Basiswissen: Gebäudeautomation mit LoRaWAN®
Einfache und effiziente Automatisierung von (analogen) Neu- und Bestandsgebäuden
Ursprünglich für das Internet of Things (IoT) entwickelt, wird die Funktechnologie LoRaWAN® – kurz für Long Range Wide Area Network – zunehmend auch von Städten, Kommunen, Liegenschaftsverwaltern und Energieversorgern vorangetrieben. Auch in Smart Cities spielt sie eine wichtige Rolle. Als Alternative zu anderen Funksystemen wie z.B. Zigbee oder Bluetooth® bietet sich LoRaWAN® vor allem dort als leistungsstarke Lösung an, wo große Reichweiten und hohe Wirtschaftlichkeit wesentlich sind.
Die Anwendungsbereiche von LoRaWAN® in Gebäudeautomation und Monitoring sind vielseitig. Insbesondere für weniger zeitkritische Anwendungen wie Temperatur- oder Feuchtigkeitsmessungen ist LoRaWAN® jedoch eine ausgesprochen leistungsstarke Lösung. Aus Betreibersicht überzeugend sind die Einhaltung hoher Sicherheitsstandards durch eine doppelt verschlüsselte Datenübertragung sowie die Möglichkeit zur europaweiten Nutzung ohne Anfallen von Lizenzkosten.
Dass LoRaWAN® weltweit starken Zuspruch findet, liegt in den vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten und Chancen dieser in der Gebäudeautomation noch recht jungen Technologie begründet. So bietet LoRaWAN® nicht nur enorme Einsparpotenziale durch seine geringen Kosten für den Netzwerkaufbau, sondern leistet darüber hinaus einen maßgeblichen Beitrag zur kosteneffizienten Nutzung von Gebäuden. Da rund 80 Prozent der gesamten Gebäudekosten auf die Betriebsphase entfallen, ist dies insbesondere bei älteren Bestandsbauten ein wesentlicher Faktor. Gerade hier können LoRaWAN®-Netzwerke spürbar zur Kostensenkung beitragen.
Neben der klassischen Integration von Sensoren in die Regelung von bspw. Lüftungsanlagen und in die Gebäudeautomatisierung bietet die LoRaWAN®-Schnittstelle die Möglichkeit, Livedaten unabhängig von der Gebäudeautomatisierung in eine Cloud zu senden, bspw. als Datengrundlage für vorbeugende Wartung.
Ziel ist es, das Facility Management zu entlasten, Gebäudedaten ohne Zutun der Gebäudeautomatisierung auf einfachem Wege zu erfassen und transparent aufzubereiten sowie Gebäude- und Anlagenbetreibern neue Funktionen und Dienstleistungen anbieten zu können.
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Netzwerkaufbau
The LoRaWAN® network is based on a multi-level architecture in which sensors, actuators, gateways, network and application servers and, if necessary, converters work together to efficiently collect, transmit and process sensor data and integrate it into existing systems such as IoT platforms or building management systems (BMS).
Step 1 – Sensors and actuators (end devices):
Are, for example, LoRaWAN® sensors that record measured values and send AES128 encrypted data to a gateway.
Step 2 – Gateways:
Receive the data from the various end devices and pass it on (still encrypted) to the network server (standard IP connection). Each gateway forwards all received data to the network server. In this way, several hundred to approx. 1,000 wireless sensors can be connected via one gateway. To cover larger areas, several gateways are connected to the same network server.
Cloud Connectivity
Integration into IoT platforms via network and application servers.
Step 3 – Network / Application Server:
The central LoRaWAN® network server collects data from its gateways and forwards it for further processing. Duplicate data packets are discarded. The network server decrypts the data and forwards it to the respective application server.
The application server processes and decodes the data according to the specific needs of the application, enabling seamless integration into external systems such as cloud-based IoT platforms, databases, or user interfaces. Raw sensor data is translated into meaningful information, processed in line with defined business rules and formats the data for further use.
Step 4 – Application:
At the application level, the processed data is used to drive decision-making, optimize operations, and enhance the user experience. Applications may visualize the data in dashboards, enable predictive analytics, or integrate with third-party IoT platforms. These platforms can also provide insights, trigger automated workflows, or send notifications and alerts based on predefined conditions.
Esquema de conexión a la nube LoRaWAN®
Building Management System (BMS) Integration
Protocol conversion and integration into the (existing) BMS
Step 3 – Converter:
The converter combines the network and application server into a single device while also handling protocol conversion. It directly converts LoRaWAN® data to Modbus TCP/IP and BACnet IP, enabling seamless integration with a Building Management System (BMS).
External LoRaWAN® gateways serve as wireless receivers and can be connected to the converter for efficient data transmission.
Step 4 – BMS Integration:
At the BMS integration level, the converted data is used for monitoring, automation, and optimization of building operations. The system enables visualization, predictive maintenance, and automated control of HVAC, lighting, and other infrastructure.
By directly integrating into the BMS via common building automation protocols such as Modbus TCP/IP and BACnet IP, the solution improves efficiency, sustainability, and operational insights, while ensuring seamless interoperability in modern (smart) IoT environments.
Esquema de conexión LoRaWAN® BMS
Dabei bezeichnet LoRa® die für die Datenübertragung eingesetzte Funktechnologie, d. h. die grundsätzliche Funktionsweise der Kommunikation. Für reibungslose Abläufe sorgt ein spezielles Modulationsverfahren zur Informationsübermittlung, das vor Störungen – so z. B. Überlagerungen durch zeitgleich sendende Sensoren – schützt.
LoRaWAN® hingegen beschreibt den eigentlichen Netzwerkaufbau sowie das Protokoll, das zur Gewährleistung einer einheitlichen Kommunikation der Netzwerkteilnehmer eingesetzt wird. Auf diese Weise stellt LoRaWAN® den herstellerübergreifenden Einsatz von Lösungen innerhalb eines Netzwerks bzw. über verschiedene Netzwerke hinweg sicher und erlaubt zudem die problemlose Einbindung neuer Lösungen in bereits vorhandene Netzwerke.
LoRaWAN®-Sensorik von Thermokon
Attraktiv durch hohe Kosteneffizienz
Als einer der ersten Anbieter hat Thermokon sein auf energieeffiziente Gebäude ausgelegtes Portfolio um diverse LoRaWAN®-Lösungen erweitert. Auf Basis der bewährten Sensortechnik von Thermokon entwickelt, sind die LoRaWAN®-Sensoren und -Gateways maßgeschneidert für die Anforderungen der Gebäudeautomation und decken unterschiedlichste Funktionalitäten ab – von der Messung von Temperatur und Luftfeuchte über die Erfassung der Raumluftqualität bis zur Kondensationsüberwachung.
Dabei können Gebäudebetreiber flexibel zwischen batterieversorgten und kabelgebundenen Sensoren mit analogen Signalausgängen und LoRaWAN®-Option wählen. Zusätzliche Vorteile sind die 5-Jahres-Garantie auf sämtliche Produkte sowie eine hohe Flexibilität durch die fortlaufende Erweiterung des Portfolios.
