Gebäudeautomation: Die smarte Sporthalle
„Smart Buildings“ garantieren einen nachhaltigen und kostensparenden Betrieb. Entscheidend ist dabei, dass alle Systeme miteinander vernetzt sind und sich zentral steuern lassen.
Der Betrieb einer Sporthalle ist ein vergleichsweise energieintensives Unterfangen. Vor allem der große Bruttorauminhalt geht dabei mit teils erheblichen Anforderungen an RLT-Anlagen, Heizungs- und Klimatisierungssysteme einher. Hinzu kommen weniger energieintensive Gewerke wie beispielsweise die Beleuchtung in Sport- und Nebenräumen – vorausgesetzt, die Verantwortlichen haben hier bereits auf energiesparende LED-Technologie umgerüstet. Neben diesen für den Gebäudebetrieb unerlässlichen Gewerken profitieren vor allem größer dimensionierte Projekte von einer Vielzahl weiterer smarter Lösungen, die einerseits Kosten und Energie sparen, andererseits aber vor allem den Arbeitsaufwand im Betrieb reduzieren sollen.
Gebäudeautomation: Grundpfeiler der Nachhaltigkeit
Der Ansatz des „Smart Buildings“ ist dabei längst keine Zukunftsmusik mehr: Bereits heute haben diverse Hersteller am Markt entsprechende Systeme und Technologien entwickelt, die vielerorts in Modellprojekten umfangreich erprobt sind.
Vor allem im Bereich der energetischen Optimierung konnte die Industrie in den vergangenen Jahren erhebliche Erfolge verzeichnen: So erklärte der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. bereits 2018, dass der Energiebedarf eines Bürogebäudes allein durch Automation aller Gewerke um bis zu 30% gesenkt werden könne. Das unabhängige Forschungsinstitut Borderstep hat in seiner Studie „Klimaschutz und Energieeffizienz durch digitale Gebäudetechnologien“ die Bedeutung der Gebäudeautomation für die Erreichung der Klimaschutzziele der Bundesregierung ermittelt: „Im Jahr 2020 verursachte der Gebäudesektor in Deutschland 118 Mio. Tonnen CO2-Emissionen.
Das sind rund 30 Prozent der CO2-Emissionen in Deutschland. Laut Klimaschutzgesetz müssen diese Emissionen bis zum Jahr 2030 auf 67 Mio. Tonnen sinken und damit nahezu halbiert werden. Dies kann nur durch die Kombination verschiedener Maßnahmen gelingen.“ Die Gebäudeautomation sei hierbei eine entscheidende Stellschraube: „Durch den Einsatz von Gebäudeautomation in Wohn- und Nicht-Wohngebäuden können kurz- bis mittelfristig (2030) bis zu 14,7 Mio. Tonnen CO2-Emissionen im Gebäudesektor eingespart werden. Dies entspricht fast 30 Prozent des im Klimaschutzgesetz formulierten Reduktionsziels von 51 Mio. Tonnen für den Gebäudesektor.“ Hinsichtlich der Lebenszyklusanalyse (LCA) von Sporthallenprojekten und deren energetischer Versorgung ergebe sich durch eine integrale Gebäudeautomation zudem der Vorteil, dass die Technik im Verlauf ihres Lebens ein Vielfaches der Energie einspare, die sie über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg verbrauche. Und auch in Sachen Energiewende führe kein Weg an der Gebäudeautomation vorbei, wie Dr. Severin Beucker, Gründer und Gesellschafter des Borderstep Instituts, betont: „Mit der Gebäudeautomation kann sowohl der Energiebedarf von Gebäuden gesenkt, als auch die Nutzung erneuerbarer Energien erhöht werden.“
In Zeiten niedriger Einspeisevergütungen kann die Gebäudeautomation Kommunen und Vereinen dabei helfen, beispielsweise über die hauseigene Photovoltaik-Anlage gewonnen Überschussstrom effektiver direkt vor Ort zu nutzen – etwa zur Warmwasserbereitung oder zur Versorgung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge.
