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RFID, eine Schlüsseltechnologie für transparente

1. Messbereich Temperatur 40 C bis 125 C Genauigkeit 0 5 C 0 C bis 65 C 1 0 C 20 C bis 85 C 6 3 Anwendungsbeispiel Energie Energetischer Soll Ist Vergleich Im Kapitel 6 1 wurden Voraussetzungen fur die Anwendung des RFID Systems bei VIP un tersucht Es konnte gezeigt werden dass mit dem vorhandenen System bereits ein aus sichtsreiches manuelles Kontrollsystem f r Vakuumdammpaneele besteht Allerdings zei gen die Versuche auch dass Faktoren wie Sensortemperatur und Kalibrieraufwand bei der Datenauswertung integriert sein m ssen Das Ziel einer automatisierten k nftigen An wendung des Systems ist es dem Nutzer die wesentlichen Informationen bersichtlich zur Verf gung zu stellen In diesem Kapitel werden deshalb M glichkeiten zur Erfassung und Aufbereitung der Messdaten f r eine Integration in die elektronische Kennzeichnung von Bauteilen zum W rmeschutz 10 und in die Geb udeautomation aufgezeigt Wenn Va kuumisolationspaneele VIP mit RFID Sensortransponder als Dammsystem in einem Ge baude eingebaut sind k nnte der Anwender des RFID Monitoringsystems der Facility Ma nager FM und Hausmeister sein Die Aufgaben des FM erstrecken sich i a ber mehrere Lebenszyklusphasen des Geb udes der bernahme nach der Bauerstellung dem laufen den Betrieb mit den Sicherheitsbegehungen und der Instandhaltung des Geb udes Somit befindet sich die Kontrolle der Funktionst chtigkeit einer Fass
2. Dicke des VIP BSoll Druckwerte temperaturabh ngig Vergleich Tee Sollwert een Druck Warmeleitfahigkeit TRT Bild 50 Blockdiagramm des prinzipiellen Ablaufs eines Programms zur Sensordatenverarbeitung Bei den Eingangsdaten der Software kann zwischen Sensordaten und Bauteilinformatio nen unterschieden werden Die f r die Berechnung relevanten Daten werden in Kapitel 6 3 1 und Hinweise zum Datenspeicherort in Kapitel 6 3 2 beschrieben Aus der automatisierten Berechnung des W rmedurchgangskoeffizienten des kompletten Fassadenelements kann mit Hilfe der Plandaten des Geb udes die Berechnung des Heiz energiebedarfs und der Abweichungen auf Grund des festgestellten Zustands der Fassade erfolgen Fur diesen Fall wurde ein Beispielorogramm entwickelt das dem Facility Mana ger eine bersichtliche Funktionskontrolle mit Hilfe der Zahlenwerte aber auch durch eine Ampeldarstellung den Zustand des VIP anzeigt und den U Wert des VIP sowie des gesam ten Fassadenelements berechnet Bild 51 zeigt die Bedienoberfl che des Programms nach einem Auslesevorgang Dem Nutzer wird die Ident Nummer des ausgelesenen Sensors die Temperatur und der Innendruck im VIP angezeigt von links oben nach unten Aus dem gemessenen Druckwert wird die derzeitige W rmeleitf higkeit des VIP durch die hinterleg ten Herstellerdaten aus der baurechtlichen Zulassung abgeleitet Die Ampelfarbe im Hin weisfeld zeigt den Funktionsstatus des VIP a
3. 2 a 3 30 EEE Ce BEE OS ee ee Puc a Nein Pus JL a pos 400 a E 1 06 2 06 us o Nein 2 06 SS Nein 2 06 oe 206 00 DU DU Nein DU Nein Nein Nein DU ea D EE amp jo DU Um ausschlie en zu k nnen dass eine Funkverbindung vorrangig durch den Versorgungs schacht stattfand wurden weitere Messungen im Technikum des GS Geb udes vorge nommen Dabei wurden zwei Transponder im 2 Obergeschoss ber dem Technikum des Geb udes angebracht Die Empfangsstation befand sich auf dem Boden der Halle mit ei ner lichten Raumh he von 7 30 m Es sollte die Positionierung der Transponder in einem massiven Hallenflachdach und die Anbringung der Empf nger in einem Technikraum in der Halle sowie im Untergeschoss der Halle simuliert werden Die Ergebnisse der Tests in Geb uden mit praxisnaher Einbausituation haben gezeigt dass es m glich ist ber drei Stockwerksetagen eine stabile und zuverl ssige Funkverbindung aufzubauen Sind Sender und Empf nger durch mehr als drei Vollgeschosse voneinander getrennt ist ein Auslesen der Transponder nicht mehr m glich Ziel muss es dennoch sein Bauwerke jeglicher Art mit dieser Technik berwachen zu k nnen Demzufolge Ist es zweckm ig die Sensortransponder ber eine nahezu ungest rte Verbindung wie z B in Versorgungssch chten oder Treppenhauser oder ber Zwischenknoten Transmitter mit dem Empf nger zur Datenerfassung kommunizieren zu lassen
4. 42 3 DE H Ebene 3 Dachgeschoss Abschnitt 3 2 1 Raum 0 31c N chste Revisions ffnung in Raum 032 RFID TAG ID 0028 Letzte Wartung Instandhaltung 09 2011 Tag Tag hinzuf gen l schen Stat Belastung KN Bild 74 M gliche Darstellung der RFID Sensorinformationen f r ein Holzdach 79 Liegen die Werte au erhalb eines vorher definierten Bereiches so erscheint eine Warn meldung mit entsprechender Anweisung wie in Bild 72 dargestellt Befinden sich die Messwerte innerhalb des Toleranzbereiches so wird keine Warnmeldung generiert 43 Quelle der 3D Konstruktionszeichnung Holzbau Hilland a a O Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 94 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Bauteildatenbank P ER kennwert Textnotiz hinzuf gen Schichtenaufbau OO zt SL EE p 600 keim A 0 13 W im Rl ff offene wasserd Abderkun p 600k m A 0 13W jm x p 90ckg m A 0 18 W jm k Bitumendachbal 1200 kg m A 0 17 Wim 8 dass p 2100 kg m A 2 00 WK Einzeldasen Bild 75 M gliche Softwareoberfl che der Bauteildatenbank beim Holzdach Durch Ausw hlen der Bauteildatenbank im Fenster Startbildschirm erh lt man detaillier te Informationen zu jedem Bauteil das elektronisch mit einem RFID Transponder gekenn zeichnet ist siehe Bild 75 Oben im Bildschirm 7 lassen sich wieder die Ebenen Stock werke bestimmen Im n chsten
5. ae Chipkarten ee Bez Bild 2 Die wichtigsten Auto ID Systeme nach 6 Des Weiteren ist dadurch gleichzeitig eine h here Lesereichweite m glich Ein weiterer Vorteil gegen ber dem Barcode ist dass nicht nur Informationen abgerufen oder ausgele sen sondern auch ver ndert und erg nzt werden k nnen Ferner werden bei dieser Tech nik Informationen auf Abruf on call bereitgestellt es besteht somit die M glichkeit der Pulkerfassung gleichzeitige Erfassung von mehreren Transpondern Ein weiterer wesentli cher Punkt ist das Integrieren von Sensoren und deren Datenerfassung Die Anwendungs bereiche von RFID sind vielf ltig und mittlerweile in fast allen Branchen zu finden So wird sie bereits in der Logistik zur Echtzeitverfolgung von G tern oder zur Kennzeichnung von Objekten verwendet im Sicherheitsbereich bei Einlasskontrollen und in der Automobilin dustrie begleitet sie sogar den gesamten Entstehungsprozess des Autos Die ersten mikro elektronischen L sungen wurden bereits in den 1980 er Jahren in der Nutztierhaltung eingesetzt Der gro e Durchbruch erfolgte mit dem LF Transponder als Wegfahrsperre in den 1990 er Jahren die ab 1998 weil f r jeden PKW verpflichtend vorgeschrieben in eigenen Chip Fabriken gebaut wurden Ein weiterer Anwendungsbereich mit gro en St ckzahlen liegt bei den Zugangskontrollsystemen die vorwiegend die HF Technik nut zen Derzeitiger Technologietreiber ist sind die Anwendungen im
6. Dropdown Men kann dann zwischen den Bauteil transpondern der einzelnen Ebenen ausgew hlt werden Zus tzlich besteht die M glich keit Konstruktionszeichnungen sowie weitere Informationen der ausgew hlten Bauteile darzustellen In Abschnitt 8 wird dann bspw ein genauer Schichtenaufbau des Bauteils wiedergege ben Diese Tabelle ist bereits w hrend der Bauphase durch die RFID Produktidentifikation der verwendeten Materialien erstellt worden In der Tabelle sind alle Materialien des Bau teils laut Ausschreibung Soll Daten festgehalten Von der Ausschreibung abweichende Produkte werden unter Ist Daten eingetragen Dadurch k nnen unterschiedliche Kenn werte oder sp tere Schadensursachen besser zur ck verfolgt werden Die Ampelfunktion des Statusfeldes verdeutlicht dies nochmals Unter Einbau Abnahme sind alle Gewerke aufgelistet die zur Erstellung der Gesamtkonstruktion beigetragen haben Durch klicken auf den Link Liste wird eine detaillierte Gesamt bersicht aufgerufen Desweiteren k n nen festgestellte M ngel w hrend der Bauphase sowie im Nutzungszustand aufgerufen oder hinzugef gt werden Unter Sonstiges lassen sich weiterf hrende Planungsunterla Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 95 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit gen einsehen In dem Abschnitt 9 wird dem Anwender die Moglichkeit geboten Notizen zum derzeitigen Bauteilzustand hinzuzuf gen Durch Markieren der Bauteilschicht z B Dach
7. Die auf der Innenseite des Dachmodells am Sparren befestigten Transponder nahmen alle 30 Minuten die Sensorwerte auf und sendeten diese drahtlos an die nachgeschaltete Ba sisstation Ein Intervall zur Befeuchtung betrug z B 24 Stunden Die Befeuchtungsdauer Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 36 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit innerhalb dieses Intervalls lag bei jeweils 30 Minuten Um die durch Betauung zu erwar tende Wassermenge in einer realen Konstruktion pro Quadratmeter nachzustellen wur den 5 ml Wasser innerhalb eines Befeuchtungszyklus auf die Holzlatte aufgebracht Die Messdauer betrug jeweils 72 Stunden Die nachfolgende Grafik zeigt ein Beispiel der ge messenen Holzfeuchte mit unterschiedlich befestigten Sensoren auf der Holzoberfl che Wie aus der Grafik erkennbar ist stellte sich beim ersten Befeuchtungsvorgang ein maxi maler ADC Wert von fast 1000 d h 100 ein Bei den weiteren Zyklen macht sich beim Sensor 3 bemerkbar dass der Kontakt zum Holz unzureichend war Beim Verdunstungs vorgang zeigten die Sensoren z T unterschiedliche Feuchtewerte an Dennoch wird deut lich dass das Holz mit der vorgegebenen Wasserbelastung bis auf unter 80 r F trock nen konnte Dies ist in etwa der Grenzzustand f r die Luftfeuchte bei der Schimmelpilz bildung einsetzt Somit l sst sich durch diese Ergebnisse zeigen dass die verwendeten RFID Sensoren am Sensorknoten ausreichend sensibel reagiert um Schadenspotenziale bei Holzbaute
8. at2 x ZrempDiv 1 2 Z Ze Div Press 1 3 1000 Div ap30xZ Div Pr ess Div ap21xZ a 1 4 Druck mbar ap00 ap10x Z r ess Div ap20x Zp ess be ap 1xZ r ess Div ap41x Z Div Pr ess P e ET xZ Div Temp ap40x Z Div Pr ess ap3lxZ Tess xZ Div Temp Div ap42xZ Div Pr ess ap02 apl2xZ Div ap22x Z Div ap32xZ Pr ess Die Variablen Z und Zp Die Berechnungskoeffizienten atO bis at2 sowie apOO bis ap42 sind in einer Kalibrierdatei auf der SD Speicherkarte hinterlegt Bei der Kalibrierung der Sensoren erfolgt die Anpas sung der Messkurve ber diese Berechnungskoeffizienten Erst bei der Berechnung des Druckwerts wird der Einfluss der Temperatur ber cksichtigt Das Drucksensorsignal ist sonst weitestgehend unabh ngig von Temperatureinfl ssen die nicht auf eine Drucker h hung im Umgebungsmedium aufgrund von Temperaturerh hung zur ckzuf hren sind Temp sind die Sensorsignale des Temperatur oder Drucksensors 6 1 3 Kalibrierung Kalibrierprozess im Labor Die Kalibrierung der Sensoren erfolgt nach dem in Bild 28 dargestellten Ablauf Derzeit werden bis zu 18 Sensortransponder gleichzeitig kalibriert die Sensoren befinden sich da bei aufgebaut auf Platinen F r eine sp tere Kalibrierung mit hohen St ckzahlen ist eine Kapselung und Vereinzelung vor dem Kalibrieren geplant 25 n diesem Men punkt werden
9. bei Schaltbefehlen von Lichtschaltern und Fensterkontakten der Fall Dadurch werden Kol lisionen im 868 MHz Band vermieden Eine Besonderheit der Enocean Sensoren ist die Verwendung batterieloser Techniken wie das sog Energy Harvesting Dabei wird bei spielsweise die Energie zum Senden eines Schaltbefehls aus dem Tastendruck des Benut zers mit Hilfe von Piezowandlern genutzt Das Enocean Verfahren arbeitet in einer Stern topologie Mit Hilfe von so genannten Gateways Ist eine Anbindung an drahtgebundene Vernetzung m glich Z Wave Z Wave ist ein in den USA verbreitetes Verfahren Es arbeitet im 868 MHz Band Europai sche Version und unterst tzt vermaschte Netze Das Protokoll ist im Vergleich zur ZigBee Methode deutlich einfacher Die Batterielebensdauer von Z Wave Ger ten wird mit bis zu 10 Jahren angegeben 23 Vergleich der Reichweite Ein wichtiges Kriterium bei der Wahl eines Verfahrens ist die Reichweite Insbesondere in Geb uden m ssen oft mehrere Betondecken und W nde berwunden werden Erreicht ein Sensorsignal die Basisstation nicht so ist der entsprechende Sensor nutzlos Zur Beur teilung der bertragungseigenschaften wird die so genannte BER Bit Error Rate herange zogen Diese beschreibt das Verh ltnis aus fehlerhaft empfangenen und gesendeten Bits Die BER h ngt neben der Sendeleistung auch von der Bandbreite Datenrate und der ver Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 9 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Si
10. en und Bauformen von Transpondern die je nach Einsatzgebiet stark voneinander abweichen k nnen Bild 6 So sind f r Sicherheits und Zugangssysteme Transponder z B in Schl ssel oder Anh nger integriert Ferner existieren sie als selbstklebende Etiketten in eingebetteten Schutzh llen oder als Chipkarte Bild 6 bersicht passiver RFID Transponder oben links in Kartenform PVC wei oben rechts ge kapselt in Glasr hrchen mit Loch zum Anschrauben als Schl sselanh nger oder in Nagelform schwarz Die 4 aufgedruckten Antennen Inlays unten sind Teile von passiven UHF Transpondern in Kartenform Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 6 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Allerdings werden Transponder nicht nach Bauform klassifiziert sondern nach deren Ei genschaften der Energieversorgung und Beschreibbarkeit Nach dem EPC Standard 13 14 werden RFID Transponder grunds tzlich in f nf Klassen unterteilt Die Klassen O 3 geh ren zum Typ der passiven Transponder Passiv bedeutet dass sie ber keine eigene Energieversorgung verf gen sondern die Energie zum Betrieb des Transponders ber das magnetische Feld des Leseger tes erhalten Aus diesem Grund ist ihre Reichweite auch relativ gering Diese ersten drei Klassen werden abermals unterteilt in Transponder die nur gelesen Klasse 0 einmalig beschrieben Klasse 1 und wiederholt beschrieben Klassen 2 werden k nnen Transponder der Klasse 3 zeichnen sich durc
11. pen In der Medizintechnik werden passive Drucksensor Transponder im LF Frequenzbereich als Implantate zur Messung des Blutdrucks in Herzn he oder des Hirndrucks bei Hydrocephalus Patienten eingesetzt Bild 14 links Fur diverse Anwendungen bietet z B die Firma Microsensys unter dem Marken namen TELID 200 passive LF HF Sensortransponder an die zur Erfassung von Temperatur oder Temperatur und Druck dienen Bild 14 rechts T 23 7 C pP 963 5mbar ce Zei f Bild 14 Beispiele f r passive LF Sensor Transpondersysteme 4 1 Verf gbare Sensoren f r Transpondersysteme Sensoren sind technische Bauteile welche physikalische und chemische Eigenschaften wie z B Temperatur und Feuchtigkeit erfassen und in eine elektronische Gr e umwandeln Grunds tzlich ist es m glich einen RFID TAG mit unterschiedlichen Sensoren zu versehen Hierzu sind diese Parameter geeignet Temperatur Feuchte Druck Schock Beschleuni gung Licht pH Wert Gasdetektor Leitwert hnlich wie bei den Transpondern unterscheidet man zwischen aktiven und passiven Sen soren Aktive Sensoren sind sog Spannungserzeuger und wandeln die gemessenen Para meter in elektrische Energie um F r ihre Funktion ben tigen sie aber selber Energie Passi ve Sensoren dagegen reagieren auf nichtelektrische Gr en wie z B eine Widerstands n derung und sind daher beim Messen nicht auf eine Hilfsenergie angewiesen Lediglich beim Auslesen des Sensors wird S
12. schen Mess und Sollwert signalisiert dem Anwender mittels einer Ampelfunktion die Zu st nde in den L ftungsleitungen Bei einer Abweichung des Messwertes vom Sollwert wie etwa der berschreitung der zul ssigen Staubkonzentration k nnte ein RFID Funk Sensor auch direkt eine Meldung oder einen Alarm an den Nutzer ausgeben Erst nach Behebung des Problems z B bei Reinigung der Leitung und damit durch eine Normalisierung der Messwerte w rde die St rfallmeldung wieder beendet werden Mit Hilfe dieser Funktion k nnte eine rechtzeitige Kontrolle der hygienischen Zust nde in kritischen Bereichen der L ftungsleitungen angeordnet werden Nutzer dieser Anwendung waren der Facility Ma nager sein oder entsprechendes Wartungspersonal Hierzu wird im Folgenden eine m gliche Visualisierung einer mit RFID Sensor Transponder gekoppelten Benutzeroberfl che f r die automatisierte berwachung eines L ftungska nals mit RFID Sensor System erl utert Bild 71 Um den Anspr chen an die Benutzer freundlichkeit gerecht zu werden erfolgt eine klare Gliederung einzelner Bereiche Der erste Bereich 1 stellt grundlegende Informationen des ausgelesenen Sensortransponders bereit Durch eine CAD Schnittstelle w re es m glich einen Gebaudegrundriss oder die RLT Anlage einzulesen Die Ebenenauswahl 1 1 stellt in diesem Fall das Stockwerk dar In der grafischen Anzeige w rde demnach der f r das Stockwerk entsprechende L ftungs 40 Vgl http www herr
