeobjekten, wie Bürogebäuden. Hier möchte man möglichst viel Tageslicht ohne störende Blendwirkung gewinnen. Dazu muss der Lamellenwinkel einer Jalousie kontinuierlich angepasst werden. Für diese sogenannte Sonnenstandsnachführung sind genaue Daten über die Ausrichtung der Fassade, den Sonnenstand und die Geometrie einer Jalousie erforderlich. Die Topmodelle der Meteodata Wetterstation sind darauf ausgelegt und erleichtern mit praktischen Features die Einrichtung erheblich.

Gebäude-Standort, -Ausrichtung und Ortszeit als Basis der Steuerung und Sonnenstandsnachführung

Die genaue Einfallsrichtung des Sonnenlichts ergibt sich aus der Elevation, d. h. der Höhe der Sonne über dem Horizont und dem Azimut, einer Winkelangabe der Himmelsrichtung, aus der die Sonne scheint. Beide Werte sind fest mit der Uhrzeit und dem Datum an einem bestimmten Ort verknüpft. Anders gesagt: Kennt man von einem Gebäude den Standort, die Ausrichtung und die Ortszeit, berechnet die Wetterstation, aus welcher Richtung die Sonne auf die Fassade trifft. Alle Informationen sind leicht zu beschaffen. Bei vielen Anlagen ist eine Systemuhr ohnehin vorhanden, etwa als Visualisierungsserver mit Internetanschluss. Die ständige Internetverbindung ist jedoch nicht immer gegeben oder gewünscht. Eine autarke Alternative sind DCF77-Funkuhren, die theoretisch in ganz Europa Empfang haben. Jedoch können der geographische Standort, etwa südlich der Alpen, oder ein ungünstiger Einbauort den Empfang stören. Deshalb sind bestimmte Versionen der Meteodata-Serie mit GPS Empfängern ausgestattet.

Da die Wetterstation immer im Freien positioniert ist, ist ein störungsfreier Empfang praktisch garantiert. Außerdem liefert das Modul automatisch den genauen Standort, was die Inbetriebnahme vereinfacht. Einfachere Versionen erlauben die Sonnenstandsnachführung auch ohne GPS. Hierfür muss der Standort einmalig manuell eingegeben werden und eine Systemuhr zur Verfügung stehen. Dies ist auch bei Geräten mit GPS-Modul möglich, wenn dessen Daten nicht genutzt werden sollen.

Damit die Lamellen einer Jalousie genau so stehen, dass sie direktes Sonnenlicht abschatten und gleichzeitig ein Maximum an Tageslicht passieren lassen, muss deren Geometrie (Lamellenbreite und -abstand) in die Berechnung einfließen. Die KNX Wetterstation berechnet anhand dieser Werte und dem aktuellen Sonnenstand die optimale Lamellenposition. Alternativ zu dieser automatischen Berechnung können feste Lamellenpositionen für verschiedene Sonnenstände eingestellt werden. Manchmal ist bei der Inbetriebnahme noch ein Feintuning erforderlich. Der Aufwand ist jedoch gering, da bei großen Fassaden in der Regel nur ein Jalousietyp verwendet wird. Zudem lässt sich die Beschattung fassadenweise temporär unterbrechen. Beispielsweise bei übermäßigem Wind, oder für Service- und Reinigungsarbeiten.

Hochwertige Sensorik für zuverlässige, präzise Erfassung

Neben der Sonne ist Regen ein Wetterphänomen, auf das die Gebäudeautomation reagieren muss. Aber wann soll ein Regensensor anschlagen? Bei leichtem Niesel oder erst bei Dauerregen? Das kommt ganz darauf an, was die Sensorik schützen soll. Der Regensensor der Meteodata Wetterstation unterscheidet nicht, woher die Feuchtigkeit kommt. Bei sensitiver Einstellung registriert er selbst den morgendlichen Tau. Sollen textile Behänge geschützt werden, ist diese Meldung sinnvoll. So werden diese erst ausgefahren, wenn die Luftfeuchtigkeit gering genug ist. Der Regensensor verfügt über eine Beheizung, die beim Registrieren von Feuchtigkeit automatisch aktiviert wird. Dadurch erfasst er das Ende eines Schauers in kürzester Zeit. Trotzdem wird auch leichter Regen zuverlässig erkannt. Bei Unterschreiten einer Außentemperatur von 5°C wird die Beheizung modulierend zugeschaltet. Dies verhindert Störungen des Regensensors durch Frost.

Vorverarbeitung der Daten in der KNX Wetterstation

Meteodata Wetterstationen bieten neben den üblichen Universalkanälen (Wind, Temperatur, Helligkeit …) und Sonnenschutzkanälen auch Logikkanäle (UND, ODER, XOR). Damit lassen sich einfache Algorithmen mit internen und externen Bedingungen erstellen. In Verbindung mit KNX Jalousieaktoren von Theben spielt Meteodata ihre volle Stärke aus. Es ist beispielsweise möglich, die Beschattung eines Raumes nur dann automatisch zu aktivieren, wenn die Außentemperatur mehr als 15°C beträgt und der Raum besetzt ist. Solange der Raum unbesetzt ist und die Sonne niemanden stört, lässt sich der Solarertrag zur Erwärmung des Raumes nutzen.