Moderne Technik macht noch kein „Smart Building“
Stellen die Installation moderner Technik sowie deren regelmäßige Wartung und Optimierung die Grundlage für einen energiesparenden Sporthallenbetrieb dar, kann hier noch nicht von einem „Smart Building“ die Rede sein – auch die größte Menge „smarter“ Einzel-Technologien macht eine Sporthalle noch nicht intelligent. Um Sporthallen sicher und komfortabel nutzbar zu machen und gleichzeitig im Betrieb möglichst wenig Energie zu verbrauchen, ist vor allem das Zusammenspiel aller Einzelkomponenten entscheidend: Erst die Vernetzung und zentrale Steuerung aller Gewerke macht die Sporthalle zum „Smart Building“ und garantiert erhebliche Einsparungen im Betrieb.
Technische Grundlagen der Gebäudeautomation
Grundlegend lässt sich die Gebäudeautomation als ein Zusammenspiel aus Sensoren, Aktoren, Kontroll- und Steuereinheiten sowie verschiedenen Software-Anwendungen auf drei Ebenen beschreiben: Feld-Ebene, Automations-Ebene und Management-Ebene.
Auf der Feld-Ebene finden sich alle technologischen Einzelkomponenten, die einen „smarten“ Gebäudebetrieb überhaupt erst ermöglichen: Die Sensoren und Aktoren. Erstere, die „Sinnesorgane“ des Gebäudes, erfassen laufend den Ist-Zustand verschiedener Parameter im Gebäude – z. B. die Raumlufttemperatur, Raumluftfeuchte, den CO2-Gehalt der Luft oder Vorlauftemperaturen von Heizungsanlagen. Auch einfache Bewegungsmelder oder Tageslichtsensoren gehören zur Grundausstattung an in einer smarten Sporthalle verbauten Sensoren. Die laufend gesammelten Daten werden anschließend über das Netzwerk (meistens LAN, WLAN oder Ethernet) an die entsprechenden Kontrolleinheiten übermittelt. Auf der anderen Seite finden sich auf der Feld-Ebene alle Aktoren, die auf ein Signal der Kontrolleinheit hin mechanische Maßnahmen einleiten. Kurz gesagt: Der Sensor erfasst eine Veränderung des Ist-Zustands, übermittelt diesen an die Kontrolleinheit, die wiederum eine mechanische Reaktion des Aktors (z. B. Ventil wird geöffnet) einleitet. Auf der Automationsebene findet dann der eigentliche Automationsprozess statt. Sogenannte DDC-Controller (Direct Digital Control) für die Gebäudeautomation stellen dabei das Herzstück eines Smart Buildings dar: Hier laufen die von den Sensoren gemessenen Ist-Werte zusammen, werden mit den Soll-Werten abgeglichen und eine entsprechende Reaktion durch den Aktor eingeleitet – vollautomatisch. Wie und in welchem Umfang der Controller (bzw. die darauf installierten Regelungsprogramme) schlussendlich auf sich ändernde Ist-Zustände reagieren soll, kann sich dabei sehr genau und individuell einstellen lassen. Die Gebäudeautomation ist in dieser Hinsicht auch als laufender Prozess zu betrachten, denes permanent zu optimieren gilt.