13. 38 Gesamt U Wer FA Fassadenabschnitt U cw Wick 2 1 18 0 3 Gesamt g Wert FA g_cw_total 64 60 4 Gesamt Transmissionswarmeverlust FA Ht WIK 28 23 5 Gesamt Solare Gewinne FA LU s kVWhia 300 250 50 Gesamtmasse kg 1250 1200 50 45 Differenz H_t delta_Ht VWimk Differenz Q_s delat_Q_s kVWhia EE d KE ii zez l Hit NH Sonnenschutz F Profile Paneele f Prozess Herstellung Prozess Abnahme Daten aus LV f IE Bild 85 Kennwertevergleich beim Abnahmeprozess der Glasfassade nach 5 Uber ID Nummern Zeilen 17 23 28 aus den RFID Tags erfolgt die Kopplung zur EPC Datenbank Als zus tzliches Instrument zur Visualisierung der verschiedenen Anwendungen steht ein bautauglicher Tablet DC zur Verf gung Dieser hat die 0 9 Auswerteprogramme Sensor netView und X CTU sowie das Kiosk System installiert und kann die Daten aus den Lese ger ten zu den RFID Sensortranspondern erfassen Damit lassen sich dann die untersuch ten Beispielprozesse f r die automatisierte Erstellung des Energieausweises die erweiterte Wartung bei L ftungsanlagen und das Bauteilmonitoring bei Tauwasser in Holzkonstrukti onen demonstrieren Bild 86 Visualisierung der Daten aus RFID Feuchtesensoren mit SensornetView Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 104 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 7 3 Erfahrungen zur Datensicherheit und Entsorgung Die Radio Frequenz Identifikation ist eine f r viele Anwendungen nutzbringende Techno logie Zurzei
14. 9 2 15 Siehe http www beckhoff de gt Solutions gt Building Automation zuletzt abgerufen am 02 09 2012 16 Siehe http Awww openpicus com zuletzt abgerufen am 02 09 2012 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 36 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 5 Anwendungen der RFID Technik im Hochbau Konstruktionen intelligent machen Ger te Materialien kennzeichnen Kosten senken Konflikte vermeiden Mit diesen Stichworten charakterisierten die Mitglieder der ARGE RFIDimBau ihre Vision im sog Manteldokument zu Projektbeginn Ende 2006 Sie wiesen auf Chancen hin die die ARGE in der Weiterentwicklung und Anwendung der RFID Technik im Bauwesen vor allem auch im Hochbau sieht Dazu waren in weiteren Pr sen tationen der ARGE die folgenden Stichworte genannt Bauqualit t erh hen Baukultur st rken illegale Besch ftigung eind mmen Interessen integrieren Image verbessern Das Gesamtziel der ARGE RFIDimBau einer langfristigen Verbesserung von Qualit ten Bauzeiten und Kosten sowie Erh hung der Sicherheit eines Bauwerks entlang der Wert sch pfungskette in der Bau und Immobilienwirtschaft kann allerdings nur erreicht wer den wenn die im Folgenden dargestellten Rahmenbedingungen zur Demonstration und Umsetzung der Anwendungen aus den Teilprojekten gegeben sind 5 1 Allgemeine bersicht Stand Baukonstruktionen bestehen i a aus Bauteilen wie Tragwerk D cher Fenster oder Fassa den Diese sind aus unterschiedli
15. Aufbau von Probek rpern in der Testfassade Mehrfachtests mit unterschiedlich geschulten Anwendern zur Erfassung von Ver besserungspotenzialen Zum Erreichen der Ziele nach mehr Transparenz und Nachvollziehbarkeit von bauphysikali schen Kenndaten konnten Ergebnisse aus dem Projekt Sicherheitsbeiwerte im W rme schutz nach EnEV BRL und EN Standards SiWaS 10 gespiegelt werden Dort werden mit mathematischen Methoden 11 Prognosewerte f r Kennwerte wie den W rmedurch gang durch Au enbauteile von Geb uden untersucht Diese Kennwerte sollten daf r aber mit deren Herkunfts und Ident Daten belegt sein um qualit tsbezogene Aussagen ma chen zu k nnen Wie dies mit der RFID Technik zu verkn pfen ist wird im Kap 6 3 theo retisch gezeigt eine m gliche Umsetzung in der Praxis ist in Kap 9 4 erl utert Aus Untersuchungen zur Softwareintegration auch in Geb udeleittechnik GLT oder Ge baudeautomations GA Systemen konnten Erkenntnisse zur Weiterentwicklung in k nf tigen Projekten zusammen mit Umsetzern Kap 7 gewonnen werden Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 9 2 4 Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse Die Wunschvorstellung von Bauherrn und Investoren ist es Gebaude technisch hochwertig und fehlerfrei zu erstellen diese langfristig schadensfrei und kosteng nstig zu betreiben und darin behaglich zu Wohnen oder zu Arbeiten Somit ist das Ziel des Projektes da
16. Die Tr gerplatte ist 22 mm x 28 mm gro Die Dicke des Transponders betr gt ca 2 mm F r unterschiedliche Anwendun gen kann der Sensortransponder zum Schutz der Elektronik mit Epoxidharz bautauglich vergossen und mit geeigneter Folie oder Schaumkeramik der Feuchtef hlerbereich abge deckt werden siehe Bild 49 Zur Demonstration der Bautauglichkeit wurde der mobile IMS LF Reader f r die Nutzung des Feuchtesensor Transponders in weiter entfernten Bau teilen angepasst Die Leseantenne mit einem Durchmesser von 10 cm ist ber ein Tele skoprohr und Kabel mit dem Reader verbunden und kann so leichter ber die Bauteil Oberfl chen gef hrt werden Damit kann eine mit VIP Drucksensor und Feuchtesensor Transponder bestuckte Wand gescannt werden Praxiserprobungen dazu mit Langzeit tests finden im Fraunhofer InHaus 1 statt siehe auch Kap 7 1 Die Weiterentwicklung des IMS Prototyp Readers zum kleineren sog Tiny Reader zum Projektende in 2012 ist im Kap 7 1 und 9 3 dargestellt Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 62 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit eas di Bild 49 Ansicht des IMS LF Feuchte Tags links und als Prototyp grau rechts in Hanfdammung Die wesentlichen technischen Daten des RFID Feuchtesensor Transponders sind Modulationsgrad typ 90 dent Datenformat nach ASK Standard Messbereich Feuchte O bis 100 bei 20 C bis 85 C Hysterese max 1 5 Genauigkeit typ 5
17. Gew chsh u ser oder Therapie und Reha Einrichtungen f r die Einstellung der individuellen Behaglich keit Fur batteriebetriebene Sensormodule finden nach wie vor einfache Photodioden und lichtempfindliche Widerst nde Anwendung Trotz des relativ hohen Stromverbrauchs werden Batterielebensdauern von mehreren Jahren erreicht wenn die Abtastrate klein ist z B 2 Minuten Technisch betrachtet sind RFID basierte L sungen auch mit hoher Ab tastrate m glich da lichtempfindliche Bauteile als Chip integrierte L sung leicht zu reali sieren sind Am Markt befindliche Produkte sind allerdings nicht bekannt 4 1 5 Sensortechnik DMS Messung Dehnungsmessstreifen DMS bestehen aus d nnen Folien auf denen m anderf rmig Lei terbahnstrukturen aufgebracht sind An diesen kann ein elektrischer Widerstand gemes sen werden der sich bei mechanischer Spannung der Folie ver ndert Bild 17 Schon ge ringe Dehnungen des Streifens im Bereich von wenigen Mikrometern f hren zu leicht auswertbaren Widerstandsver nderungen Somit lassen sich in Konstruktionen unabh n gig vom verwendeten Werkstoff Stahl Beton oder Holz Belastungen als Durchbiegung z B messen Informationen zur Funktionsweise von DMS sind z B unter zu finden Bild 17 Aktiver RFID Transponder mit externem DMS Sensor auf Tr gerplatte links und DMS Sensor Nahaufnahme nach IT 8 Funktionsbeschreibung von Photodioden http de wikipedia org wiki Photodiode 3 IMS Sen
18. TAG starten starten hinzuf gen Zur cksetzen Temperatur Rel Feuchte Staubdichte C Kal mg m 20 5 42 3 4 3 Bild 71 M glichkeit der Visualisierung einer RFID Auswertmaske Messung 1 0 41 Quelle der 3D Konstruktionszeichnung http Avwww rvtklima net images dhmuenster3d jpg Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 91 Der dritte Bereich 3 gibt nach Parameter geordnet die Ergebnisse der verschiedenen Messungen wieder Neben den Messungen ist gleichzeitig zu erkennen ob diese auch er folgreich gewesen ist d h alle Transponder korrekt ausgelesen sind Diese Funktion k nn te auch ber eine entsprechende Farbe suggeriert werden gr n f r einen positiven Funk tionsstatus und rot f r einen gescheiterten Messvorgang Nach dem Abgleich von Ist und Sollwert wird im vierten Bereich 4 ber eine einfache Ampelfunktion eine Meldung als Information ausgegeben Liegen die gemessenen Werte au erhalb eines vorher definier ten Bereiches von zum Beispiel O bis 10 mg m Staub erscheint eine St rfallmeldung mit entsprechender Anweisung wie in Bild 72 dargestellt Temperatur Rel Feuchte Staubdichte z mg m7 32 2 38 7 15 6 Bild 72 St rfallmeldung der RFID Auswertmaske 6 7 2 Visualisierung und Datenbank Beispiel D cher Die zuvor genannten FM GLT Programme 40 k nnen als offenes System auch die Daten aus der RFID Produktidentifikation
19. k nnte ber das Internet auf diese Datenbank zugreifen Solche Modelle sind derzeit un ter dem Stichwort Cloud Computing vor allem f r Smartphones in der Nutzung Die in Kap 9 3 dargelegten weiteren Entwicklungen f r die Ger tekopplung werden dieses Po tential erschlie en Die genannten M glichkeiten zur Datenspeicherung weisen sowohl Vorteile als auch Nachteile auf Ein wesentliches Argument f r die Verwendung einer zentralen Datenbank l sung ist die Anzahl der verwendeten Transponder Je mehr RFID Transponder die einem Geb ude eingesetzt sind desto lohnenswerter wird die Speicherung in einer Datenbank Im Hinblick auf die zuk nftige Entwicklung und Verbreitung der RFID Technik ist ebenfalls Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 66 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit die Datenbanklosung zu favorisieren Die Prognosen sagen der RFID Technik eine weiter ansteigende Marktentwicklung voraus 6 14 Wenn sich der Markt der RFID Technik wei ter im bisherigen Ma e entwickelt ist zuk nftig eine zentrale L sung der Datenspeiche rung ber das Internet sinnvoll anwenderfreundlicher und wirtschaftlicher Diesem Be reich widmeten sich in letzter Zeit unter dem Begriff Internet der Dinge viele Firmen und Forschungseinrichtungen 12 15 29 6 3 3 Integration in die Geb udeautomation Die Definition der Geb udeautomation GA Einrichtungen Software und Dienstleistun gen f r automatische Steuerung und Regelung b
20. nnen stellen eine Gefahr f r die Gesundheit des Menschen dar und f hren zu Beschwerden und Geruchsbel stigungen Zwar sind turnusgem e War tungen und Kontrollen vorgeschrieben dennoch beziehen sich diese haupts chlich auf den technischen Zustand der Anlagen Eine berpr fung der Hygiene im gesamten Luft kanalnetz besonders in schwer zug nglichen und verwinkelten Bereichen wird dagegen eher vernachl ssigt und spielt in den daf r notwendigen Normen eine vergleichsweise un tergeordnete Rolle Die Hygiene in technischen Anlagen bietet ein gro es Potential f r die Anwendung der RFID Sensortechnik Sensoren in Luftleitungen und wichtigen Anlagenkomponenten k n nen physikalische Prozessgr en aufnehmen und die Daten kontaktlos an ein Leseger t bermitteln Damit lassen sich berschreitungen wichtiger Grenzwerte wie z B der Feuch te automatisiert erkennen und Ma nahmen steuern Es kann auch nach einer Mitteilung an das Facility Management FM eine unverz gliche berpr fung und Wartung stattfin den Im Folgenden werden dazu Beispiele f r die verschiedenen Funktionsweisen und praktischen Anwendungsm glichkeiten der RFID Sensortechnik genannt und Vor und Nachteile diskutiert Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 73 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 6 5 1 Anforderungen an Luftleitungen Inden Hygiene Regeln der Serie VDI 6022 1 VDI 6022 2 und VDI 6022 3 sind die Anforderungen an die einzelnen raumlufttechn
21. re Leseger te strahlen wie Mobilfunkger te mit bis zu zwei Watt Sendeleistung allerdings sind die Antennen der station ren Leseger te anwendungsbe dingt meist in gr eren Abst nden zu Personen angebaut In zwei Meter Abstand f llt das elektromagnetische Feld bereits auf unter 500 Mikrowatt und ist damit um etwa den Fak tor 1000 kleiner als die Leistung eines Handys an Kopfoberfl che Mobile Leseger te sen den mit etwa einem Zehntel der Leistung eines station ren Leseger tes und sind daher ebenfalls unkritisch trotz der N he zum Anwender Die Transponder selbst sind unkritisch selbst wenn sie am K rper getragen werden da sie nicht aktiv senden sondern nur das Feld von Leseger t reflektieren backscatter Prinzip Bei aktiven Transpondersysteme und Sensornetze gilt eine maximal zul ssige Sendeleistung f r Transponder und Leseger t von 25 Milliwatt Dies liegt nochmal ein Achtel unter dem Wert der mobilen Leseger te f r passive Transponder und ist daher ebenfalls als unkritisch zu bewerten 3 6 RFID Emblem und RFID Etikett Die Aktivit ten zur Schaffung eines weltweit einheitlichen RFID Emblems damit Verbrau cher erkennen k nnen wo ein RFID Funktransponder in einem Etikett oder unsichtbar an gebracht ist f hrten 2012 zur Norm ISO IEC 29160 Information technology Radio fre quency Identification for item management die als deutsche Fassung 2013 erscheinen wird Ende 2010 ist das EU Kommissariat einer Empfehlung g
22. 03 00 00 00 01 00 00 F3 16 DA OS FF 02 7F 03 13 08 2010 07 56 35 BX frame 7F OZ OF 02 00 00 00 O1 00 00 FZ 18 BB 05 FF 03 7F 03 13 08 2010 07 56 37 PX frame 7F OZ OR 03 00 00 00 01 GO OO EE 18 AE OS FF 03 7F 03 13 08 2010 07 56 46 RX frame 7F OZ OF 03 OO 00 00 O01 00 OO ES 18 84 OS FF OS 7F 03 Bild 21 Ausgabe der Sensorinformationen mit der Software Sensornet Viewer auf dem Bildschirm am Beispiel ID Tag 0003 mit Feuchtesensor Wed Cell xX LTi About Kader PC Settings Range Test Teresa GE M Line Status 1 I Asset JAA ts BA DEA DIR RTS lina RISE brea Packet nm Bild 22 Screenshot als Beispiel f r die Erfassung der bin ren Daten des Feuchtesensors XBee mit dem Sensornetzwerk Programm X CTU Firma Digi 14 Siehe http Awww digi com de X CTU Manual http ftp1 digi com support documentation 90001003 A pdf zuletzt abgerufen am 02 09 2012 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 35 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Weitere Hinweise auf die Verkn pfungen der Sensordaten zur Nutzung im Gebaudebe trieb und einige Visualisierungen dazu enth lt Kap 6 7 und 7 2 Im Baubetrieb und im Geb udebestand sind die Verbreitung und der Einsatz von Daten verarbeitungsprogrammen als Middleware sehr unterschiedlich Auf der Baustelle ist Middleware nur auf Gro baustellen f r die Baulogistik zu finden w hrend kleine Baustel len meist zentral beim Bautr ger oder Planer verwaltet werden i a oh
23. 1 4 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit formations und Nachschlagewerk zur RFID Hardware RFID Guide entstanden An die ser Stelle wird daher nur eine kurze Einf hrung gegeben und auf Neuerungen hingewie sen die sich durch technische Weiterentwicklungen und durch weitere Standardisierun gen ergeben haben 3 2 Klassifizierung der Transpondertechnik und Begriffsbestimmung In Bild 5 wird eine Klassifizierung der Transpondersysteme nach Funktionen vorgenom men Die dort bezeichneten klassischen RFID Systeme mit den Grundfunktionen Identi fikation anhand einer eineindeutigen Nummer und Lesen Schreiben von Nutzdaten deckt nur einen Teil des m glichen Funktionsumfangs der Transpondertechnik ab Hinzu kom men in der Transpondertechnik die drahtlosen Sensoren f r telemetrische Anwendungen die sowohl mit passiven Transpondern wie auch mit semi passiven Transpondern Daten logger und aktiven Transpondern kommunizieren k nnen Oberbegriff Transponder Systeme Klassifizierung nach Haupt Funktions Merkmal Weitere LF HF UHF pW LF HF UHF pW UHF pW UWB Merkmale Bild 5 Klassifizierung von Transpondersysteme nach Funktionen Kreis klassische RFID Systeme Man unterscheidet deshalb in aktive semi passive und passive Transponder Systeme Akti ve Transponder verf gen ber eine eigene Energieversorgung wie z B eine Batterie Die semi passiven Transponder verf gen ber eine Energiequelle die
24. 15a mish slack PART NUMBERS Humidity Sensor e Range Gm diN AH s ntetchangeatilty si 5 SH AUS BR 19 SAH i E HH Ip RH io TAH a Alan H 155 RH ENVIRONMENTAL a Opeating mpane VE Ca 55 C4 Fr 137 F Pour gironi Ty Aa akali WW haftenes hatiera not mp BATTERY LIFE EEEN em 1 read per Gout Im Je iramianti Assumption basei un Cycle sleep enabled with single Teed Der wake opie lt M E Model Ainelchwide Wiee Seng B rterp powered tengeran and light K Z1d CEIRB K re Sec Datlery powered Termmer tne hurmidity and Fett REDER DIGI SERVICE AND SUPPORT You can purchase with confidence knowing that Digi It hare in app you with expert technical support aml a wirong fye yoar warranty wee dg Ceemtsupeart REAR u Amie e France Digi International H international REGULATOR APPROVALS Ioemcingl FCC Part 15 Cams B e ENSSOZT Class A BN SA RoHS Compiliat DIMENSIONS e Lem 2 70 Im 6 05 cm s W 10 in 615 oni e Weight 1 30 in 4 10 ci s Wigi 1 35 P 0 158 ko mastin IA P IO ko seint batieries we Sen Sensor Top Bottom Aarte Digi baergaltonal ter kanal in device Atmung har Stam dest nu Minnevorica MR 5444 3 rue des Fann HES udding South BR ive Sat SEA 220 faia mu eA epee Ost 239 veier Seig op lead na ran Lis 32309 Maily sur Seino 22 14 Sakuagacda ria Ad Tommi petz ap A br seg W lt cee Zb it ra Apr D So ad FH 30 9 s