Umgekehrt kann man im Hochsommer ein nicht genutztes Besprechungszimmer stärker abdunkeln, um es möglichst kühl zu halten. Auch eine Kombination mit der Beleuchtung und anderen Werten ist möglich. Richtig angewandt machen solche Funktionen die Programmierung einfacher und übersichtlicher. Zudem kommt sie dem Trend hin zur vollständig zentralisierten Steuerung entgegen. Die dezentrale Intelligenz ist die ursprüngliche Idee hinter KNX. Manchmal ist es aber kostengünstiger, eine leistungsschwache Peripherie mit einer zentralen Steuerung wie Visualisierungs- oder Facility-Server zu nutzen. Fällt so eine Steuerung oder das Datennetz aus, sind wesentliche Funktionen nicht mehr verfügbar. Die Vorverarbeitung der Daten in der Wetterstation ist ein guter Kompromiss, der die Anlagenverfügbarkeit erhöht.

Für jeden Einsatz die passende KNX Wetterstation

Meteodata Geräte wurden speziell für den Einsatz in KNX-Systemen entwickelt und in verschiedenen Ausstattungsvarianten erhältlich. Dazu kommt eine Ausführung für das KNX Smart Home System LUXORliving, das auf KNX-Komponenten mit reduzierten Funktionsumfang basiert und die besonders einfache und kostengünstige Automatisierung eines Wohngebäudes ohne ETS erlaubt. Die Wetterstationen sind wahlweise mit oder ohne GPS Modul verfügbar. Zudem unterscheiden sie sich in der Spannungsversorgung (nur über KNX, 24 V, 230 V). Grundsätzlich funktionieren die 24 V- und 230 V-Versionen dauerhaft auch ohne zusätzliche Spannungsversorgung. Dann stehen lediglich die Beheizung des Regensensors und die GPS-Funktion nicht zur Verfügung.

Der mechanische Aufbau der Station und die Qualität der Sensorik ist auf eine hohe Messgenauigkeit über einen langen Zeitraum ausgelegt. So verzichtet Theben auf eine kostengünstige, aber ungenaue Messung der Windgeschwindigkeit mittels Temperaturdifferenz. Stattdessen ist die Meteodata Wetterstation mit einem professionellen Anemometer ausgerüstet. So lassen sich die Windschwellenwerte, die etwa ein Jalousiehersteller vorgibt, zuverlässig einhalten. Als Schutz gegen Frost und Verschmutzung befindet sich der Rotor auf der Gehäuseunterseite. Auch die anderen Sensoren sind durchdacht positioniert. Der Temperatursensor etwa steht aus dem Gehäuse heraus, damit er nicht von der Heizung des Regensensors beeinflusst wird.

Das transparente Gehäuse nimmt die farbliche Gestaltung der Fassade auf und integriert sich unauffällig in das Gesamtbild. Der verwendete Kunststoff ist äußerst robust und unempfindlich gegenüber Hitze, Kälte und Sonneneinstrahlung. Selbstverständlich sind alle Komponenten UV-beständig. Die Wetterstation ist damit äußerst langlebig. Sie vereint sämtliche für KNX-Systeme benötigte Sensorik in einem Gehäuse. Die Messgenauigkeit entspricht in vollem Umfang den hohen Anforderungen an Energieeffizienz, Komfort und Automatisierungsgrad von modernen Wohn- und Gewerbeobjekten.

Wie erfolgt die Montage der Meteodata KNX Wetterstationen?

Montiert wird zuerst der Sockel mit integrierter Bussteckklemme und Netzanschluss bzw. 24V DC. Für die Variante ohne Regensensor reicht der Anschluss des Buskabels. Danach steckt man die Wetterstation einfach auf – fertig. Dank der vorprogrammierten Universal- und Sonnenschutzkanäle ist die Wetterstation schnell in Betrieb genommen. Per GPS-Signal erhält die Meteodata mit GPS-Modul die exakte Zeitangabe, über die sich alle anderen Busteilnehmer synchronisieren lassen. Über GPS wird zudem der genaue Standort bestimmt. Dies vereinfacht die Inbetriebnahme des Geräts erheblich.

Welche Meteodata KNX Wetterstationen gibt es?

Meteodata 140 S GPS KNX
Mit integriertem GNSS-Empfänger (GPS, GLONASS, Galileo, QZSS) und 230 V Betriebsspannung

Meteodata 140 S KNX
Ohne GNSS-Empfänger mit 230 V Betriebsspannung

Meteodata 140 S 24V GPS KNX
Mit integriertem GNSS-Empfänger (GPS, GLONASS, Galileo, QZSS) und 24 V Betriebsspannung

Meteodata 140 S 24V KNX
Ohne GNSS-Empfänger mit 24 V Betriebsspannung

Meteodata 140 basic KNX
Basis-Wetterstation ohne GNSS-Empfänger mit Spannungsversorgung über den KNX-Bus

LUXORliving M140
Wetterstation für das KNX Smart Home System LUXORliving mit 230 V Betriebsspannung