Auf der übergeordneten Management-Ebene kommt dann wiederum doch der Mensch ins Spiel, ohne den es auch im automatisierten Smart Building nicht geht: Hier finden sich vor allem Software-Anwendungen für das Energie- und Gebäudemanagement, mit Hilfe derer die Verantwortlichen den Automatisierungsprozess und die tatsächlichen Verbräuche im Gebäude laufend dokumentieren und überwachen können, um im Problemfall reagieren zu können oder Optimierungspotenziale frühzeitig zu erkennen. Künftig werden aber vermutlich KI-basierte Lösungen auch den Managementprozess deutlich vereinfachen und automatisch entsprechende Anpassungen in die Wege leiten. Hans-Helmut Schaper, Geschäftsführer der Planungsgruppe VA und Experte für TGA-Gewerke in Sporthallen: „Die Gebäudeautomation kann einen wesentlichen Beitrag zur Energieoptimierung eines Gebäudes leisten. Allerdings ist auch hier der Mensch als Schnittstelle zum Automationsprozess gefordert. Optimierungen sind nur möglich, wenn Menschen sich mit den in der Gebäudeleittechnik programmierten Funktionen auseinandersetzen und diese ständig optimieren. Eine effizient ausgeführte Gebäudeleittechnik ist entsprechend gut visualisiert und stellt dem Nutzer die notwendige Datenbasis für Optimierungen übersichtlich zur Verfügung. Dazu stehen heute digitale Schnittstellen auf allen Medien wie PC, Laptop und Smartphone zur Verfügung. Die Datenbereitstellung und der Optimierungsvorgang werden für den Anwender daher unabhängig vom Standort.“ Somit muss der mit der Betreuung der Gebäudeleittechnik betraute Mitarbeiter nicht mehr zwingend vor Ort sein bzw. die komplette Anlagenüberwachung und -steuerung kann an einen externen Dienstleister vergeben werden. Auch die gebäudeübergreifende Automation und Betreuung mehrerer Liegenschaften über eine gemeinsame Schnittstelle sind so möglich.
Kommunen und Vereine, die sich näher mit der Automation einzelner Gewerke oder der integralen Gebäudeautomation befassen, werden schnell zu der Frage kommen, ob und wie sich einzelne Gewerke unterschiedlicher Hersteller miteinander vernetzen lassen. Während vor allem auf der Management-Ebene zahlreiche Software-Entwickler verschiedene Lösungen entwickelt haben, die die Kontrolle und Überwachung der verschiedenen Gewerke möglichst einfach gestalten sollen, haben sich auf der Feld- und Management-Ebene seit den Anfängen der Gebäudeautomation in den 1990er Jahren einige interoperable Standards zur Datenkommunikation herausgebildet, auf die die meisten Hersteller heute setzen (z.B. BACnet, LON, SMI oder DALI). Diese meist auf Feldbus-Systemen basierenden Standards ermöglichen die Kommunikation von Gewerken verschiedener Hersteller miteinander und können auch parallel in einem Gebäude genutzt werden.
Die Interoperabilität der verfügbaren Systeme wird dabei auch durch entsprechende Zertifizierungen und Akkreditierungen bescheinigt – BACnet-kompatible Systeme sind beispielsweise häufig mit dem BLT-Logo (BACnet-Test-Labor) versehen. Eine zusätzliche AMEV-Zertifizierung (Arbeitskreis Maschinen und Elektrotechnik staatlicher und kommunaler Verwaltungen) bescheinigt Produkten zudem, dass sie den BACnet-Konformitätstest nach DIN EN ISO 16484-6 durch ein akkreditiertes BACnet-Test-Labor bestanden haben, das System also alle von der AMEV definierten BACnet-Profile einhält.
Alle Anforderungen an die Gebäudeautomation sind seit einigen Jahren in verschiedenen Normen festgehalten: Zu nennen sind hier vor allem die DIN 18386, die sich mit Vergabeverfahren rund um die Gebäudeautomation befasst, die DIN EN ISO 16484, die alle Anforderungen an BACnet-Protokolle definiert, sowie die VDI 3814 „Gebäudeautomation (GA)“ und das Standardleistungsbuch für das Bauwesen „070 – Gebäudeautomation“.