25. 2012 72 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Fraunhofer Institut f r Bauphysik Beschneiungstest mit Glasplatte 9000 00 8000 00 7000 00 6000 00 5000 00 4000 00 3000 00 2000 00 1000 00 0 00 Sensor 1 Sensor 2 Beleuchtungsst rke in Lux 15 02 2010 07 12 15 02 2010 08 24 15 02 2010 09 36 15 02 2010 10 48 15 02 2010 12 00 15 02 2010 13 12 15 02 2010 14 24 S bs Bild 56 Einfluss von Schnee auf das RFID Sensorsignal Aus dem Experiment ist zu folgern dass die Lichtsensoren in den Sensornetzknoten f r ei ne solche Steuerung einer Solaranlage prinzipiell geeignet waren Weitere Experimente und Umsetzungsvorschlage mit diesen Sensornetzknoten und Erfassungsgeraten zur Uber tragung von Sensordaten aus Anlagen und Bauteilen sind in den folgenden Kapiteln dar gestellt 6 5 Anwendung Hygiene L ftungsleitungen Die Luftqualit t im Raum und im Geb ude stellt einen wesentlichen Faktor f r unser Wohlempfinden unsere Leistungsf higkeit und unsere Gesundheit dar Neben verschie denen Emissionsquellen im Raum wie z B Schadstoffe aus Baumaterialien Einrichtungs gegenst nden oder Personen hat die Raumlufttechnik einen erheblichen Einfluss auf die Qualit t der Raumluft Hygienisch bedenkliche Zust nde in RLT Anlagen wie verschmutzte L ftungsleitungen durchn sste Luftfilter oder Tauwasser durch die sich Bakterien und Schimmelpilze bilden k
26. 4 erl utert die Grundlagen und Vorteile der Sensortransponder Technologie Allgemeine Anwendungen der RFID Technik im Hochbau beschreibt Kapitel 5 w hrend Kapitel 6 und 7 die von Fraunhofer IBP und IMS untersuchten Anwendungen der RFID Technik mit Sensorik im Hochbau erl utert Dabei werden jeweils die notwendige Technik die Anforderungen f r die Anwendung und die exemplarische Realisierung als modellhafte Demonstratoren beschrieben Erste Ergebnisse aus der Praxis mit Hinweisen auf die Bautauglichkeit und zur Datensicherheit werden in Kapitel 7 pr sentiert Eine Ab schatzung zum Qualitatsmanagement beim Umgang mit der RFID Technik den Kosten und die Integration in k nftige Projekte sind in Kapitel 8 und 9 dargestellt Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 8 2 3 Untersuchungsmethodik Innerhalb der ARGE RFIDimBau war vereinbart dass jede Institution ihre Teilprojekte ei genst ndig bearbeitet und man sich gegenseitig ber die wesentlichen Ergebnisse regel m ig informiert Dies erfolgte in den ARGE Treffen siehe in 1 Rubrik Intern mit Ko ordination durch den Sprecher der ARGE und mit Information zum projektbegleitenden Lenkungskreis Aus diesen Abstimmungen wurden die gemeinsamen Aktivit ten wie Pra sentation der Projektergebnisse bei Messen und Tagungen und die Verkn pfung der Teil ergebnisse zu einem gemeinsamen sog Schnittstellen Projekt erarbeitet siehe Kap 9 2 u
27. Anwendbarkeit der RFID Technologie in Stahlbeton Bauteilen nachgewiesen und die Pra xistauglichkeit dieser Systeme bei der Rohbauerstellung gezeigt Es wurden die Daten er Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 38 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit mittelt die zur Steuerung und Optimierung des Bauablaufes sowie zur Dokumentation notwendig sind und aut dem Tag vorgehalten werden sollen 3 Projekt IntelliBau 2 TU Dresden Im Lebenszyklus von Bauobjekten verursachen Medien bruche bei der Intormationsweitergabe regelm ig Datenverluste Mit dem Modell des Intelligenten Bauteils wurde eine L sung entwickelt um einen durchgangigen Daten fluss ohne Medienbruche mit Hilfe der RFID Technologie zu gewahrleisten Die Nutzungs vorteile der RFID Technik in der Fertigteilproduktion werden dargestellt Der Entwicklungs stand und die Praxistauglichkeit der RFID Anwendungen im Bauprozess konnten anhand eines realen Pilotorojektes aufgezeigt werden Durch unterschiedliche Anwendungsszena rien werden die Potentiale der RFID Technologie in der Betriebs und Nutzungsphase von Gebauden vorgestellt 8 Projekt RFID Leitsystem zur Navigation und Ortung TU Darmstadt Zur Durchf hrung von Instandhaltungs Wartungsauftr gen in komplexen Geb uden am Beispiel von Brandschutzobjekten wurde ein EDV gest tztes System als Ersatz f r die bisher papierba sierte Protokollierung entwickelt Durch die Bereitstellung von Ortungs und Navigations funktionen werden d
28. Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit damit nur uber das elektromagnetische Feld der Antenne am Lesegerat Ein wichtiges Kri terium f r die Auswahl der Sensoren ist deshalb ein geringer Energiebedarf der Sensoren Prototypen der modifizierten Druck Sensor Transponder wurden in VIP Musterpaneelen der Firma va Q tec eingeschwei t siehe Kapitel 6 1 6 1 Um die Praxistauglichkeit f r Ge baudetassaden nachzuweisen wurden neben den Leseversuchen in der Klimakammer auch welche an einer Testfassade in Pfosten Riegel Konstruktion durchgef hrt siehe Kapi tel 6 1 6 2 und 6 1 6 3 Bei dieser Konstruktionsart werden aus architektonischer und s thetischer Sicht h ufig schlanke Fassadenbauteile gew nscht weshalb sich der Einsatz von hochwertigen VIP Bauprodukten im Bauteilinnern besonders anbietet Bei solcher modula rer Bauweise kann ein defektes Paneel hnlich wie eine Fensterscheibe leicht ausge tauscht werden Der untere Teil der Fassade wird dabei in der Regel als opakes Br stungs element der obere als Fenster oder Festverglasung ausgef hrt Die im Folgenden unter suchten Pfosten Riegel Fassaden befinden sich im Gips Sch le Geb ude des Fraunhofer IBP in Stuttgart Die zwei Au enw nde sind aus jeweils f nf Fassadenelementen aufge baut und nach S den oder Westen orientiert vgl Bild 34 Riegel KT Fenster Verglasung Pfosten Br stungs element Bild 34 Schema eine
29. Geb udes sich nicht auf die Endenergie an der Geb udegrenze bezieht sondern auf die Prim renergie D h die Energie die zur Gewinnung Umwandlung und Verteilung des Energietr gers n tig ist wird ebenfalls ber cksichtigt Die Berechnungsverfahren f r die energetische Be wertung von Geb uden sind in der Normenreihe DIN V 18599 38 beschrieben Bei der Erstellung des Energieausweises wird zwischen bedarfsorientiertem und verbrauchsorien tiertem Energieausweis unterschieden Der verbrauchsorientierte Energieausweis wird auf Grundlage des Energieverbrauchs eines Geb udes der letzten drei Jahre erstellt wozu nur die Daten aus der Energielieterung erforderlich sind Der Nachteil bei dieser M g lichkeit der Erstellung ist der gro e Einfluss des Nutzerverhalten der eine eindeutige Ver gleichbarkeit von Geb uden untereinander kaum zul sst solange nicht das Nutzerverhal ten ber z B intelligente Erfassungsger te wie Stromz hler transparent wird was viele nicht w nschen Der bedarfsorientierte Energieausweis wird auf der Grundlage des Ener giebedarfs eines Geb udes erstellt Das hei t anhand der baulichen Gegebenheiten wie 31 Vgl http www webolution de MAS_ATE_d pdf letzter Zugriff 20 06 2011 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit der W rmedammung von Fassaden und Heizanlagen wird berechnet wie viel Energie zur Heizung und Warmwasserbereitung ben tigt wird Der Nachteil dieser Met
30. IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 3 40 40 41 43 45 48 48 49 49 50 50 51 52 52 54 5 58 58 59 59 60 62 63 65 66 6 68 72 73 74 75 75 75 78 78 79 80 81 82 6 6 2 Test zur Funkreichweite in Deckensystemen 6 6 3 Test zur Sensorpositionierung in Holzbauteilen 6 7 Integration der RFID und Sensor Daten in den Geb udebetrieb 6 7 1 Visualisierung und Schnittstellen Beispiel L ftung 6 7 2 Visualisierung und Datenbank Beispiel D cher 7 Erfahrungen im Umgang mit RFID Sensor Technik und zur Bautauglichkeit 7 1 Erfahrungen im Umgang mit der Hardware 12 Erfahrungen im Umgang mit RFID Software und Auswerteprogrammen 7 3 Erfahrungen zur Datensicherheit und Entsorgung 8 Qualit tsmanagement Kosten Nutzen Relation 8 1 Qualitatssteigerung durch Bauwerksmonitoring 8 2 Qualitatsbewertung der RFID Technik durch QFD 8 3 Kosten der RFID Sensor Transponder 9 Umsetzung und Integration in kunftige Projekte 9 1 Integration in weiterf hrende Fraunhofer Projekte Sa Betonsensor 9 1 2 Warmespeicher mit Dammung mittels VIP 9 1 3 Feuchtekontrolle bei Sanierungen mit Innend mmung 9 2 Umsetzung in der ARGE RFIDimBau 9 3 Umsetzung mit Hardware und Software Herstellern 9 4 Umsetzung zur Marktkontrolle in der Bauprodukt Kennzeichnung 9 5 Umsetzung mit der Bauwirtschaft 9 6 Publikationen Internet Seminare Messen 10 Weiterf hrende Hinweis
31. Im Fall des Pilotprojektes am Frankfurter Flughafen betrug der Aufwand f r die Implementierung ca 200 000 und zwei Mannjahre f r Analyse und Projektleitung der Umstellung auf die RFID Funktechnik All dem gegen ber steht nat rlich der Mehrnutzen der Technik Ob sich eine Implementierung eines RFID Systems wirtschaftlich bezahlt macht muss projektbezogen im Rahmen einer Kosten Nutzen Analyse entschieden wer den Denn die Anforderungen und Voraussetzungen und somit auch die notwendige RFID Technologie sind je nach Branche und Verwendung sehr unterschiedlich Ein weiteres wichtiges Kriterium f r die Preise der RFID Transponder sind der Erfolg und die Durchsetzung der Standardisierung in der RFID Technologie Zwar schreitet diese ste tig voran 13 auch durch die Arbeit des internationalen Konsortiums GS1in Normungs gremien und der Schaffung von Konzepten wie EPCglobal 14 dennoch fehlt in vielen Teilbereichen noch ein frequenz bergreifender international geschaffener Standard zur L sung von Schnittstellenproblemen und zur sicheren Implementierung von Soft und Hardware Das Beispiel der B ndelung von Frequenzen im sog Quad Band bei Mobiltele fon hat vor Jahren die M glichkeit er ffnet weltweit mit denselben Ger ten Kommunika tion zu betreiben dadurch stiegen die Nutzungsmoglichkeiten und die Absatzzahlen und die Preise sanken deutlich Ein hnlicher Effekt w re kurzfristig bei den Leseger ten zu er warten wenn die Universa
32. Kennzeichnung der RFID Technik wurde zum einen das Siegerlogo des Wettbewerbs RFID zeigt Gesicht verwendet zum anderen das seit 2010 nach ISO IEC 29160 genormte Emblem Bild 91 Beispiel f r ein RFID Etikett auf einem VIP der Firma va q tec links und RFID Emblem nach ISO IEC 29160 f r das LF Frequenzband rechts Die je nach Frequenz und Anwendung im ISO RFID Emblem unterschiedliche zweistelligen Kennungen sind in der nachfolgenden Tabelle nach Oehlmann aus 13 dargestellt 65 Kennzeichnung der RFID Technik nach dem Siegerlogo des Wettbewerbs RFID zeigt Gesicht Vgl Sonderpublikation des In formationsforums RFID e V RFID zeigt Gesicht 2008 http Avww info rfid de into rfid content e107 e127 e230 rfid_beileger_logowettbewerb_ger pdf letzter Zugriff 20 06 2011 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 126 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Tabelle 15 Kenn Nummern f r RFID Emblem aus Oehlmann ident Jahrbuch 2012 Seite 112 114 13 Zweistellige Kennungen f r das RFID Emblem und deren Bedeutung P we a Wm ga d T __ TM Auszug aus AIM Global Standard for the use of the AIM RFID Emblem Mutually agreed 433 MHz 433 MHz 433 MHz 433 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 13 56 MHz 13 56 MHz 13 56 MH
33. Numme technische Bedeutung technischer vergleich 2 9 D Check zum Wettbewerb j Ar Foienabhebe Werfahren Bild 87 Aufbau des House of Quality fur den Vergleich der Druck Kontrollmethoden bei VIP F r die Produktplanung eines Kontrollsystems f r VIP mittels RFID Technik wurden diese Arbeitsschritte durchgef hrt und das House of Quality erstellt Betrachtet wird das vor handene Kontrollsystem mit der M glichkeit eines Anschlusses an den PC um auf diese Weise eine Funktionskontrolle mit Ampelanzeige durchzuf hren Im Folgenden werden gt 7 Oder hnliches wie beispielsweise ein Smartphone Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 110 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit fur das VIP Kontrollsystem die einzelnen Schritte zur Erstellung des House of Quality auf gef hrt erkl rt und mit einer exemplarischen Bewertung versehen Ermittlung der Kundenanforderungen F r die Ermittlung der Kundenanforderung ist die Kenntnis der Kunden wesentlich Im Fal le des VIP Kontrollsystems sind das zum einen die Hersteller und zum anderen die Facility Manager da diese Personen das Kontrollsystem anwenden werden Durch die beiden un terschiedlichen Kundentypen sind auch die Kundenanforderungen teilweise etwas unter schiedlich und setzen dadurch eine gewisse Variabilit t des Systems voraus Die Anforderungen die diese Kunden an das System stellen sind im Folgenden aufgelistet und kurz erkl rt Zus tzlich erfolgt ein
34. Produkts ist nur mit dem RFID System m glich weswegen dieses die H chstpunktzahl 5 Punkte erh lt und die beiden anderen Systeme die niedrigste Punktzahl erhalten 1 Punkt Zuverl ssigkeit Die Wartung und Lebensdauer der Systeme sind sehr hnlich bzw k nnen beim Folienab hebe Verfahren nicht verglichen werden Deshalb wurde sich auf den Vergleich der Mes sunsicherheit beschr nkt Das Folienabhebe Verfahren weist die geringste Messunsicher heit auf und erreicht deshalb die h chste Bewertung 5 Punkte Die Messunsicherheit der beiden anderen Systeme ist ungef hr gleich und liegt ein wenig ber der Messunsicherheit des Folienabhebe Verfahrens weswegen diese einen Punkt weniger 4 Punkte erhalten Umwelt Weder bei der Entsorgung der Systeme noch bei Einfl ssen auf die Gesundheit der Men schen lassen sich bei den drei Systemen gravierende Unterschiede feststellen Deshalb er halten alle Systeme die gleiche Wertung 3 Punkte Kompaktes System Die Kompaktheit des Va Q Checks und des RFID Systems zeigen keine nennenswerten Un terschiede da beide Systeme aus einem Leseger t und Sensoren einer hnlichen Gr e bestehen 4 Punkte Durch die ben tigte Vakuumkammer ist das Folienabhebe Verfahren hingegen wesentlich weniger kompakt 2 Punkte G nstiges Preis Leistungsverh ltnis Der Preis des RFID Systems ist mit momentan 30 Euro pro Sensor relativ kostenintensiv 2 Punkte Auch das Folienabhebe Verfahren ist durch den hohe
35. Projekt Kennzahlen und Bauqualit t aufgezeigt Vor allem der modulare Aufbau durch standardisierte Protokolle und Schnittstellen auf dem Informati onsweg vom RFID Tag bis zum Anwender erm glicht eine Vielzahl von Nutzungen dieser Daten durch neue Dienstleistungen In den Bereichen Facility Management FM Geb u deleittechnik GLT oder Gebaudeautomation GA werden dazu Ideen vorgestellt Die au tomatisierte Erstellung des Geb ude Energieausweises ist ein gutes Beispiel wie mit der drahtlosen RFID Sensor Technik integriert in Baukonstruktionen wie Fassaden oder D cher k nftig f r innovative Entwickler neue Mehrwert Dienste anbieten k nnen Dies vor allem im Umfeld in denen keine MSR Technik vorhanden ist und einfache Erfassungssysteme f r eine Hausautomation nachgefragt w re z B f r Sensoren an Heizungskomponenten Umw lzpumpen Brandschutzeinrichtungen Fenstern Diese lassen sich dann in Sensor netze zu FM Systemen integrieren Vorschl ge dazu werden beschrieben Zur Umsetzung der Anwendungsideen wurden leicht verst ndliche einfach aufzubauende Demonstrato ren entwickelt die bei Seminaren und Messen vorgef hrt werden k nnen Damit sind einige M glichkeiten der derzeitig verf gbaren RFID Sensor Hardware in der Bauanwendung und mit deren Verbesserungspotentiale aufgezeigt Die Impulse f r Bedarfseinsch tzungen zur weiteren bauspezifische Hardwareentwicklung lassen sich daraus absch tzen Weitere Untersuchungen zur Lei
36. RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 44 Das in Bild 27 dargestellte Leseger t eignet sich zum Auslesen von induktiven passiven Sensor Transpondern ber die Software des Leseger ts kann der Auslesevorgang gestar tet werden Im Startmen ist zum einen eine Informationsfunktion aufrufbar in der Her steller und Systemangaben abgerufen werden k nnen Zum anderen gibt es eine Schnell mess Start Funktion mit der direkt zu einer Einzelmessung gewechselt werden kann Mit der dritten Funktion des Startmen s wechselt man in ein Untermen mit den Funktionen Messen Daten verwalten und Einstellungen Im Men punkt Messen kann zwi schen einer Einzelpunktmessung und der Dauermessung unterschieden werden Die Funk tion Dauermessung erm glicht es viele Messungen in einem bestimmten Messintervall hintereinander automatisch durchzuf hren Die Ergebnisse der Dauermessung werden auf dem Display des Leseger ts in Form eines Diagramms angezeigt und auf einer SD Spei cherkarte gespeichert Bei der Einzelmessung werden das Messdatum die Uhrzeit die ID Nummer des ausgelesenen Sensor Transponders sowie die Zahlenwerte der Temperatur und Druckmessung auf dem Display angezeigt Die Umrechnung der Sensor Messsignale wird von der Software des Leseger ts durchge f hrt Die Berechnung des Temperatur und Druckwerts erfolgt mit den folgenden Glei chungen Z Div Z temp E 1 1 ges 1000 Temperatur C at0 atl x ZpempDiv
37. RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 6 5 3 2 RFID LF System zur Feuchtemessung Ein weiterer Bestandteil der im Projektteil Hygiene verwendeten RFID Technik sind die passiven LF Feuchtetransponder siehe Kap 4 1 3 mit dem zugehorigen IMS Reader mit Handantenne siehe Kap 4 2 1 und Bild 27 Uber die im Lesegerat gespeicherte Software kann der Lesevorgang gestartet und die Messwerte auf dem Display abgelesen und im in ternen Speicher dokumentiert werden Abzulesen sind das Datum die Uhrzeit Tempera tur Ident Nummer des Transponders sowie die relative Feuchte in Prozent Neben der Da tenverwaltung sind im Leseger t die Messintervallzeit und die Art der Messung Einzel messung aus mehreren Kurzabfragen Dauermessung mit Grafikanzeige oder Schnellmes sung einstellbar 6 5 3 3 Versuchsanlagen Um sowohl die Anwendung und Funktionalit t bei Luftleitungen zu berpr fen als auch das Verhalten der RFID Sensor Technik unter simulierten Bedingungen und kritischen Zu st nden zu analysieren wurden f r Untersuchungen unter Laborbedingungen mehrere Versuchsanlagen genutzt Unter anderem wurde ein Modell Versuchsstand gebaut Bild 61 Dieser besteht aus einem geschlossenen Luftkanalsystem aus Flachkan len 1 Rohr aus Kunststoff mit eingebautem Ventilator mit einer F rderleistung von 80 m3 h 2 Alter nativ l sst sich der Ventilator an einen Regeltrato 3 anschlie en um die Leistung des Ventilators und damit die Luftgeschwind
38. Sicherheit wird die prinzipielle technische Machbarkeit und die Einbindung in Geb ude Betriebssysteme gezeigt Es konnte nicht die komplette Integration in solche Software Systeme untersucht werden da dies zusammen mit der Baulogistik und den Bauproduktherstellern in dem weiterf hrenden abschlie enden ARGE Projekt zusammen mit der Bauwirtschaft zu leis ten sein wird 6 1 Anwendung Energie Nachhaltigkeit am Beispiel von VIP Im Zusammenhang mit Geb uden spielt die Sensortechnik bisher haupts chlich in Verbin dung mit der Regelung und Steuerung von Heizungs L ftungs sowie Klimaanlagen eine wichtige Rolle Aber auch Sensordaten des Bauwerks selbst k nnen zu berwachungs zwecken sehr interessant sein Steigende Anforderungen und immer komplexer werdende Bauteile f hren in der Bauwerkserstellung zu Ausf hrungsfehlern die eine sensortechni sche berwachung sinnvoll erscheinen lassen Ein Beispiel f r ein sensibles Bauteil das hohen Anforderungen gen gen muss ist die Vakuumd mmung f r die in dieser Arbeit ein neuartiges Kontrollsystem untersucht wurde Die berwachung mit kabelgebundenen Sensoren ist in diesem Falle nicht m glich weswegen auf die RFID Funktechnik zur ckge griffen wird Zu innovativen D mmstoffen z hlen seit einigen Jahren Vakuum lsolations Paneele VIP VIPs zeichnen sich durch eine extrem kleine W rmeleitf higkeit lt 0 01 W m K aus Da durch weisen sie eine bis zu 10 mal geringere D mmschichtd
39. Stern Stern Stern Masche mit Baum Baum Masche Topologie Router Knoten Masche Reichweite bei 100 m 30 m 100 m 10m 100 m 100 m 300 m 30 m 100 m Sichtverbin Knoten zu 30m 5m Punkt 20 m Punkt 20 m 70 m Punkt 10 m Punktzu 20 m dung in Knoten Knoten zu zu Punkt zu Punkt Knoten zu zu Punkt Punkt Knoten zu typischen Knoten Knoten Knoten Geb uden Art der Batterie Kabel Batterie Batterie Batterie Batterie Batterie Solar Batterie Energie Solar Kabel Kabel Kabel Bewebung Kabel versorgung Thermisch Batterie Lebensdauer 2 Jahre 3 Jahre 5 Jahre 2 Jahre 2 Jahre 0 2 Jahre Unbegrenzt 10 Jahre Batterie Ausfall Hoch da Hoch Gering Gering da Gering da Gering Nein da evtl Hoch da sicherheit Maschennetz durch ausge ausge keine Maschen selbst fallene fallene kontinuier netz organisier Knoten Knoten liche Energie endes nicht ersetzt nicht versorgung Maschen werden ersetzt netz werden Typische Temperatur Temp W rme W rme Schalter Rausch Sensoren Feuchte Licht Feuchte zahler zahler Temp Licht melder Licht DMS Temp Temp Schalter Mogliche Ethernet Ethernet USB EIB Konnex EIB Ethernet EIB Ethernet Ethernet Anbindung an WLAN RS232 RS232 Ethernet Konnex USB RS232 RS485 RS232 andere Netze RS485 USB RS485 Ethernet openPicus RS485 PLC USB WLAN Produkte ja ja nein ja ja nein ja ja verf gbar 3 5 1 Auswahl der bertragungstechnik Zur b
40. Transportbereich Logistik mit 23 und die Industrie KMU mit 26 Bild 3 12 Hier werden von den Marktfor schern Umsatz Potentiale im Milliardenbereich prognostiziert Vor allem im Bereich der Vernetzung von Warenverkehr und Datenkommunikation wird im sog Internet der Dinge eine Revolution der Arbeitsabl ufe und Einsparung von Ressourcen erwartet Daher ist es kaum erkl rbar dass im Bauwesen in dem ber lange Zeitperioden eine solche Vernet zung von Waren und Daten genutzt werden kann der Einsatz der RFID Technik bisher kaum verbreitet ist Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 3 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 50 Milliarden vernetzt Industrie Transport und Gerate DIS als In ALY a ei RFID M irh LO ES Weltbev lkerung Mra Weltweiter Anteil am Umsatz im Jahr 2016 EN Vernetzte Ger te Mrd Vernetzte Ger te pro Person Bildung 4 7 Andere 24 Transport 23 1 Einzelhandel 15 1 Gesundheit 7 5 Industrie 25 6 Quelle Frost amp Sullivan 2011 j n PF sitiar t Viarkte eme Billion Dollar 1 Exabytes pro Monat Mrd US WE Smart Security BW Smart Industry Automation 1 000 D Smart Transportation WW Smart Energy Grid Smart Education BW smart Building E Andere mobile Ger te PS Smart Healthcare Smart Homes BB Machine to Machine M2M 800 ES Home Gateways BR nicht Smartphones 600 E Tablet PCs Laptops und Netbooks 400 BW Smartphones 200 0 2011 2012 2013 2014 2015 2016
41. den Nutzer des Systems zu t uschen Einen Schutz vor widerrechtli che Eingriffe in Sensornetzwerke bietet bspw die TinyOS Software Sie ist bei Betrei bern weit verbreitet und stellt einen Quasi Standard f r drahtlose Sensornetzwerke dar Schutzmechanismen Um die Datensicherheit auf den Transpondern zu gew hrleisten kommen vorrangig kryp tografische Schutzma nahmen in Frage Das bedeutet Transponder und Leseger t besit zen einen gleichen kryptografischen Schl ssel Durch eine gegenseitige Authentifizierung der beiden Bauteile wird berpr ft ob diese einem gleichen System angeh ren In Sen sornetzwerken stellt diese Methode bereits eine g ngige Praxis dar Allerdings bringen diese Verfahren auch gewisse Nachteile mit sich So werden kosteng nstige passive Transponder durch kryptografische Schutzma nahmen verteuert Dies ist vor allem bei der Kennzeichnung auf Produktebene eine Herausforderung Zus tzlich besitzen die Tags heutzutage noch nicht genug Speicherplatz f r solche Schutzma nahmen Die Abstim mung solcher Schutzprogramme auf die Anwendung bei bauphysikalischen Anwendun gen wie der Erstellung von Energieausweisen wird als nicht vorrangig angesehen und soll sp ter mit der Anpassung der Software erfolgen Entsorgung Derzeit werden die Transponder als Teil von Verpackungen oder als Aufkleber auf Produk ten mit dem normalen Hausm ll entsorgt Die Wiederverwertung der RFID Tags kommt haupts chlich bei Gegen
42. den RFID Sensor Tag nur in der Mitte des Vakuumisolationspaneels ausgewertet Die Messergebnis se werden in den folgenden Abschnitten f r unterschiedliche Einflussgr en analysiert Bild 39 Testfassade mit VIP Paneel B links und Leseger t auf Stativ vor dem VIP Paneel E rechts 6 1 6 4 Tests zum Temperatureinfluss Diese Untersuchungen sollten das Temperaturverhalten der RFID Drucksensoren im Ver gleich zum temperaturabh ngigen Vakuum im VIP aufzeigen Es wurden alle f nf VIP Prototypen untersucht A bis E Die Klimakammer erm glichte Temperaturen in dieser Versuchsreihe zwischen 23 C und 47 C Unterschiede zwischen der Ist Temperatur in der Klimakammer und der mit dem Drucksensor gemessenen Temperatur im VIP entste hen systematisch durch die z T zeitlich begrenzte Lagerzeit des VIP in der Klimakammer von ca 1 h bis zur n chsten Lesung Durch u ere Einfl sse in der Laborhalle variieren die gemessenen Temperaturen zwischen den verschiedenen Messserien um einige Kelvin Das typische Verhalten der im VIP gemessenen Dr cke in Abh ngigkeit der Temperatur l sst sich am Beispiel des VIP Elements B Bild 40 diskutieren Es ist deutlich zu erkennen dass die Innendruckwerte relativ stark streuen d h bei einer hnlichen Temperatur schwanken die Messwerte des Innendrucks in einem Bereich von teilweise ber 2 mbar Jeder Punkt im Diagramm entspricht dabei einer separaten RFID Einzelmessung Um diesen Bereich genauer z
43. die bereits durchgef hrten und gespeicherten Messungen aufgelistet 26 n diesem Men punkt k nnen Datum und Uhrzeit Messintervall Lautst rke und Helligkeit eingestellt werden Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 45 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit E ae ho a A hee OMe Hy ee ee r a FE een Messwerte gt Koeffizienten N Sensoren Vereinzeln N aufnehmen A berechnen Programmieren A Endkontrolle Vermessung Bestimmung der Speichern der Transponder im Klimaschrank Koeffizienten Koeffizienten aufbauen und Einstellung von f r die im Sensor Chip Plausibilit tstest Temperatur Berechnungs mit Pr fung durchf hren und Druck formel automatisiert manuell automatisiert automatisiert Bild 28 Ablauf der Kalibrierung von Drucksensor Transpondern Die m glichen Umweltbelastungen auf die Sensortransponderen konnten im IMS Klimaschrank untersucht werden Dazu wurden Messger te aufgebaut und damit mehrere Sensoren auf Tr gerplatinen quasi zeitgleich erfasst Bild 29 Die Ger te leiten die Mess daten der Sensoren ber eine serielle Schnittstelle an einen angeschlossen PC weiter in dem die Daten zun chst gespeichert und sp ter z B mit einen Labview Programm ausge wertet werden Im IMS Klimaschrank Bild 30 lassen sich Dr cke zwischen 1 mbar und 1 bar sowie Temperaturen zwischen 10 C und 45 C einstellen Aus den gemessenen Sensor Rohwerten werden die Kalibrierkoeffizienten ay nach einem Best Fit Algorith mu
44. einem gro en Geb ude kann daher eine Vielzahl leerer Batterien anfallen Auch bei wiederaufladbaren Batterien reduziert sich ber einen langen Zeitraum die Akkuleistung Als L sung bietet hier die EnOcean GmbH als bisher einziges Unternehmen batterielose Funksensoren an Mit Hilfe von miniaturisierten Energiewandlern nutzen diese Module die Energie aus der Umgebung Somit arbeitet die EnOcean Funktechnologie umweltfreund lich und schont wichtige Ressourcen 8 Qualitatsmanagement Kosten Nutzen Relation 8 1 Qualit tssteigerung durch Bauwerksmonitoring Das gr te Potenzial der RFID Sensortechnik wird der Nutzungsphase und allen damit ver bundenen technischen Leistungen wie Wartung und Instandhaltung beigemessen Ange sichts immer wieder auftretender tragischer Ereignisse wie Einst rze Br nde oder andere Versagensf lle wird deutlich dass eine Gef hrdung der ffentlichen Sicherheit und Ord nung durch Bauwerke mit Einsparungen bei der Qualitatsuberwachung vor allem bei der Wartung zunimmt Eine solche Gefahr geht insbesondere von weit gespannten Dachtrag werken aus H ufig ist dies auf folgende Entwicklungstendenzen zur ckzuf hren Immer komplexer werdende Bauteile und Bauweisen Ausnutzung aller gestalterischen M glichkeiten f hren zu immer schlankeren Tragkonstruktionen Extreme Auslastung der Baustoffe durch Kostenminimierung Qualitatsverlust durch hohen Termin und Kostendruck sowie durch Einsatz von unquali
45. im Rahmen ei nes Sanierungsprojekts eine H lfte des Fraunhofer Demonstrationsgeb udes inHaus1 Doppelhauses eine Innendammung mit VIPs aus dem eigenen Produkt VACUPAD In diesen D mmplatten sind VIPs als Kernelement mit Schaumstoffstreifen umrandet und Pressspanplatten verklebt vgl Bild 77 Bild 77 Ansicht des VIP Paneels VacuPad links und Auslese von VIP Drucksensoren mit dem AEG Reader durch die GK Innenbekleidung 44 Vacupad D mmstoffe mit VIP von der Fa isover http www isover de Home Daemmstoff Portal Innovationen VacuPad VacuPad aspx zuletzt abgerufen am 30 09 2012 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 97 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Die Bauplatten in Standardgr en werden auf eine Lattung z B unter den Sparren oder auf dem Mauerwerk montiert PU Schaumplatten dienen zum Auff llen etwaiger L cken Mit einer Dampfsperrfolie und abschlie enden Gipskartonplatten erfolgt der innenseitige Abschluss Die eingebauten VIPs wurden teilweise mit integriertem IMS RFID Sensor transponder ausgestattet Der Fachplaner erstellte f r die Montage einen Verlegeplan der VACUPAD D mmplatten mit Positionierung der Sensoren um das Finden der ver borgenen Sensoren zu erleichtern Nach Fertigstellung der Trockenbauarbeiten zeigt sich gerade das Finden der Sensoren als Problem Die Handwerker hatten die geplante Positio nierung der Sensoren nicht beachtet und diese wahlfrei verteilt was zu rel
46. las sen sich auch direkt ber ein USB Kabel auf einen PC oder Notebook bertragen Die Er fahrungen mit der Datenweitergabe und anschlie ender Auswertung in MS Excel Programmen war positiv F r den UHF GHz Frequenzbereich bei den Sensornetz Transpondern waren zwei Pro gramme im Test Bei dem IMS Prototyp System kam ab Mitte 2010 das Programm Sen sornetView zur Anwendung siehe Bild 60 Es ist eine Eigenentwicklung des Fraunhofer IMS auf der Basis von frei verf gbarer Hyperterminal Software und angepasst an die Erfas sung von gleichzeitig 3 Sensornetzknoten mit den jeweiligen Sensoren wie Temperatur Feuchte Licht etc siehe Beschreibung in Kap 6 4 und Kap 6 5 3 1 Mit der ersten Verf gbarkeit des X Bee Sensornetzsystems der Fa Digi in 2011 konnten die Erprobungen eines externen Anschlusses von Feuchtesensoren mit dem Datenerfas sungs und Auswerteprogramm Digi X CTU gewonnen werden siehe Bild 22 Negativ aufgefallen ist die umst ndliche Auswertung der externen Sensordaten Anders als bei einem LF Handleseger t welches den Feuchtewert unmittelbar anzeigt kann der ermittelte ADC Wert erst im Nachhinein ber einen Export und einer Bearbeitung in ei nem weiteren Programm einem Feuchtewert zugeordnet werden Dieses Verfahren ist derzeit noch sehr aufw ndig und bedingt durch die selbstst ndige Kalibrierung der Sen soren auch nicht sehr genau Am Fraunhofer IMS Duisburg soll zu diesem Thema weitere Projektarbeit geleistet we
47. ndert und Messwerte aufgenommen Die Tests im GS Geb ude ebenfalls in Stahlbetonbauweise fanden auch ber 4 Stockwerke in der Umgebung des Versor gungsschacht des Geb udes auf den jeweiligen Stockwerken statt Bild 65 Getrennt werden die Stockwerke jeweils durch ca 20 cm dicke Geschossdecken aus Stahlbeton und dem dar ber liegendem Fu bodenaufbau womit sich ein H henunterschied von ca 12 20 m zwischen den Sensormodulen ergab Bild 65 Platzierung eines XBee Transponders im Versorgungsschacht 38 Vgl J rgen Detlefsen Uwe Siart Grundlagen der Hochfrequenztechnik Oldenbourg Verlag M nchen Wien 2006 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 QA RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Bei der ersten Messung wurde der Empf nger zun chst in der Technikzentrale im Unter geschoss des GS Geb udes platziert Es folgten weitere Messungen im Bereich des Ver sorgungsschachtes auf jeder Stockwerksebene Ergebnisse dazu sind exemplarisch in Ta belle 10 dargestellt Dabei sind zun chst keine gro en Unterschiede zwischen den IMS Prototypen und den XBee Serienmodellen erkennbar Auff llig war dennoch dass die Funkverbindung des IMS Sensornetzes bei einigen Messpunkten etwas stabiler war als die der XBee Module Dies machte sich durch l ngere Wartezeiten beim Datenempfang be merkbar Tabelle 10 Auswertung der Sensorreichweite im GS Geb ude inte P Auslesbarkeit der Transponder Empfangsebene Sendeebene Entfernung m IMS XBee NN e o
48. nstiger zu ge stalten ist die Massenproduktion Materialkosten und Produktionskosten werden dabei reduziert Markierung auf Abdeckungen Der Auslesevorgang kann durch eine Markierung auf der Abdeckung erleichtert werden Recycelbar Die verwendeten Produkte sollen leicht entsorgbar und wenn m glich recyclebar sein Auswertung des House of Quality HoQ Ein wichtiger Punkt nach der Erstellung ist die Auswertung des HoQ In den nachfolgen den Abschnitten wird dies f r die verschiedenen Felder beschrieben Der Vergleich zum Wettbewerb aus Kundensicht zeigt dass das RFID System in den meisten Kundenanforderungen die Konkurrenzprodukte bertrifft oder zumindest gleich auf mit ihnen liegt Eine Ausnahme stellt die Zuverl ssigkeit aufgrund der etwas h heren Messunsicherheit im Vergleich zum Folienabhebe Verfahren dar Allerdings liegt die Mes sunsicherheit bereits auf einem ausreichend hohen Niveau so dass hier kein Verbesse rungspotential gesehen wird Eine Kundenanforderung an der hingegen etwas gearbeitet werden sollte ist das Preis Leistungsverh ltnis Zwar kann das RFID System durch seine durchgehende Funktionskontrolle eine h here Leistung als der Va Q Check erzielen ist aber im Vergleich deutlich teurer als dieses Verfahren In der Beziehungsmatrix kann erkannt werden dass jede Kundenanforderung mindes tens einem Produktmerkmal zugeordnet werden kann Auch umgekehrt kann jedes Pro duktmerkmal mindestens einer Kundenanforderung z
49. readers encoders Reserved for future use License plate ID plus optional application data Reserved for future use License plate ID plus optional application data Reserved for future use License plate ID plus optional application data Reserved for future use License plate ID plus optional application data License plate ID plus optional application data Indicates compatible readers encoders GID General Identifier SGTIN Serialized GTIN SSCC Serial Shipping Container Code Serialized Global Location Number Global Returnable Asset Identifier Reserved for future use Indicates compatible readers encoders License plate ID plus optional application data License plate ID plus optional application data License plate ID plus optional application data License plate ID plus optional application data Indicates compatible readers encoders License plate Identification only Reserved for future use License plate Identification only Reserved for future use Indicates compatible readers encoders Reserved for future use CAGE plus serial number Reserved for future use Indicates compatible readers encoders Application Specific Application Specific Application Specific Indicates compatible readers encoders Application Specific Quelle ISO IEC CD 29160 und AIM Global Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 127 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 5 Datenbl tter verwendeter Ger te und Sensoren 10 5 1 Datenblatt AEG Les