Heizung und Klimatechnik
Raumlufttemperatur und Raumluftfeuchte sind im Wesentlichen für das Komfortempfinden der Sportlerinnen und Sportler in der Sporthalle verantwortlich. Die gezielte, bedarfsgerechte Steuerung raumlufttechnischer Anlagen in Abhängigkeit von äußerlichen Gegebenheiten, Anzahl der anwesenden Personen und ausgeübter Sportart kann hier bereits zu erheblichen Einsparungen führen. Denn nicht nur in Sachen Energieverbrauch zählen raumlufttechnische Anlagen wie Lüftungs- oder Heizungsanlagen zu den energieintensivsten Gewerken einer Sporthalle – häufig entfallen mehr als 50 % der Energiekosten einer Sporthalle auf die Wärmeerzeugung: Auch der Wärmeverlust ist hier mit am höchsten, insofern die Beheizung nicht über eine Lüftungsanlage mit hochwertiger Wärmerückgewinnung erfolgt.
Seit einigen Jahren ist vor allem der Themenkomplex Heizung und Belüftung einem gewissen Wandel unterworfen, als dass – auch im Sinne des Energiesparens – vielerorts von starren Normwerten abgewichen wird und sich der Betrieb raumlufttechnischer Anlagen deutlich stärker an den tatsächlichen aktuellen Gegebenheiten orientieren sollte – dies geht nicht zuletzt auch mit steigenden Anforderungen an die Automatisation von RLT-Anlagen einher.
Schlussendlich stehen nämlich vor allem die Sicherheit und der Komfort der Nutzer im Vordergrund. Somit ist es oft nicht zielführend, die Temperatur auf einen Normwert von 20°C einzustellen. Bei intensiver Betätigung können 17°C schon mehr als ausreichend sein, wenn Zugluft ausgeschlossen ist und Kontaktflächen nicht ausgekühlt sind. Die Bedarfsschaltung gehört heute untrennbar zur Sporthallen-Ausstattung: So können die Nutzer gezielt für ihre Aktivitäten das optimale Raumklima schaffen, ohne dass außerhalb des Belegungsplans eine besondere Wärmelast abgefragt wird. Verschiedene Sensoren überwachen dabei laufend etwa die Raumluftfeuchte, die Luftqualität oder die Temperatur an verschiedenen Stellen in der Halle und geben die Werte an ein Steuersystem weiter, das entsprechende Reaktionen einleitet (z.B. eine Erhöhung der Frischluftzufuhr bei mangelnder Luftqualität infolge hohen Besucheraufkommens).
Wie sich all diese individuellen Faktoren in ein auf verschiedene Sporthallentypen anwendbares Modell übertragen lassen, ist derzeit noch Frage der Forschung. So erarbeitet beispielsweise das Institut für Akustik und Bauphysik der Universität Stuttgart derzeit sogenannte „Raum-Mensch-Modelle“, die es ermöglichen sollen, optimale Raumluftbedingungen unter Berücksichtigung verschiedener individueller Einflussfaktoren zu schaffen. Studienleiter Prof. Dr. Philipp Leistner: „Die aktuellen Standards, Normen und auch Empfehlungen von Verbänden und Institutionen hinterlassen ein sehr heterogenes Bild bezüglich der bauphysikalisch relevanten Bedingungen in Sporträumen. Die Festlegung eines Temperaturwertes ohne Nutzungsbezug, ohne Relation zu Luftfeuchte und Luftgeschwindigkeit, ohne Tages- und Jahreszeitbezug sowie ohne Angaben zu Toleranzen und deren Auswirkung suggeriert ein klares, einfaches Optimum für alle Fälle. Das gibt es aber nicht.“
Leistner weiter: „Sowohl unsere Messungen und zeitgleichen Befragungen in Sporträumen als auch unsere Modellierungsergebnisse lassen Kombinationen von Raumparametern erwarten, die in Abhängigkeit vom sich verändernden Nutzungskonzept zu einem hohen Maß an Behaglichkeit und Leistungsfähigkeit führen. Damit verbindet sich ein Gestaltungsspielraum, den wir auch im Sinne der Energieeffizienz ausschöpfen müssen.“ De facto ließen sich mit Hilfe solcher Modelle wie dem der Universität Stuttgart künftig raumlufttechnische Anlagen deutlich genauer auf das zum jeweiligen Zeitpunkt vorrangige Nutzungskonzept einstellen.