50. realisiert Die Bauelemente sollen bis in Temperaturbereiche von 85 C belastet werden wei tere Untersuchungen laufen 9 1 3 Feuchtekontrolle bei Sanierungen mit Innend mmung Durch Bauteilfeuchte kommt es oft in Zusammenhang mit handwerklich nicht korrekt ausge fuhrter D mmung oder Abdichtung zu immensen Sch den in Geb uden Wenn Bauteile mit RFID Sensortransponder ausgestattet sind kann dies dazu beitragen einen Teil dieser Sch den zu verhindern Das Einsatzgebiet der in Kap 6 2 beschriebenen passiven RFID Feuchte sensor Transponder ist vor allem bei Dammsystemen interessant bei denen die Transponder im Nachhinein i a nicht mehr zug nglich sind F r die Anwendung einer raumseitigen Innen d mmung mit VIPs laufen mit Herstellern weitere Praxisuntersuchungen zum Langzeitverhal ten der Feuchte und Temperatursensor Transponder im Fraunhofer Demonstrationsgeb ude InHaus 1 Duisburg Die Untersuchungen an Testfassaden im Fraunhofer IBP Stuttgart sollen sowohl mit den pas siven LF als auch mit den aktiven GHz Feuchtetranspondern fortgef hrt werden Hierbei ste hen vor allem baupraktische Fragen wie die repr sentative Auswahl des Montageorts oder der Datenauslesung ber einen langen Zeitraum im Fokus Dies wird in enger Zusammenar beit mit Hardwareanbietern zu l sen sein Wenn die Bauteile gut zug nglich sind oder die Sensordaten nur in einem k rzeren Zeitraum von z B 2 bis 5 Jahren zur Verf gung stehen sollen ist der Ei
51. sowie den Mitgliedern der Arbeitsgruppe Dr N Ephan Kathrein Werke KG Rosenheim Dipl Ing G Hagel BBR Bonn Mim Rat Dipl Ing Hans Dieter Hegner BMVBS Berlin Dipl Kfm D Hergott Neuwied BD Dipl Ing P Junne BBR Berlin Dipl Ing U Klett Klett Ingenieur GmbH Fellbach Prof Dr Ing M NuBbaumer HDB Berlin Dr H W Praas Texsys GmbH Radebeul Prof Dr Ing K Robl ZDB Berlin Prof G Sahner HS Augsburg Dipl Wirt Ing R Scharmann Fa Augel GmbH Weibern Besonderer Dank gilt auch den Industriepartnern Dr Ing R Caps Fa va Q tec AG Wurzburg Dipl Ing D Stempthuber Fa Roto Bauelemente GmbH Bad Mergentheim Dr Ing R Mathes Dipl Inform T Mathes TMND GmbH Abstatt Dipl Ing S Eberle FEtronic Elztal Auerbach Dipl Wirt lng FH S Arch AEG Identifikationssysteme GmbH Ulm Interessengemeinschaft IG VIP Sens Microtherm Sint Niklaas Porextherm Kempten va Q tec AG Wurzburg Variotec Neumarkt Vakutherm Rossau Auch den wissenschaftlichen Mitarbeitern Diplomanden und studentischen Hilts kr ften sei f r ihre engagierte Mitwirkung gedankt IBP B Hanisch K Ebert T Gier L Reininger J Postupka M Krishnappa IMS M Lorcks R Jacobi J Breer M Mehlich Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 6 2 Zielsetzung und Zusammenfassung 2 1 Ausgangslage Im Rahmen der Forschungsinitiative
52. weiterf hrende Fraunhofer Projekte Die Erprobung und Umsetzung der RFID Drucksensor Transponder in Vakuum D mm paneelen geht in der o g Interessensgemeinschaft IG VIP Sens weiter Die Erfahrungen und Erkenntnisse aus den Kalibrier und Praxisuntersuchungen lassen sich auch in weiteren Pro jekten umsetzen die folgenden Beispiele zeigen dies 9 1 1 Betonsensor Im Rahmen eines Fraunhofer F E Projekts wird ein passiver Sensortransponder zur Fr her kennung von Korrosion an Stahlbetonbauteilen einwickelt und erprobt In Bauwerken wie Br cken Parkh user K hlt rme und Kaimauern treten verst rkt fr hzeitige Sch digung der Stahlbetonteile durch eindringende Salze auf Diese korrodieren die Stahlbewehrung und er fordern kostenintensive Reparaturen Das hier entwickelte System basiert auf dem Prinzip der stellvertreterkorrosion und erkennt fr hzeitig das Eindringen einer Salzionenfront Der Sensortransponder arbeitet passiv und ermittelt bei der Auslesung die Impedanz der Mess dr hte siehe Bild 88 Die Impedanz l sst auf die Lage der eindringenden lonenfront r ck schlie en In einem Bauwerk werden die Sensortransponder an neuralgischen Stellen an der Bewehrung angebracht und k nnen in der Betriebsphase bei den periodisch durchzuf hren den Wartungsarbeiten mit einem mobilen RFID Leseger t drahtlos erfasst und ausgewertet werden bei Br cken beispielsweise j hrlich Korrosion nach X Y Jahren Bild 88 Funktionsprinzip un
53. wichtig 3 eingestuft Identifizierung 3 Besonders bei der Herstellung kann eine zus tzliche Identifizierungsm glichkeit der VIP durch das RFID System sehr n tzlich sein Bestehende Barcode System k nnen ersetzt werden und auf dies Weise finanzielle Mittel eingespart werden Diese Anwendung wird als wichtig 3 eingestuft Zuverl ssigkeit 9 Eine wesentliche Anforderung der Kunden ist die Zuverl ssigkeit des Systems Es soll ein Messergebnis mit einer geringen Messunsicherheit vorliegen Das System soll ebenfalls besonders f r die Anwendung im Bausektor eine hohe Lebensdauer bei einem gleichzei tig geringen Wartungsaufwand aufweisen Dies sind entscheidende Anforderungen wes wegen diese als sehr wichtig 9 eingeordnet werden Umwelt 1 Ein weiterer Punkt den Kunden fordern ist die Umweltvertr glichkeit des Systems Hierbei interessiert zum einen die Entsorgung des Systems nach dessen Einsatz zum anderen aber auch die Auswirkungen des Systems auf die Gesundheit des Menschen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 111 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Die Paneele und somit auch die Sensoren sind f r einen langen Einsatzzeitraum geplant weswegen der Entsorgung eine untergeordnete Wichtigkeit zugesprochen wird Die ge sundheitlichen Risiken werden ebenfalls nicht als Hauptanforderungen gesehen vorausge setzt es besteht keine massive Gesundheitsgef hrdung womit nicht gerechnet wird Die Wichtigkeit dieser Kundenan
54. wurden Systeme untersucht zur berpr fbarkeit des Ur sprungs und der Qualit t von Bauprodukten zur Zustandskontrolle von automatisierten Fassadenkomponenten insbesondere RWA Elemente und Brandschutzelementen und zum pr ventives indirektes Erkennen von Verschlei grenzen aufgrund berm iger Erw rmung oder zu hoher Bauteilfeuchte insbesondere bei Holzkonstruktionen an unzug nglichen Stellen Damit w re eine automatisierbare Zustandskontrolle bei Holzbausystemen wie D chern m glich Monitoringsystem Beispiele dazu werden aufgezeigt Dazu kann die passende RFID Sensortechnik mit dem LF Feuchte Sensor Tag als IMS Prototyp verf gbar genutzt werden Die Tests des VIP Drucksensor und Feuchtesensor Transponders am De monstrator InHaus 1 in Duisburg zeigen die Funktionsweise ber ein Jahr Die innerhalb einer bauphysikalischen Anwendung notwendigen Datenfluss und Ver kn pfungsmodelle mit den vielschichtigen Daten k nnen in dem Projekt nur angedeutet werden und sind zusammen mit Software Firmen zu entwickeln Insell sungen f r Bauteil und Bausystem Uberwachungen mit Funksensorik werden vorgestellt und bereits seit ber einem Jahr kommerziell angeboten Welche Potenziale in der Integration von schlanken berwachungssystemen von Geb u dekomponenten mit RFID Tags mit nachgeschalteten Software Modulen stecken Ist im Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 1 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit ersten Fraunhofer RFID
55. 06 mehrstufig der Einsatz der RFID Technologie zur Optimierung von Prozessen im Bauwesen untersucht Projekt InWeMo BU Wuppertal Im Integrierten Wertsch pfungsmodell InWeMo wur den Szenarien analysiert wie ein unternehmens bergreifender durchg ngiger l ckenlo ser und transparenter Informationsfluss zu gew hrleisten ist Dieser sollte pr zise und in Echtzeit Eigenschafts und Ereignisdaten aus baulogistischen Prozessen ber die Wert sch pfungsstufen durch den Einsatz der RFID Technik zur Verf gung stellen Die Grundla ge f r das Modell InWeMo bietet das EPCglobal Netzwerk von GS1 EPCglobal Als Demonstrator dienten Beispiele aus der Personal und Materiallogistik bei vorgefertigten Containern f r tempor re Bauten 2 Projekt RFID Baulogistikleitstand BU Wuppertal Entlang der Wertsch pfungskette bei Bauprozessen wurde insbesondere die Schnittstelle Baustelle zu Au enwelt im Modell BAULOG untersucht Mit Hilfe der RFID Technik konnten verschiedene Applikationen zur Erfassung Kontrolle und Steuerung baulogistischer Daten entwickelt und deren Doku mentation in dem sog Digitalen Erweiterten Bautagebuch DEBt gezeigt werden z B Anwesenheitszeiten Abnahmeberechtigungen von Personen Ort Zeitpunkt von Warenein und ausgangs kontrollen Ort Zeitpunkt der Bauproduktionsmittelregistrie rung Ort Zeitpunkt der Lagerung etc 7 Projekt IntelliBau 1 TU Dresden Im ersten Teilprojekt der TUD wurde die technische
56. 2 15 1 2 4 GHZ 1 Mbit s Es wurden g ngige Verfahren herangezogen die entweder standardisiert sind oder von einer Allianz vorangetrieben werden Individuall sungen von einzelnen Herstellern wurden nicht ber cksichtigt Diese basieren auf propriet ren und zum Teil unver ffentlichten Pro tokollen Es wurden weiter nur Systeme betrachtet die f r den professionellen Einsatz im Gebaudemanagement konzipiert wurden Beispiele f r Systeme die hier nicht betrachtet werden sind funkgesteuerte Heizungsthermostate von Honeywell Funklichtschalter von Gira oder funkgesteuerte Zwischenstecker von diversen Herstellern wie ELV ZigBee Der ZigBee Standard ist speziell f r Heim und Geb udeautomatisierung entwickelt wor den Dabei stand Energieeffizienz im Vordergrund um Batteriebetriebene Anwendungen zu erm glichen Ein ZigBee zertifiziertes Ger t muss eine Batterielebensdauer von 2 Jahren aufweisen 16 Als Frequenz ist das lizenzfreie 2 4 GHz Band festgelegt welches ebenfalls durch WLAN und Bluetooth 17 genutzt wird Der ZigBee Standard sieht unterschiedliche Vernetzungsm glichkeiten vor Stern Baum oder Maschentopologien Es kommen so genannte Router Knoten zum Einsatz die st ndig mit Energie versorgt sein m ssen 18 IMS Stack Der IMS Stack ist eine Eigenentwicklung vom Fraunhofer IMS Er verwendet ebenfalls die physikalische Schicht 802 15 4 19 Er definiert die untersten beiden Schichten des OSI Modells den Bit bertragungs u
57. 277 71 967 21 277 71 198 70 195 01 196 68 198 69 co N co oO 276 13 196 43 le a O Ol WEEZE EEE Sensor 2 0188050 ee ee Se ae EE Sensor 3 1880418 es ae ee ee ee 967 37 248 27 187 13 967 21 247 40 188 91 967 2 248 63 189 23 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 125 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 4 Beispiele fur RFID Etiketten Die hier vorgestellten RFID Transponder mit Druck und Temperatursensoren zur Qualitats kontrolle von Vakuumisolationspaneelen oder mit Feuchte und Temperatursensoren zur Ma terial und Bauteiluberwachung sind durch den Stuckpreis der Sensor Tags mit integriertem Mikrocontroller in Kleinserien von ca 10 bis 104 momentan noch relativ teuer siehe Tabel le in Kap 8 3 Eine M glichkeit die Kosten der elektronischen Kennzeichnung von Bauteilen mit Monitoring Funktion zu reduzieren ist die Erg nzung mit anderen Etiketten die sowieso vorgeschrieben sind und oder mit einfachen RFID Ident Etiketten Diese Ident Transponder wie in Kapitel 3 4 beschrieben k nnen als bedruckte Klebeetiketten ausgef hrt werden und lassen sich mit blichen CE Etiketten kombinieren Das dargestellte Etikett Bild 91 wurde anhand eines bestehenden Etiketts von einem ver wendeten VIP der Firma va Q tec bedruckt Es wird in dieser Form bisher nicht kommerziell eingesetzt Der ebenfalls auf das Etikett gedruckte Barcode ist f r die bergangszeit der Um stellung auf das RFID System gedacht Als
58. 4 cm H he helght 13 cm Material materia AgS DATA SHEET Technische nderungen vorbehalten AEG Ienihkabgmakgttemr GinbH iiime Flew 47 0 8908 Ulm FE 48 16 711 1400 0 T 49 161791 L Gops ap0popl E mail info aegicdie aye aegis 66 Datenblatt http www aegid de fileadmin user_upload Datenblaetter reader ARE H5 pdf letzter Zugriff 20 06 2011 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 128 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 5 2 Datenblatt Betauungssensor Hygrosens SHS A3 BETAUUNGSSENSOR SHS A3 Best Ne 18 75 D Leistungsmerkmale t Erkannung von hoher Luftfsuchie Batauung oder Kondensation Einsatrbereich von 0 bis 100 rF 0 bis BO C Ausf hrung mit SIL Komakten Hir PCS ee Anwendungsgebiete Geb ugeeleittechnik K hldeckenschaller Klimaanlagen Fauchtaschutz in Schaltschr nken und einktrischen Anlagen Kondendaterkennting an Au enw nden L ftungsrogelung In Sankl rr kumer Braune Ware CAMCORDER und Kameras Tri deit BLEI ar AH HEA RN rE Fr F JOE aimar RTOS HS IATL Lee ee THEY Eigenschaften Der Feuchlesensor SHS A3 wi om resistivar Resistiver Betauumgssensor SES A Batsuurigasercar zur Delektion war eercelzandey d Kondensalon Die im oberen Feuchieberech usisiorr m i Srpaneriiell areigends maba Kennis ra GE gew hrleisiel erdarche Signalauewertung und ein KR tas stabiles Schativerhalien an der Betsuungsgrenge ost Die gmssf chge Ausf hrung venmmogich
59. 6 Die Bauteilfeuchte wird in der Regel durch Impedanz Messverfahren bestimmt Zwei Elektroden sind dabei in das Bauteil ein 6 bersicht und Erl uterung zu Drucksensoren http de wikipedia org wiki Drucksensor zuletzt abgerufen am 23 08 2012 7 H K Trieu Surface micromachined pressure sensor technologies in Proceedings Sensors Expo amp Conference Fall 2002 Boston MA September 23 26 2002 pp 111 122 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 29 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit zubringen oder mit Pr fspitzen aufzusetzen Gemessen wird dann die Impedanz komple xer elektrischer Widerstand zwischen den Elektroden Hierbei ist f r jede Elektrodenan ordnung und f r jeden Baustoff eine Kalibrierung erforderlich Somit sind die Sensoren auf einen bestimmten Baustoff z B Buchenholz oder Kalksandstein abgestimmt 4 1 4 Sensortechnik Lichtmessung Die Lichtmessung kann z B im Gebaudebetrieb fur eine Reihe von Funktionen verwendet werden Als klassische Einsatzbereiche sind dabei die Abschattung von Sonneneinstrah lung durch Jalousien und Dammerungsschalter zu nennen Zunehmend finden Lichtsenso ren auch in der automatischen Regelung der Beleuchtungsst rke am Arbeitsplatz Anwen dung Durch den Einsatz von Farbfiltern oder Photodioden mit selektiver Empfindlichkeit bestimmter Wellenl ngen k nnen derzeit Regelungen f r gew nschte Farbspektren reali siert werden Interessant sind diese Funktionen z B f r Kunstausstellungen
60. Bei einer Verwendung der RFID Technik in Hallend chern wo gr ere Deckenh hen aber keine Unterbrechungen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 g5 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit durch Stahlbetondecken o vorhanden sind bewiesen die Versuche dass ein Auslesen der Transponder problemlos m glich ist 6 6 3 Test zur Sensorpositionierung in Holzbauteilen Diese Versuche dienten zur Positionierung und Befestigung der externen Sensoren f r die Bestimmung der Holzfeuchte mit RFID Sensortranspondern Hierbei war vor allem die Re produzierbarkeit der Messwerte im Vordergrund weshalb Bauteile und der Aufbau des Dach Wand Demonstrators verwendet wurden siehe Bild 66 Bild 66 RFID Demonstrator mit Modellinstallationen an Holzdach und VIP Wand F r die Tests wurden das Modell eines Holzdaches mit Sichtholzschalung und eine zeitge steuerte Befeuchtungseinrichtung verwendet Ein in die Oberseite der Latte ges gter Schlitz sorgte daf r dass das Wasser an dieser Stelle tiefer in das Material eindrang und die Ergebnisse dadurch schneller signifikant ausfielen Da die Holzlatte punktuell und ber einen kurzen Zeitraum befeuchtet wurde kamen je zwei Sensoren parallel zum Einsatz Auf diese Weise sollte eine Dokumentation der Feuchtigkeit im gesamten Holzst ck si chergestellt werden i d d D Bild 67 Test der Anbringung und Wirksamkeit externer Feuchtesensoren an Holzbauteilen hier oh ne Dammung dargestellt
61. FORSCHUNGSINITIATIVE Zukunft BAU F 2908 N Konig C Philipp B Hanisch K Ebert T Gier G vom Bogel A Hennig M Lorcks RFID eine Schlusseltechnologie fur transparente Bauwerkserstellung und nachhaltigen Gebaudebetrieb RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Bundesinstitut im Bundesamt fiir Bauwesen und Raumordnung Fraunhofer IRB Verlag F 2908 Bei dieser Ver ffentlichung handelt es sich um die Kopie des Abschlussberichtes einer vom Bundesministerium f r Verkehr Bau und Stadtentwicklung BMVBS im Rahmen der Forschungsinitiative Zukunft Bau gef r derten Forschungsarbeit Die in dieser Forschungsarbeit enthaltenen Darstellungen und Empfehlungen geben die fachlichen Auffassungen der Verfasser wieder Diese wer den hier unver ndert 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 berarbeitet Die Druckqualit t h ngt von der reprotechnischen Eignung des Originalmanuskriptes ab das uns vom Autor bzw von der Forschungsstelle zur Verf gung gestellt wurde by Fraunhofer IRB Verlag 2015 ISBN 978 3 8167 9409 7 Vervielf ltigung auch auszugsweise nur mit ausdr cklicher Zustimmung des Verlages Fraunhofer IRB Verlag Fraunhofer Informationszentrum Raum und Bau Po
62. Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 Q7 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit System als Sensornetz mit einer hohen Lesereichweite ist dem manuellen Auslesen passi ver Transponder mit einem Lesegerat im Nahfeld vorzuziehen Dennoch spielt der Prozess der manuellen Messdatengewinnung in der Gesamtbetrachtung vor allem bei Wartungs vorgangen in Anlagenzentralen eine wichtige Rolle da dort lokal der Zustand einzelner Transponder zu erfassen ist und die Gefahr der Datenuberlagerung aus mehreren nah bei einander befindlichen Transpondern gro ist Dazu ist ein exemplarischer Datenverlauf zur berwachung der Kontrollparameter in L ftungsleitungen im nachfolgenden Flussdia gramm f r beide Varianten grafisch dargestellt Flussdiagramm Sensordaten Scorcho speicher une Einte a ana Sera 4 hgk ich Monnapemecnchcene Bild 69 Datenverlauf bei manuellem Auslesen der Sensor Transponder LF Nahfeld System Die installierten TAGs m ssen manuell mit einem mobilen Hand Leseger t ausgelesen und die so gewonnenen Daten anschlie end mit einer Datenbank in der Managementebene synchronisiert werden Bild 69 Sollten Grenzparameter ber schritten werden zum Beispiel bei einem Anfall von Tauwasser in der L ftungsleitung Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 QQ RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit oder einer berschreitung der Staubkonzentration von z B 10 mg m 2 so kann dies der Nutzer in diesem Szenario erst nach dem Auslesen fests
63. IMS Reader mit Handantenne siehe Bild 27 ausgelesen Bild 36 Klimakammer links zum Test des Vakuumdammpaneels in einer Rahmenkonstruktion zum Schutz gegen Besch digung rechts Die Lesungen bestanden aus mehreren Dauermessungen bei den unterschiedlichen Tem peraturen jede Dauermessung setzte sich aus 15 bis 20 Einzelmessungen mit einem Zwi schenintervall von je 4 Sekunden zusammen So konnten mehrere Messserien bei anna hernd derselben Temperaturstufe zur Absch tzung von Messunsicherheiten gewonnen werden 6 1 6 3 Langzeit Messungen an der Testfassade F r die Praxistests der VIP in der Pfosten Riegel Fassade wurden der besseren Anschaulich keit halber die VIP nicht in das Br stungselement aus Metall eingesetzt sondern in den Fensterrahmen Mit Thermoelemente auf der Innen und Au enseite der Glasscheiben und auf der Innen und Au enseite der VIPs konnte der Temperaturverlauf im Bauteil ber mehr als 2 Jahre untersucht werden Die Abmessungen des VIP Elements als Prototyp ent Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 52 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit sprachen nicht den Abmessungen der Glasscheiben weshalb zuvor eine Umrandung fur das VIP aus alukaschierten Polystyrolplatten erstellt wurde die eine Beschadigung der Hull folien Schwei n hte durch ein Umknicken verhinderte Das ca 28 mm dicke VIP Fassadenelement mit integriertem RFID Drucksensor zeigt Bild 37 Es wurden drei VIP Fassadenelemente A B E in die Testfas
64. IP Paneel zuverlassig ee u OO XXX m Etikett CE 8 Papier Fenster Grenzwerte Ma e Dokument Bautagebuch Sonnenschutz ae U Wert zuverlassig Zustand Bauerstellung Bauteil Daten y D 7 Papier no Fassade mit Schalldammung Biand chdiz Gutachten gt co Fugen L fter Grenzwerte Luftdichtheit er l Schallschutz EnEV en St EE ee DGNB Zert l Dateien BIM d ZE een Bauteamserver LL Direktzugriff fo 5 x Papier oO BED un Grenzwerte CITE e Wartungsprotokolle oie 32 Heiz K hl Betrieb Behaglichkeit Zustandserfassung Datenbank mit GLT FM o Direktzugriff H a E Betriebs gt Papier R D Betriebs D Wartungskosten a kosis Kostensch tzung Gutachten EK SE ESO Sanierung Investition LCA Okobilanz Datenbank mit 5M Energieeffizienz Finanzierung i CAFM ERP o C SE ROI gesichertem B k o Nachhaltigkeit Direktzugriff auwerk Server Konzeptvorschlag nach K nig 1 oder Steinbach 87 Konzeptvorschlag nach K nig et al 62 88 Konzeptvorschlag nach ARGE RFIDimBau 9 Bild 54 Schema der zuk nftigen Kennzeichnung am Bau mit RFID Sensortechnik zu Dokumentation und Nachweis von Bauqualitat Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 71 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Fraunhofer Institut
65. L S Bild 9 Energiebedarf pro Paket entnommen aus 24 Zu sehen ist der Energiebedarf pro Paket f r unterschiedliche Nutzdatenlangen Wie zu erkennen haben die Verfahren mit h heren Datenraten wie z B Bluetooth LE und ZigBee IMS Stack einen geringeren Energiebedarf verglichen mit Verfahren mit niedrigeren Da tenrate Das l sst sich dadurch erkl ren dass die Sendedauer durch die h here Datenrate geringer ist jedoch durch eine geringere Reichweite erkauft wird Beispielsweise hat der Standard 802 15 4 ZigBee eine um den Faktor zwei h here Reichweite als 802 15 1 Bluetooth jedoch ist der Energiebedarf weit mehr als doppelt so hoch Der IMS Stack versucht diesen Nachteil auszugleichen indem jeder Sensorknoten auch Informationen weiterleiten kann so dass keine st ndig aktiven Router Knoten notwendig sind Dies ver bessert die Gesamtbilanz eines Sensornetzes Das Enocean Verfahren erm glicht durch den Einsatz von Energy harvesting f r bestimmte Sensoren z B Schalter die Vermeidung von Batterien Jedoch k nnen beispielsweise innerhalb von Geb uden solarbetriebene Sensoren ausfallen wenn die Beleuchtungsst rke nicht ausreichend ist Es h ngt also von der konkreten Anwendung ab welches Verfahren am besten geeignet ist Die Zahl der Enocean Komponenten im Markt ist 2012 stark gestiegen was auf eine mittelfristig do minierende Stellung dieser Technik hindeutet Legende Ei Aktarer Empf nger Fenstersensor Lic
66. Luftfeuchte in Filtern und Schalld mpfern darf einen Wert von 90 nicht berschreiten An Au enluftfiltern darf die durchschnittliche Luftfeuchte innerhalb von drei Ta gen nicht h her als 80 sein Eine Anlage darf keine dauerhaften Feuchteniederschl ge aufweisen Luftleitungen m ssen besenrein sein Je nach Standard darf aber eine Staub konzentration von 10g m nicht berschritten werden Die VDI 3803 schreibt vor Im gesamten Luftleitungsbereich ist die relative Luftfeuchte auf maximal 90 zu begrenzen Eine Taupunktunterschreitung ist grunds tzlich zu vermeiden In der DIN 1946 2 hei t es weiterhin In L ftungsleitungen welche sich hinter einem Luftbefeuchter befinden darf kein Niederschlag sein 6 5 3 Verwendete RFID Technik In diesem Abschnitt werden die RFID Sensortransponder und Komponenten vorgestellt und erl utert welche bei den jeweiligen Untersuchungen an L ftungsleitungen zum Ein satz gekommen sind Da bereits im Kapitel 3 5 und 4 die f r die Bautechnik geeignete RFID Technik allgemein beschrieben wurde werden im Folgenden lediglich erg nzende Informationen und Funktionsweisen der Systeme gegeben 6 5 3 1 RFID Sensornetz als UHF System mit externem Sensor Ein wichtiger Bestandteil des Systems ist der externe Betauungssensor zur Erkennung von hoher Luftfeuchte und Betauung Das Messprinzip basiert auf einem resistiven Sensor mit einem Mikrocontroller der eine wechselspannungsm ige Imp
67. MS nach ISO 9001 2008 sind im Pr fplan diese Schritte festgelegt Lagerung bei hohen Temperaturen zur Absch tzung des Ladungserhalts bei Speicher zellen EEPROM Temperaturwechselzyklen zur Lebensdauerabsch tzung des Aufbaus und der Verbin dungstechnik L t und Schwei stellen Belastungstest unter Spannung zum Test auf Alterungserscheinungen z B durch Elektromigration Diese Messungen erfolgen auf hnliche Weise wie die Kalibrierung vgl Kap 6 1 3 allerdings ber deutlich l ngere Zeitr ume Medientest zur Beeinflussung durch Fremdstoffe S urebildung Die Auswahl und Parametrisierung der Tests erfolgt unter Ber cksichtigung der Umge bungsparameter wie Betriebs und Lagertemperaturen sowie der Medieneinfl sse Als La gertemperaturen wird ein gr erer Bereich von 20 C bis 80 C gew hlt w hrend f r den Betrieb also die eigentliche Messung ein Bereich von O C bis 40 C angenommen wird Als Pr fumfang wird f r jede Pr fung eine Anzahl Prutlinge gem Norm herange zogen typische Losgr en liegen bei 200 Mustern in der Erstpr fung Wiederholungspr fungen die in der Regel j hrlich stattfinden haben einen reduzierten Probenumfang Neben der Zuverl ssigkeitspr fung findet die elektrische Endpr fung und Kalibrierung statt Diese umfasst 100 der Pr fmuster bei denen die Funktion z B bei Raumtempera tur getestet wird Das Gesamtsystem bestehend aus Sensoren und Leseger t muss wei
68. RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit muss zum Ausgleich die Leistung der Ventilatoren hochgefahren werden was zu einem erh hten Stromverbauch und ggf mehr Ger uschentwicklung der Aggregate f hrt Die Sicherstellung eines hohen Wirkungsgrades anhand von regelm igen Reinigungen und Wartungen ist eine entscheidende Gr e f r die energieeffiziente Nutzung einer RLT An lage 6 5 2 Bauliche Problembereiche und Grenzwerte in Luftungsleitungen Problembereiche in einem RLT System stellen also jene Bereiche dar an welche Schmutz und Feuchtigkeit herankommt Im Allgemeinen sind das Au enluftansaugungen Filter und besonders Befeuchter oder Luftw scher F r L ftungsleitungen insbesondere die Zu Iuftleitungen gelten Umlenkungen und Ecken als problematisch da es dort zu einer ver mehrten Staubablagerung kommen kann Auch in den Teilen der Anlage in denen die Luftgeschwindigkeit nicht mehr ausreichend hoch ist um Sedimente abzutragen kommt es zu Anreicherungen Weiterhin sind alle Stellen an denen dauerhaft Tauwasser anfallen kann als besonderes Gefahrenpotential anzusehen Dies betrifft z B au erhalb laufende und nicht oder unzureichend w rmeged mmte Zuluftleitungen RLT Anlagen sind so zu betreiben dass mikrobiologisches Wachstum vermieden wird Da raus leiten sich bestimmte kritische Werte ab die einzuhalten sind und als Kenngr en f r RFID Sensortransponder dienen k nnen So z B gibt die VD 6022 3 vor Die relative
69. RFID System aber besonders gut erf llt Au erdem zeigt das QFD die kriti schen Punkte des Systems an denen noch Verbesserungspotential besteht Vor allem der Kostenaspekt stellte sich als Schachstelle heraus Allerdings muss hierbei der Mehrnutzen des Systems entgegengesetzt werden der durch die durchgehende Funktionskontrolle der VIP nachgewiesen werden kann Der Produktvergleich zeigt dass kein anderes System ei ne Funktionskontrolle der VIP im verbauten Zustand gew hrleisten kann dieser Bedarf beim Kunden aber durchaus vorhanden ist 8 3 Kosten der RFID Sensor Transponder Die Preise eines einzelnen RFID Transponders sind derzeit abh ngig von der Bauart des Transponders und der Art Speichergr e und Integration des verwendeten Mikrochips Diese liegen derzeit im Bereich von wenigen Cents f r einen einfachen passiven HF Trans ponder bis hin zu 50 Stuck f r einen Sensortransponder mit Batterie siehe Tabelle 12 Auch bei den Leseger ten variieren die Kosten zwischen 50 und 5 000 pro Stuck Es wird zwar erwartet dass bei steigender St ckzahl und Massenbestellungen auch die Preise sinken dennoch sollte beachtet werden dass weitere kaum kalkulierbare Kosten f r die Einrichtung einer Infrastruktur hinzukommen Dazu geh ren vor allem Investitionskosten Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 115 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit in Datenbanken Software Implementierung Standardisierung Instandhaltung und Schu lungen
70. Source Cisco VNI Mobile 2012 Quelle MarketsandMarkets Analysis 2012 Bild 3 Marktpotenzial und Entwicklung der Datenvernetzung bis 2016 nach 12 3 1 Aufbau und grundlegende Funktionsweise eines RFID Systems Grunds tzlich besteht ein RFID Infrastruktursystem aus zwei Komponenten einem oder mehreren Transpondern auch TAG genannt und einem Leseger t einem sog Rea der Gekoppelt an das Leseger t ist ein entsprechendes Informationssystem in dem die Daten ausgelesen weiterverarbeitet und verwaltet werden k nnen Die nachstehende Grafik stellt die Bestandteile und Verkn pfungen eines solchen Systems dar Informatons system Antenne Takt RFID Transponder RFID Transponder RFID Transponder Bild 4 Grundsatzlichen Bestandteile eines RFID Systems nach 6 Der RFID Transponder ist der eigentliche Datentrager Das Lesegerat erzeugt ein elektro magnetisches Feld welches von der Antenne des Transponders empfangen wird und ihn damit aktiviert Wie in Bild 4 zu erkennen sendet das Lesegerat Energie Daten und den Takt an den Transponder welcher wiederum seinerseits die entsprechenden Daten mittels Funkwellen an das Leseger t bermittelt Vom Leseger t aus werden die Daten an ein In formationssystem weitergeleitet welches diese dem Benutzer als Information ber die Identnummer etc bereitstellt Im Rahmen des Projekts RFID Kennzahlen 5 ist ein In Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012
71. Typ Frequenz Tag Preis bei Tag Preis bei Tag Preis bei Reader Typ Standard 100 St ck 1 1000 St ck 1 100 000 St ck 1 ca Preis EUR EUR EUR EUR microsensys Telid 211 Passiv HF 18 00 12 39 K A iIID 3000 k A 2 3 Erfurt ISO 14443 Erfurt Temperatur ISO 14443 Erfurt Temperatur ISO 14443 Erfurt Temperatur ISO 14443 EC A cl MI wl Erfurt ISO 18000 6 IMS Temperatur AEG H5 1200 4 lll IE el Ml ML 4 IMS Temperatur AEG H5 1200 4 IMS 15693 a E IMS Temperatur Temperatur ZigBee ISO 18000 6 Fu note 1 bei Abnahme von x St ck in einem Auftrag 2 Typ UD von Fa microsensys Erfurt 3 Short Range 4 Mid Range gem Tabelle 1 Query R BV 300 3 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 1 F RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Fraunhofer Institut f r Bauphysik 9 Umsetzung und Integration in kunftige Projekte Die technischen Grundlagen f r eine Anwendung der RFID Sensor Technik zur berwachung von Bauteilen an Geb uden oder technischen Anlagen wie L ftungsleitungen sind verf gbar F r die Umsetzung in die Baupraxis bedarf es noch weiterer Entwicklungsarbeiten zu Funk bertragung und Steigerung der Reichweite Verbindung von RFID und Sensortechnologie Speichergr e und Energieversorgung Anbindung an die GLT und Visualisierung Reduzierung der Kosten f r die Hardware Software und die Implementierung in eine vorhandene meist konservative Prozessumgebung 9 1 Integration in
72. Zukunft Bau f rdert das Bundesministerium f r Verkehr Bau und Stadtentwicklung BMVBS uber das Bundesamt fur Bauwesen und Raumordnung BBR Projekte der Arbeitsgemeinschaft ARGE zur Anwendung der elekt ronischen Identifikation von Bauprodukten und Bausystemen mit Hilfe der RFID Technik 1 In dieser Arbeitsgemeinschaft RFID im Bau sind die Fraunhofer Institute f r Bauphy sik IBP und Fraunhofer Institut f r Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS Projektpartner zusammen mit dem Lehr und Forschungsgebiet Baubetrieb und Bauwirt schaft der Bergischen Universitat Wuppertal 2 der Fakult t Bauingenieurwesen Profes sur Bauverfahrenstechnik der Technischen Universit t Dresden 3 dem Institut f r Nume rische Methoden und Informatik im Bauwesen der Technischen Universit t Darmstadt 4 sowie diversen Industriefirmen siehe gemeinsame Internetseiten unter www rfidimbau de Bild 1 I ARGE RAME Bild 1 Logo der Projektgemeinschaft ARGE RFIDimBau Das ubergeordnete Ziel ist es mit Hilfe der RFID Technik eine Kostenoptimierung und Qualitatsverbesserung von Bauwerken zu erreichen Jeder der Projektpartner untersucht dabei in Einzelprojekten die Potentiale der RFID Technologien in seinem Kompetenzbe reich und in gemeinsamer Abstimmung mit den heutigen Bauprozessen In einem ersten Projekt des Fraunhofer Instituts f r Bauphysik IBP RFID Kennzahlen und Bauqualitat stand vor allem die Bau und Erst
73. _2013 pdf S 8 12 Siemens Das Internet der Dinge als wichtiger Wachstumsmarkt Pic ture of the Future Herbst 2012 in http www siemens com innovation pool de 20 12 pdf PoF 2 2012 D doppel pdf 13 Walk E B th D RFID Standards 2012 ident Jahrbuch 2012 S 98 111 ident Verlag Dortmund 2012 siehe www ident de uploads media ident 2012 Jahrbuch Web pdf 14 EPCglobal Die Zukunft hat begonnen Elektronischer Produkt Code in http www gs1 germany de gs1 standards barcodesrfid epcrfid 15 Wiebking L et alii A Roadmap for RFID Applications and Technolo gies Final Report 2008 CE RFID in http www iot visitthefuture eu fileadmin documents researchforeurope Roadmap RFID Applications Technologies pdf 16 UWB Zigbee und Z Wave in der Automatisierungstechnik Elektronik 2 2007 und in http www zigbee org 17 http www bluetooth org 18 IEEE 802 15 4 Standard bertragungsprotokoll f r Wireless Personal Area Networks WPAN in http de wikipedia org wik IEEE 802 15 4 19 Mess Funk statt Mess Draht Drahtlose Sensornetzwerke nach dem Zigbee Standard Funkschau H 18 2010 20 http www knx org 21 http www dect org Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 137 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 22 ISOAEC 14543 Teil 3 10 Informationstechnik Heim Elektronik Systeme HES Drahtlosprotokoll f r kurze Datenpakete WSP opti miert f r Energy Harvesting Beuth 2012 und http