Bedarfsgerecht beleuchten
Im Normenwerk zur Beleuchtung sind nahezu alle Sportarten erfasst, und damit auch das jeweilige Beleuchtungs-Niveau sowie zahlreiche Paramater, die berücksichtigt werden müssen. Gerade in großen Multifunktionssporthallen oder Sporthallen, in denen Trainings und Wettkämpfe auf unterschiedlichem Leistungsniveau stattfinden, kommen schnell zahlreiche weitere Beleuchtungsszenarien hinzu, die sich mit einer manuellen Schaltung nur noch umständlich realisieren lassen. Eine automatisierte Beleuchtungsschaltung, die anhand des Belegungsplans die jeweils passenden Beleuchtungsszenarien einstellt, nimmt den Verantwortlichen viel Arbeit ab und sorgt dafür, dass in keinem Fall „zu viel“ beleuchtet und Energie verschwendet wird.
Doch auch aus wirtschaftlicher Sicht ist es ratsam, sich die heutigen Möglichkeiten des modernen Licht-Managements zunutze zu machen, und nur dort, und dies auch nur im erforderlichen Umfang, zu beleuchten, wo dies auch notwendig ist. Die Teile einer Sporthalle können separat eingestellt werden, auch sind diverse Szenarios für Training und Wettkampf vorkonfiguriert, und hierbei ist z. B. dann auch berücksichtigt, ob Tribünen und Erschließungstore frequentiert sind. Unter Einsatz einer digitalen, adressierbaren Beleuchtungsschnittstelle DALI (Digital Addressable Lighting Interface) lassen sich vielfältige Möglichkeiten umsetzen, sofern der Betreiber und die Nutzer ihre Anforderungen angemeldet haben und diese im System hinterlegt sind. Ist dies der Fall, kommen ggf. Tageslichtsensoren hinzu, die den natürlichen Lichteinfall bei der Regulierung des Beleuchtungsniveaus einbeziehen. Für den Sport ist ein solcher Lichteinfall eher nicht erwünscht – aber von der Zuwegung bis ins Foyer und weiter verfügt jedes Gebäude über relevante Zonen. Und Präsenzmelder können wirkungsvoll verhindern, dass Licht brennt, wo sich keine Personen aufhalten. Für den Parkplatz und umliegende Wege können Zeitschaltuhren dem jeweiligen Sonnenuntergang folgen.
Zutrittsmanagement und Sicherheitstechnik
Die zunehmenden Möglichkeiten der Automatisierung machen auch vor dem digitalen Zutrittsmanagement keinen Halt. In seiner einfachsten Form können hier bereits entsprechend programmierte digitale Schlüssel mit RFID-Technologie genutzt werden, um beispielsweise Zutrittsbeschränkungen für bestimmte Bereiche der Sporthalle umzusetzen. Einfache Drehkreuze, die sich nach Vorzeigen des Mitgliedsausweis oder per App öffnen lassen, stellen hier die Grundlage des digitalen Zutrittsmanagements dar – als Bestandteil einer integralen Gebäudeautomation verfügen sie in der Regel aber nicht über die vielfältigen weiteren (vor allem auch sicherheitstechnischen) Vorzüge, mit denen anspruchsvollere Systeme aufwarten können.
So hat der Markt in den vergangenen Jahren teils aufwendige Systeme hervorgebracht, im Rahmen derer Schlüssel beispielsweise von zentraler Stelle aus über intelligente Schließzylinder oder Aufbruchleser (um-)programmiert werden können. So kann zum Beispiel ein verloren gegangener Schlüssel schnell und einfach von zentraler Stelle aus gesperrt werden oder zeitlich begrenzte Zutrittsberechtigungen in das System eingespielt werden – beispielsweise für Handwerker, Dienstleister und Lieferanten. Relevant werden solche Systeme vor allem dann, wenn Kommunen zahlreiche Liegenschaften zentral verwalten wollen oder Sportvereine über mehrere zugangsbeschränkte Sportstätten mit unterschiedlichen Nutzerkreisen verfügen.