74. abelle 5 Vergleich der Pr fverfahren zur Qualit tskontrolle bei VIP Pr fverfahren Messgr e Testm glich Nachteile keiten Zweiplatten W rmeleit Herstellung apparativer zeit Genauigkeit ger t f higkeit A licher Aufwand 0 1 10 nach DIN EN 12667 W m K Folienabhebe Innendruck p apparativer zeit Genauigkeit Verfahren licher Aufwand 0 3 mbar Va Q Check Warmeleit Herstellung Keine Kontrolle Baustellen f higkeit Ay vor Einbau im verbauten tauglich Zustand Einbau Thermographie Oberflachen z T im nur Kontrolle im temperatur T verbauten gut schlecht verbauten Zustand Pr fung Zustand RFID Sensor Innendruck p In jedem Kein auslesen Durchgehende Zustand durch Metall Funktions kontrolle 6 1 2 Beschreibung der RFID Drucksensor Technik F r die Messung des Drucks existieren verschiedene Typen von Drucksensoren die nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten F r die Anwendung in D mmpaneelen wurden kapazitive Drucksensoren f r die Innendruckmessung im VIP verwendet Die Kapazit ts n derung eines Kondensators die bei der Ver nderung des Plattenabstands infolge von Druckeinwirkung entsteht wird als Sensorsignal verwendet Die feste Elektrode eines Plat tenkondensators kann beispielsweise eine Metallplatte sein die bewegliche Elektrode kann als metallisierte Siliziummembran ausgef hrt werden Der Vorteil von kapazitiven Drucksensoren ist ihr geringer Energieverbrauch und die gering
75. aber mehrere Stunden pro Messung und kann i a nur im Labor durchgef hrt werden Bei der Qualit tssicherung von W rmed mmsystemen an der Baustelle soll hingegen eine schnel le wenig aufwendige und m glichst flexible Kontrollm glichkeit zur Verf gung stehen Dar ber hinaus ist es f r den Bauteilhersteller f r seine Produkthaftung von Vorteil wenn er und der Nutzer das Dammsystem in verschiedenen Zeiten mit einem mobilen Messsys tem auch vor Ort in situ kontrollieren kann 6 1 1 Bestimmung der w rmetechnischen Eigenschaften bei VIPs Zur Einsch tzung der Vorteile durch das drahtlose Sensor Messsystem werden die bisher verf gbaren Messmethoden zur Bestimmung der W rmed mmung bei VIPs kurz erl utert und in Tabelle 5 mit der RFID Sensor Methode verglichen Beim Verfahren mit dem Plattenger t 31 32 wird ein station rer eindimensionaler W rmestrom durch eine elektrisch beheizte kreisf rmige oder quadratische Metallplatte erzeugt Auf beiden Seiten der Heizplatte befindet sich ein identischer Probek rper Auf der Au enseite der Probek rper wird jeweils eine thermisch kontrollierte W rmesenke d h K hlplatte angekoppelt Die elektrische Energie die ber die Heizplatte die Probek rper im thermischen Gleichgewicht z B bei 10 C Mitteltemperatur h lt wird hochgenau ge messen Der entscheidende Nachteil dieses Verfahrens ist der hohe apparative Aufwand die durch das Messger t entstehende rtliche Gebundenheit und die lan
76. ach einem Feuchteausgleich der S gesp ne mit der Luftfeuchte im Exsikkator registrierte der pr parierte Sensor den korrekten Wert von ca 90 Es zeigte sich dass nach dem Herausnehmen der Sensoren aus dem Exsikkator der pr parierte Sensor wieder etwas tr ger auf eine nderung der Luftfeuchte reagierte jedoch keine weiteren Beein trachtigungen der Messwerte festzustellen war Holzs gesp ne Ohne Holzsp ne a Mit Holzsp ne Bild 64 Ergebnis der Versuche mit Holzfasern oder S gesp nen Die Untersuchungen der pr parierten SHS A3 Feuchtesensoren verfolgten das Ziel sowohl die Funktionalit t und das messtechnische Verhalten als auch die Praxistauglichkeit der Sensoren zu berpr fen Die verschiedenen Ablagerungen wirkten sich dabei unterschied lich stark auf die Messwerte der Sensoren aus wobei der Verlauf der Ergebnisse grundle gend den Erwartungen entsprach Nur bei den Messungen der mit Mineralwolle R ckst nden pr parierten Sensoren kam es zu Abweichungen durch das gel ste Phenol harz aus dem Dammstoff Dies ver nderte die aktive Polymerschicht des Sensors und ver ursachte undefinierte Zust nde im Messwert Daraus ist zu folgern dass die hier unter suchten Sensoren f r den direkten Kontakt mit Mineralfaserd mmstoffe mit Phenolharz Bindemitteln bei Tauwasseranfall ungeeignet sind Als L sungsm glichkeit werden kera misches Sintermaterial oder Gewebevlies als Schutzfilter um den Sensor angeboten die s
77. ade oder eines Daches im Aufgabenfeld des Facility Managements Im untersuchten Fallbeispiel einer Fassade mit VIP D mmung und intergierten RFID Drucksensor Transpondern zeigt das Leseger t den Druck bei einer bestimmten Tempera tur im VIP mit der zugeordneten Identnummer an Eine M glichkeit mit diesen Daten um zugehen ist die dezentrale Feststellung und Verarbeitung vor Ort durch den Facility Ma nager Im Falle der Vakuumdammpaneele w rde dieser im einfachsten Fall mit einem Le seger t durch das Geb ude gehen und die VIP oder andere Bauteile mit RFID Transpondern einzeln von Hand kontrollieren Auf ansteigende Dr cke in den kontrollier ten VIP m sste entsprechend reagiert werden Dieses Verfahren ist zu aufw ndig und durch den n tigen Abgleich mit Tabellenwerten nicht sehr anwenderfreundlich Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 63 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Eine Softwarel sung k nnte so aussehen der gemessene Innendruck im VIP wird mit den Soll Druckwerten abgeglichen und dem Nutzer durch ein Ampelsystem der Funktionszu stand des VIP bersichtlich dargestellt Daraus wird der W rmedurchgangskoeffizient U Wert des Fassadenelements mit Hilfe der W rmeleitf higkeit und der Dicke des VIP be rechnet In Bild 50 ist ein Blockdiagramm eines m glichen Ablaufs der Datenverarbeitung aus dem VIP Sensortransponder f r diesen Fall dargestellt Bauteilinformation W rmeleitf higkeit des VIP druckabh ngig
78. al oder Luftfeuchte entstehen wenn raumseitig die Fugen nicht sorgf ltig abgedichtet wurden siehe auch Kap 9 1 3 Aus den Untersuchungen mit den Prototyp Sensor Transpondern und den Leseger ten f r die Nahfeld LF Technik war zu folgern dass eine dritte Generation von Leseger ten mit bautauglichen Eigenschaften nur in Zusammenarbeit mit kommerziellen Ger tehestellern machbar ist Dies f hrte 2011 zur Abstimmung mit den Herstellern der VIP Bauelemente um die gew nschte Anzahl an Leseger te recherchieren und die Bedarfe an Sensoren Ka libriereinrichtungen etc zu bestimmen Die Kooperation mit dem Hersteller des favorisier ten Leseger t ARE H5 AEG ID Ulm gestaltete sich als zeitaufw ndig da die Bereitschaft das Ger t zu modifizieren gering war Dies lag u a an den nur sp rlich gegebenen Zusa Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit gen aus dem Kreis der VIP Hersteller gr ere Mengen der Ger te abzunehmen solange die Tests nicht erfolgreich waren diese hingen wiederum an der Ger temodifikation die erst im Oktober 2012 erfolgreich gelang d 18 2812 11 06h 4 in Einzelmessuna Datus 28 18 2012 Zeit 11 4 h Tenperutur 21 59 SC ID Bag Feuchte 41 0 RH Bild 79 Anwendung der RFID Feuchtesensor Transponder an Au enbauteilen im Demonstrations geb ude inHaus 1 links und Messwerte am Display des LF Readers rechts Mit diesem baustellentauglichen LF Leseger t ARE H5
79. amme die als serieller Datenstrom vom RFID Transponder kommen an die Middleware gefiltert wei ter Die Filterung ist in der Regel nur die Pr fung der Telegramme auf ihre G ltigkeit Die Telegramme sind in den Normen definiert z B f r die passiven Systeme in 13 und setzen sich typischerweise wie folgt zusammen Header Nutzdaten Sicherungscode Stop Das folgende Telegramm zeigt an einem Beispiel eine weitere Unterteilung der Nutzdaten Lange ID Z hler Typ Messwerte Sensoren Versorgungsspannung 12 Vgl Tamm Tribowski 25 S 19 ff 13 Vgl Melski Schumann 27 S 4 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 34 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Fraunhofer Institut f r Bauphysik Die Filterung im Reader pr ft zun chst mit dem Sicherungscode ob Fehler in der Ubertra gung aufgetreten sind Im Fehlerfall wird ein Telegramm verworfen bei Fehlerfreiheit werden die Nutzdaten an die Middleware Beispiele Programm Sensornet View Bild 21 oder Programm X CTU Bild 22 zur weiteren Verarbeitung bergegeben Sensornet Viewer Communication settings ComPot com7 3 Disconnect Z Fraunhofer IMS ID 0003 h Df h D h Type fi Tye hh Type h acc hb acc TI acc TI Temp 24005 Tem Temp Ext Temp N A Ext Tem Ext Tem TI Humid 47 6035168 Humid SS Humid OS Light Mi Light iwp Communication lag 13 08 2010 07 56 23 Connected 13 08 2010 07 56 31 RX frame 7F OF OF
80. asser aus beliebigem Winkel bis zu 60 aus der Senkrechten Schutz gegen Spritzwasser aus allen Richtungen Schutz gegen Wasser strahl D se aus beliebigen Winkel Schutz gegen vor ber gehende berflutung Schutz gegen l Wassereindringung bei zeitweisem Eintauchen Schutz gegen Druck wasser be dauerndem Untertauchen Darstellung in Anlehnung an DIN EN 60529 IEC 60529 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 123 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 2 Messungen mit unterschiedlichen Abdeckmaterialien Tabelle 13 Beispiele fur Leseabstande des IMS Readers mit der Antenne IMS V2 0 bis zum VIP Drucksensor f r verschiedene Deckmaterialien ber dem Bauteil VIP B Hinweis nicht m glich es war kein Ausleseversuch erfolgreich Messung wurde nicht durchgef hrt 2B handgehalten nicht m glich 1A handgehalten nicht m glich VIP B verbaut Abstand mm 1A Stativ nicht m glich nicht m glich nicht m glich E N CH CH bb SE CN N oO i D SCH Bes oO Cc st CH m lt EE N N LO o o D D Ka gt lt E E E LO em N 1ys y9suayas mz Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 124 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 3 Messwerte aus RFID Drucksensoren im Saugheber Versuch Tabelle 14 Messwerte von VIP Drucksensoren 1 2 3 Umgebungsdruck Zwischenzustand minimaler Unterdruck Sensor Sensor 1 968 28 277 87 0188112c 968 13 276 55
81. aterialzust nde in Bauteilen wie Au enw nde Decken oder Flachd cher und deren bauphysikalische Qualit t im Bauprozess wurde vom Fraunhofer IMS ein passiver RFID Transponder mit Feuchte und Temperatur Sensoren im LF Frequenzbereich angepasst Die Bauform ist aufgrund des flachen Designs f r enge Zwischenr ume z B zwischen D mmung und Beplankung oder in WDV Systemen geeignet Er kann wie der IMS Drucksensor Transponder nur aus der Nahdistanz ausgelesen werden Der Feuchte und Temperatur Transponder besteht aus folgenden Komponenten einem Ultra Low Power Mikrocontroller den Sensoren entsprechenden Wandlern der Versorgungsspan nungs berwachung sowie dem analogen Frontend zum Empfang von Energie nach Stan dard ISO 18000 2 und bertragen der Daten zum Leseger t siehe Bild 48 Fasition of a ri urruc ty Test amp ansor Frogrammu ng Interface Wired Te 3 1 am emperature e oS s Sensor Antenna Position ot Col Temperature Den SH Bild 48 Blockdiagram und Layout Schema des Feuchte und Temperatur Transponders Als Feuchtesensor kommt ein kapazitiver polymerer Sensor zum Einsatz siehe Kap 10 5 3 Die Schaltung zum Wandeln des Kapazit tswertes in einen digitalen Wert ist speziell op timiert auf Robustheit gegen ber Versorgungsspannungsschwankungen Bild 49 zeigt ei ne Ansicht des Feuchte und Temperatur Transponders in unterschiedlicher Ausf hrung Die Antennen Spule hat einen Durchmesser von 50 mm
82. ationsebenen Mensch Datenbank erfolgt auf digitaler Ebene mit Hilfe der Middleware Eine Middleware ist eine Ebene in einem speziellen Softwaresystem und setzt sich aus mehreren Teilen zusammen der Kommunikationsebene welche die einzelnen Systeme untereinander verbindet der Verarbeitungsebene der RFID Daten und der Datenbankebene 28 Durch die Echtzeitver arbeitung von Daten und Informationen besteht eine wesentliche Aufgabe der Middlewa re darin aus der unz hligen Datenmenge die unwichtigen Informationen zu filtern und nur die notwendigen Informationen aufzubereiten und bedarfsgerecht an den Endver braucher in das Backend weiterzuleiten Die Middleware kann also als eine Art Dienstleis tung angesehen werden Bild 20 stellt den Zusammenhang und den Aufbau eines sol chen RFID Daten bertragungs Systems dar Reale Welt Digitale Welt RFID Syst Backend Frontend Ee e i Infrastrukturebene Integrationsebene Applikationsebene i i Leseger t Middleware Applikationen i H ern gefilterte aufbereitete z Informationen i Daten Daten DB Informationen Bild 20 Aufbau der ID Daten bertragung in einem RFID System 27 Eine weitere Aufgabe der Middleware besteht in der Koordination und Steuerung des Da tenstroms Telegramme zu den angeschlossenen Leseger te und Applikationen Wie in Bild 20 dargestellt leitet der mit Reader gekennzeichnete Block die Telegr
83. ativ zeitauf wendigem Suchen f hrte Fur die Langzeitbetrachtung wurden exemplarisch zwei gut zu g ngliche VIP Drucksensoren ausgew hlt in unregelm igen Zeitabst nden mit verschie denen Leseger ten IMS Prototyp und AEG Reader ausgelesen und die gemessenen Wer te des jeweiligen Innendrucks verglichen Bild 78 Langzeitmessung im eingebauten Zustand 5 4 5 2 4 c 3 5 x 3 J 2 5 t Sensor 0x018B0D05 2 s Sensor 0x018B0D11 c 1 5 D n 1 0 5 0 N N N N S Ek N S S S S av fo A EN NN Y N ik GH bh ee 0 SE xk iG W AY BK Or or A X N S S N S Vv N 7 N Zeit Datum Bild 78 Gemessener Innendruck von eingebauten VIP RFID Sensoren ber ein Jahr im inHaus 1 Die gemessenen Gasdr cke in den zwei VIP Paneelen zeigt einen erwarteten stabilen Ver lauf ber die Messzeit von ca 1 Jahr mit einer leichten Schwankung begr ndet durch das Digitalisierungsrauschen Die Unterschiede im Mittelwert ergeben sich aus der Produktion der VIPs es ist keine Drift zu erkennen Zu den Produktionsschwankungen siehe hierzu auch die Messreihe beim anderen Hersteller va q tec in Bild 84 Im Testgeb ude inHaus 1 konnten auch an den W nden die LF Feuchtesensoren in passi ver RFID Technik weiter erprobt werden Dazu wurden solche in den Zwischenraum von bisheriger AuBenwand und der raumseitigen Lattung f r die Innend mmung integriert In diesem Bereich kann eine kritische Materi
84. aufgenommenen Messwerte des internen Sensors werden aus den gesendeten Informationen der Telegramme errechnet und in den dar berstehenden Feldern 3 dokumentiert Die Messwerte angeschlossener ex terner Sensoren werden als sog ADC Werte Analog Digital Converter ausgegeben und in Feld 4 dargestellt Mit Hilfe der Batteriespannung wird dieser ADC Wert in Bit gemes sen Der Analog Digital Wandler ADC wandelt eine elektrische Spannung in eine Digital zahl um Im Allgemeinen wird dabei die Messspannung mit einer Referenzspannung ver glichen Der ausgegebene Wert dr ckt demnach das proportionale Verh ltnis beider Spannungen aus und gibt in diesem Fall den Bezugswert f r die relative Feuchte in Pro zent an Diese Telegramme werden in ein Ausleseformular weitergegeben in dem der gemessene ADC Wert in die entsprechende relative Feuchte umgerechnet wird SE ae SS SSS E Be Z Fraunhofer IMS Measurements EEE ae ee cel KA at JD 0000 Ai 4 ml P em fees Toa Type Dar h Type Ef H a G f a eh 3 BEE Ee EE tee u MA Rn 3 Ext Temp Ext Temp p Humid 529367648 Humid p Humid Ree l2 2011 lZ ZULl 12 2011 LZ 2011 12 2011 L pl 12 Z011 1l2 2011 1 12 2011 1l2 2011 LZ 2011 l12 2011 l2 z011 14 lLZ ZUll Bild 60 Beispiel der Messwert Erfassung mit externem LF Feuchtesensor ID 0001 und der Software Sensornet Viewer Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 77
85. aum oder Maschentopologie wie z B bei ZigBee und IMS Stack wird die Reichweite dadurch erh ht dass jeder Sensorknoten in ei nem Netzwerk auch Informationen anderer Sensorknoten weiterreicht Sensorsignale k nnen die Basisstation auch erreichen wenn sich diese au erhalb der direkten Reichwei te befindet Vergleich des Energiebedarfs F r den Einsatz der beschriebenen bertragungsverfahren ist insbesondere im Bereich der Geb udeautomatisierung und berwachung der Energiebedarf von Interesse Kurze Batte rielebensdauer von Sensorknoten erh ht den Wartungsbedarf und mindert somit die Wirt schaftlichkeit eines solchen Systems Es ist daher von Interesse welche Energie zum ber tragen einer Information notwendig ist Um die Verfahren vergleichen zu k nnen ist es wichtig nicht nur den Energiebedarf zur bertragung eines Bits zu betrachten sondern auch den so genannten Protokoll Overhead Dabei handelt es sich um zus tzliche Bits die bertragen werden ohne Nutzdaten zu enthalten Diese sind zur Synchronisierung und Fehlerschutzkodierung notwendig Bild 9 zeigt einen Vergleich der Verfahren Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 20 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Bluetooth LE Dect 1 IEEE 802 15 4 2 4 GHz f IEEE 802 15 4 868 MHz Wireless MBus S Mode e bzw KNX RF _ Wireless MBus T Mode UCL NN PENN Energiebedarf pro Paket of 2 A Bay b o gt un H d
86. aunhofer Bericht RFID 01 2012 59 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Tabelle 7 Vergleich des minimalen und maximalen Ausleseabstands f r Haltewinkel von 0 45 und 90 bei verschiedener Kombination aus IMS Leseger t Antenne Antennenhalterung und VIP Abstand mm Ee VIP Variante 1A handgehalten 2B handgehalten 1A oe eee Im Vergleich zur parallel zum Sensor ausgerichteten Antenne 0 verringert sich der ma ximale Ausleseabstand bei einem Haltewinkel von 45 deutlich Der minimale Abstand nimmt ebenfalls ab Der Auslesebereich bei einer horizontal zur VIP Ebene gehaltene An tenne nimmt im Vergleich zu einem Haltewinkel von 45 weiter ab und ist nur noch in ei nem sehr begrenzten Bereich m glich 6 1 7 Tests zur Messunsicherheit an VIP Drucksensor Technik Um eine Aussage zur Messunsicherheit der Drucksensoren nach 33 machen zu k nnen wurden alle gemessenen Druckmesswerte nach der Temperatur zum Messzeitpunkt sor tiert Von jeweils zehn beieinander liegenden Messwerten die Temperaturdifferenz bei den zehn Messwerten betrug im Mittel unter 0 1 K wurde die Standardabweichung und daraus der Mittelwert je VIP gebildet siehe Tabelle 8 Tabelle 8 Mittlere Standardabweichung der RFID Drucksensoren in VIP A VIP B und VIP E Standardabweichung mbar VIP A VIP B VIP E Es wird deutlich dass die Messunsicherheit der Drucksensoren aus dieser Charge zum Teil stark differiert Die Standardabwei