Joost Götze, Leiter des Amtes für Gebäudewirtschaft und Liegenschaftsunterhaltung der Gemeinde Isernhagen, die seit mehr als 25 Jahren auf digitale Schließsysteme des Herstellers Winkhaus setzt und jüngst ihren neuen Schulcampus mit der intelligenten Zutrittslösung „blueSmart“ ausgestattet hat: „Die Technologie unterstützt uns in vielerlei Hinsicht. Sie ermöglicht beispielsweise einen barrierefreien Zugang, da sich die Türen auch berührungslos öffnen lassen. Und auf die Schlüssel können unterschiedliche Nutzerprofile programmiert werden. Das heißt zum Beispiel, dass Rollstuhlfahrer Schlüssel tragen, mit denen sie den Aufzug oder die barrierefreien Toiletten nutzen können. Und unsere Sportlehrerinnen und -lehrer können mit ihren Schlüsseln die Hallenbeleuchtung steuern: Je nach Bedarf schaltet das Licht in Wettkampf- oder Trainingsmodus.
Auch die Heizungssteuerung in der Sporthalle ist mit dem System verknüpft.“ Umfassende Systeme wie diese zeigen, wie weitreichend die heutigen technischen Möglichkeiten bei der Gebäudeautomation sein können. Doch nicht nur hinsichtlich der Zutrittsberechtigung und des damit verbundenen Energiemanagements können smarte Zutrittslösungen hilfreich sein.
Andere smarte Sicherheitstechnologien, die bislang aber vermehrt dem Profi-Sektor mit seinen großen Fußballstadien und Multifunktionsarenen vorbehalten sind, können etwa KI-basierte Gesichtserkennungssoftware bei der Gebäudeüberwachung oder entsprechende Sicherheitssoftwarelösungen in Verbindung mit einem intelligenten Wegeleitsystem zur dynamischen Fluchtwegplanung bei Veranstaltungen mit hohem Besucheraufkommen beinhalten.
Software
Moderne Softwarelösungen zur Sportstättenverwaltung sollten zur Grundausstattung jeder nachhaltigen Sporthalle gehören. Wesentliche Funktionen, die jede Software enthalten sollte, umfassen beispielsweise eine automatisierte Belegungsplanung auf Seiten der Betreiber sowie eine einfache und automatisierte Online-Buchung auf Seiten der Nutzer.
Angeschlossen an eine automatische Finanzbuchhaltung kann so der komplette Buchungsprozess von Anfang bis Ende digitalisiert und automatisiert werden. Dies spart nicht nur Zeit und Geld, sondern hilft kommunalen und vereinseigenen Sportangeboten – vor allem solchen, die auch Nicht-Mitgliedern zur Verfügung stehen –, sich in einem wachsenden und von privaten Sportanbietern geprägten Konkurrenzmarkt durchzusetzen. Eine Buchungs- und Verwaltungssoftware allein ermöglicht indes noch keinen nachhaltigen Betrieb im Sinne der Gebäudeautomation.
Allerdings können auch hier Synergien zu anderen Gewerken in der Sporthalle genutzt werden: So kann das System beispielsweise bei der Buchung eines Platzes in der Tennishalle die entsprechenden Buchungsdaten automatisch an die Beleuchtungssteuerung weitergeben, die sich dann zur gebuchten Uhrzeit automatisch ein- und später wieder ausschaltet. Die Verknüpfung mit einem entsprechenden Zutrittssystem, das den Zutritt zum gebuchten Zeitraum per Smartphone-App, QR-Code oder einem anderen Zutrittsmedium ermöglicht, gehört hier fast schon zum Standard. (Sportplatzwelt, 17.06.2026)