87. auteil ge speichert werden Au erdem bringt das Verlegen solcher aufwendiger Elektroinstallatio nen einen zus tzlichen Kostenaufwand mit sich Durch RFID Sensortransponder lassen sich an beliebigen Stellen die Temperatur und Feuchtigkeit per Funkverbindung berwachen eine Verkabelung ist somit nicht mehr notwendig Doch anders als bei dem Leckmeldesystem kann diese Technik auch auftre tendes Tauwasser in der Konstruktion wahrnehmen Somit ist ein Schutz des Bauwerks auch bei einer eventuellen Feuchtebelastung von innen m glich Dar ber hinaus lassen sich die verwendeten Materialkennwerte sowie die Ergebnisse der augenscheinlichen Kon trollen oder Inspektionen von Fachingenieuren vor Ort direkt auf dem RFID Tag des Bau teils speichern und sind bei Bedarf jeder Zeit abrufbar Ein nachtr gliches Hinzuf gen von Daten oder Wartungsprotokollen ist so problemlos m glich siehe auch Kap 6 7 2 Aber auch ohne direkte Feuchteeinwirkung stellt sich unterhalb des Materials ttigungsbe reiches ein Gleichgewicht zwischen Temperatur und relativer Feuchte der umgebenden 36 Z B Smartex von Progeo Monitoring GmbH Online im Internet http www progeo com oder Sensor DDS von Sensor Dichtungs Kontroll GmbH Online im Internet http www sensor dks com Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 g1 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Luft und der Holzfeuchte ein Vor allem bei offenen Konstruktionen wie Hallendacher oder Holzbrucken ist die Tauwass
88. bahn und Auswahl des Fensters Material kennwerte erh lt der Nutzer in einem separaten Fenster zus tzliche spezifische Daten zu dem jeweils verwendeten Produkt siehe Bild 76 Materialkennwerte Kategorie a _ Hersteller esrame DeehbahnV13 Bitumendachbahn TT oenszmrpom ens ae egen owwa So ct swg _ hinzuf gen Hinzuf gen i Ee Technische Daten rote arge Srete Deke mj sus Om _ Geet Massey ao Sprachnotiz 10 eraten Neo Formulieren Co BEER Finbay Abnohme Vereines Sewer er DD ru Bild Einbauort hinzuf gen Hinzuf gen ee Festgestellte M ngel Notizen fotos 11 Bild 76 M gliche Softwareoberflache fur Materialkennwerte des Bauteils Holzdach Diese werden in Abschnitt 10 ebenfalls tabellarisch dargestellt Neben den Basisdaten des Herstellers sind ebenfalls technischen Daten des Produktes hinterlegt Uber Verkn p fungen durch die RFID Identnummer des jeweiligen Produkts gelangt man zu den Pro duktdatenbl ttern oder Einbauhinweisen des Herstellers abgelegt in der digitalen Bauakte oder in einem Internet Server Daten Cloud Weiterf hrende Informationen aus der Wartung oder einem Gebauderundgang Sicher heitsbegehung Schadensfall k nnen unter Abschnitt 11 in die Datenbank integriert werden Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 96 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 7 Erfahrungen im Umgang mit RFID Sensor Technik und z
89. bene in die Managementebene zu transferieren und die Informationen dem Entscheidungstr ger indi viduell und benutzerfreundlich zur Verf gung zu stellen Nur durch so eine Visualisierung kritischer Messwerte wie z B einem einfachen Ampelsystem kann sofort reagiert und damit L ftungsleitungen mit allen dazugeh rigen Komponenten in hygienisch einwand freiem Zustand betrieben werden Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 20 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 6 6 Anwendung Sicherheit Holzbauteile Durch die zunehmenden Anforderungen an die Tragf higkeit Dauerhaftigkeit und somit Nachhaltigkeit von Geb uden spielt die fortlaufende berwachung von einzelnen Kon struktionen oder ganzen Bauwerken eine immer gr ere Rolle Beispiele f r sensible Bau teile welche hohen Anforderungen gen gen m ssen sind D cher Vor allem Flachd cher geh ren zu den wohl am st rksten beanspruchten Teilen eines Bauwerkes da sie in be sonderem Ma e Umwelteintlussen ausgesetzt sind Durch eindringende Feuchtigkeit oder Tauwasserbildung im Inneren von Bauteilen verursacht z B durch Planungsfehler man gelhafte Bauausf hrung Alterung bei Dampfbremsen oder Dichtstoffen wird die Funkti onsf higkeit der Konstruktion eingeschr nkt Die Dammwirkung wird beeintr chtigt die Ansiedlung von Pilzen und Algen beg nstigt und die Funktionssicherheit des Bauwerkes auf Dauer reduziert Die h ufigste Schadensursache an Holzkonstruktionen ist jedoch die Feuchteb
90. bertragungs eigenschaften Teil 2 Messung nach Verfahren mit dem Plattenger t 04 1999 Beuth Verlag 32 DIN EN 12667 W rmetechnisches Verhalten von Baustoffen und Bauprodukten Bestimmung des W rmedurchlasswiderstandes nach dem Verfahren mit dem Plattenger t und dem W rmestrom messplatten Ger t Produkte mit hohem und mittlerem W rme durch lasswiderstand Deutsche Fassung EN 12667 05 2001 Beuth Verlag 33 DIN 1319 3 Grundlagen der Me technik Auswertung von Messun gen einer einzelnen Me gr e Me unsicherheit 1996 05 Beuth Verlag Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 138 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 34 35 36 37 38 39 40 41 42 Building Information Modeling BIM siehe in http www buildingsmart de und Anwenderhandbuch Datenaus tausch BIM IFC 2006 in http ddsv de files web1 ddsv de downloads PDF Datein IFC_Anwenderhandbuch 4MB pdf Merz H Geb udeautomation Kommunikationssysteme mit EIB KNX LON und BACnet 2007 Carl Hanser Verlag M nchen und in http www big eu org bacnet R diger M Dorochevsky R RFID basiertes Service Management System TUV SUd Industrie Service euro ID 2011 in http www smart tec com uploads tx_rathgeberdownloads 2011 01 26 TUEV Sued_01 pdf und in http www smart tec com uploads tx_rathgeberdownloads 2012 10 29 Texxmo Fee rwehr pdf Haufe Lexware Energieausweis Zahlen Daten Fakten Auswirkun
91. chen Baustoffen und Schutzschichten zusammengesetzt Die Qualit t des einzelnen Bauproduktes entscheidet mit ber die Dauerhaftigkeit den Aufwand f r den jahrzehntelangen Bauunterhalt und die Wirtschaftlichkeit der Baukon struktion Bei der Optimierung von Bausystemen hinsichtlich geringer Warmeverluste gu tem Schall und Brandschutz Tauwasser und Schimmelfreiheit etc stehen die wesentli chen Bauproduktbereiche wie D mmstoffe Verglasung Fenster Fassade und Tragwerk Mauerwerk im Wettbewerb Deshalb sollten die bauphysikalischen Kenndaten so vorlie gen dass auch die f r eine statistische Bewertung ben tigten Angaben ber die Daten herkunft Messung Berechnung Proben bekannt sind Dann k nnen mit den heute ver f gbaren Berechnungsprogrammen wie z B f r Energieeffizienz Statik Versagenswahr scheinlichkeit und Okobilanz die Vergleiche zwischen unterschiedlichen Bausysteml sun gen gezogen werden Damit l sst sich der Nutzen aus einer qualitativ h herwertigen Vari ante der Bauausf hrung vorab nachvollziehbar aufzeigen und bessere Preise erzielen nicht der Billigste bekommt den Zuschlag Bauprodukte mit CE Kennzeichnung auf der Basis der EU weit harmonisierten Normen erf llen teilweise nicht alle bisherigen natio nalen Anforderungen F r den Planer Handwerker vor Ort und den Bauherrn sind diese Unterschiede in den relevanten Kennwerten der Bauprodukte derzeit wenig transparent Bauprodukte sind heutzutage leider nic
92. cherheit wendeten Frequenz ab Bild 8 zeigt einen Vergleich der BER unterschiedlicher Verfahren bei verschiedenen Abst nden zwischen Sender und Empf nger 24 WE ee atin od 8 _ os La A 10 SS e SH 107 Ei BE gt SE d A 10 e 10 E M ee 5 10 a 4 Bluetooth LE W e St Zeg e 10 ec IEEE 802 15 4 2 4 GHz IEEE 802 15 4 868 MHz 10 5 a he _ _ Wireless MBus S Mode SS baw KNX RF ih EH gt Wireless MBus T Mode 7 ee r eadi OE ee Pt e 100 6 8 10 12 14 16 ku 20 Reichweite d ntz Bild 8 Bitfehlerrate f r verschiedene Verfahren entnommen aus 24 Erh ht man den Abstand zwischen einem Sender z B Sensorknoten und einem Empf n ger z B Basisstation so verschlechtert sich der so genannte Signal zu Rausch Abstand bertragene Bits werden dann im Empf nger fehlerhaft erkannt die BER steigt an F r eine akzeptable BER von 10 ergibt sich nach Bild 8 beispielsweise f r EN13757 4 Kon nex RF Wireless MBus eine um den Faktor f nf h here Reichweite als bei IEEE 802 15 4 ZigBee IMS Stack Es handelt sich dabei um die theoretisch erreichbaren Reichweiten im Freiraum also ohne Reflexionen mit der jeweils maximal zul ssigen Sendeleistung und unter Verwendung eines idealen Rundstrahlers Gewinn O dB Durch die M glichkeit der Bildung einer B
93. chung der Sensoren in VIP A und B liegen in einer Gr Benordnung die dem vorl ufigen Datenblatt entspricht 1 mbar Der Sensor in VIP E zeigt eine sehr geringe Standardabweichung und misst mit einer h heren Genauigkeit Im Verlauf des Projekts stellte Fraunhofer IMS weitere Drucksensoren S1 bis S3 aus einer neu 30 Fur VIP A lagen 11322 Messwerte f r VIP B 8207 Messwerte und f r VIP E 20014 Messwert vor Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 60 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit eren Produktionsserie mit angepasstem Leseger t zur Verf gung Diese waren fehlerfrei kalibriert und zur weiteren Analyse der Messunsicherheit geeignet Die Sensoren wurden bei Umgebungsdruck und bei Unterdruck erzeugt zur einfachen Funktionskontrolle und als Demonstrator mit einem Saugheber mit Handpumpe ausgelesen vgl Bild 46 Bild 46 Messaufbau mit Leseger t Antenne und Drucksensor zwischen Scheibe und Saugheber Die Messungen zur Langzeitstabilit t erfolgten bei minimal m glichem Unterdruck und durch Zugabe von Umgebunggsluft bei reduziertem Vakuum Zwischenzustand Der Normal Luftdruck wurde einer Wetterstation und dem Internet zeitgenau entnommen und pro Sensor drei Messreihen a f nf Einzelmessungen durchgef hrt Die Ergebnisse sind in Kap 10 3 tabelliert Bei der Messung im Zwischenzustand k nnen nur die f nf direkt hin tereinander gemessenen Werte miteinander verglichen werden da es nicht m glich war f r alle Messungen die
94. cksichtigt Damit kann die RFID Technik da zu beitragen dass VIP Bauteile nach messbaren Sanierungszyklen und nicht nach theore tisch festgelegten Lebensdauern erneuert werden Die Vorteile von RFID Sensoren sind auch bei anderen VIP Anwendungen au erhalb des Bauwesens wesentlich Bei der Verwendung von VIP als Teil von Verpackungen f r Medi kamenten oder Organtransporte ist die berwachung des Innendrucks der Paneele sehr wichtig um eine bestimmte Temperatur im Inneren der Verpackung zu halten Ein be schadigtes VIP Paneel kann durch die damit verbundenen h heren Warmeverluste im schlimmsten Fall zu einer Besch digung der Medikamente oder Organe f hren Mit der Kontrollm glichkeit durch die RFID Drucksensoren vor dem jeweiligen Gebrauch der Transportverpackung kann diese Gefahr untersucht und ggf die Verpackung repariert werden Somit erzeugt ein Qualit tskontrollsystem mit RFID Drucksensor System in VIPs Vorteile f r die VIP Hersteller durch eine transparente Nachweismoglichkeit f r den Inves tor durch eine bessere Kosteneffizienz und f r den Geb udebetreiber durch eine gute Kontroll und Beschaffungsmoglichkeit Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 49 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 6 1 5 Messunsicherheit und Abnahmeprozess bei RFID Sensortranspondern Zur Vorbereitung einer Serienproduktion ist als weiterer Schritt im Abnahmeprozess eine Zuverl ssigkeitspr fung notwendig Gem dem Qualitatsmanagement im Fraunhofer I
95. d Ansicht des Betonsensors auf einem Stahlstab Quelle gt gt 39 Industriepartner der Betonsensorentwicklung http www bs2 sicherheitssysteme de zuletzt aufgerufen am 30 09 2012 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 1 Q RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Fraunhofer Institut fur Bauphysik Im Mai 2013 erfolgt der erste Pilotversuch in einem Parkhaus in Koblenz und im Oktober 2013 in einer Kaimauer im Hafen vom Rotterdam Dort werden etwa je 100 Sensoren einge baut die zu Teil auch unter der Wasseroberfl che auslesbar sein m ssen Die Erfahrungen aus dem Projekt RFID Sensor bilden hierbei die solide Grundlage f r die Entwicklung des Be tonsensor Systems und helfen eine schnelle und risikominimierte Umsetzung des Konzepts in einen Sensortransponder durchzuf hren 9 1 2 Warmespeicher mit D mmung mittels VIP In einem Forschungsprojekt der FH Nurnberg werden Vakuum Isolationspaneele VIP f r Energie effizientere Warmwasser W rmespeicher eingesetzt und die Tauglichkeit der VIPs un tersucht Neben der W rmed mmwvirkung sind auch weitere Faktoren wie Wasserdruck auf das Paneel und die deutlich h heren Umgebungstemperaturen wesentlich f r die Langzeit funktion des Energiespeichers Hier wird mit Hilfe der im Projekt RFID Sensor weiterentwickel ten VIP Sensoren das Monitoring der VIPs deutlich vereinfacht In dem Projekt wurde im Fr h jahr 2012 der erste Aufbau eines W rmespeichers mit den VIPs und eingebauten Sensoren
96. dann bei der Bau bergabe dem Investor aber auch der Bauauf sicht als CD ROM zusammen mit der goldenen Nachhaltigkeitsplakette bergeben wer den Die RFID Technik enth lt in der verkn pften Datenbank mit der qualitativen Beschreibung der Bauprodukte und deren Eigenschaften zu Wechselwirkungen wie Korrosion Materialun vertr glichkeit oder Schadstoffhinweisen Chancen in der Anwendung zur Qualit tssicherung komplexer Bauteile und ganzer Bausysteme Einmal zur CE Kennzeichnung nach den europa isch harmonisierten Anforderungs und Leistungsklassen der Einzelbauteile zum Nachweis der Gleichwertigkeit von Produkten Zweitens zur Verkn pfung der Kennzahlen der gelieferten Bauteile in der Baukonstruktionsebene und somit zur Bau berpr fung z B nach der Richtlinie des Bundes f r die berwachung der Verkehrssicherheit 41 Die M glichkeiten eines auto matisierten Gebaudemonitorings vgl Kap 8 1 das alle wesentlichen Bauprodukte eines Bausystems nachvollziehbar beschreibt tr gt somit auch zur Markt berwachung und St r 63 Anbieter CILICo cm380 siehe in http www cilico us product ultra distance uhf rfid tablet html 64 Siehe unter http www fenstercheck info infos htm Hersteller Fa Netzsch Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 121 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit kung der CE Kennzeichnung bei Dies fordert die EU Kommission aktuell im Mandat M 480 zur Vereinfachung des Warenverkehrs bei Bauprodukten und bei der Novellierung d
97. der GA zu nutzen stellen Module wie der Multi Application Server dar Solche Ger te verf gen ber ein eigenes Funkmodul und erm glichen so das Auslesen von Sensordaten via Funk Die Messwerte k nnen dann im Geb ude an einer drahtgebundenen LAN Schnittstelle und oder einer Internet Verbindung bereitgestellt werden siehe auch Kap 6 7 Eine weitere Voraussetzung f r die oben beschriebene Umsetzung einer Anbindung des RFID Sensortransponder Systems an die Geb udeautomation ist die Erh hung der Auslese Reichweite durch die Verwendung von GHz Sensornetze siehe Kap 6 5 3 6 3 4 Dynamischer Energieausweis Eine M glichkeit die RFID Sensordaten aus Bauteilen ber die Geb udeautomation zu nutzen ist die automatische Erstellung eines dynamischen Energieausweises Der Vorteil ist zum einen eine st ndige und aktuelle Kontrollm glichkeit des Energieverbrauchs eines Geb udes ohne Einfluss des Nutzerverhaltens zum anderen kann einem Mieter oder K ufer einer Immobilie gezeigt werden welche energetische Gesamteffizienz die Immobi lie aktuell besitzt Das Ziel des Energieausweises ist es den Energiebedarf von Immobilien untereinander vergleichbar zu machen und dadurch die Transparenz auf dem Immobi lienmarkt zu erh hen Die gesetzlichen Rahmenbedingungen des Energieausweises wer den durch die Energieeinsparverordnung EnEV geregelt 37 Eine Besonderheit der Ener gieeinsparverordnung ist dass der maximal zul ssige Energiebedarf eines
98. die Kooperation der Forscher gruppen am Lehrstuhl f r F rdertechnik Materialfluss Logistik fml der Technischen Uni versit t M nchen Prof G nthner im Forschungsverbund Virtuelle Baustelle ForBAU er lautert Untersucht wurde die ganzheitliche Abbildung eines komplexen Bauvorhabens in einem digitalen Baustelleninformations Modell 2007 bis 2010 siehe www forbau de und eine Schnittstelle zu einer RFID basierten Datenerfassungs Software Diese ist in das kom merzielle Daten Managementsystem PRO FILE von PROCAD integriert 17 PROCAT Programm PRO FILE siehe Visualisierung in http Awww fml mw tum de forbau index php Set_ID 455 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 39 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 6 Untersuchte Anwendungen der RFID Sensor Technik im Hochbau Die elektronische Kennzeichnung von Bauprodukten mit Hilfe der RFID Technik wird sich mit der beginnenden und akzeptierten Anwendung in der Textil und Maschinenbau Branche verbreitern Mit der einfachen Identifizierung von Bauteilen und Bausystemen bleibt aber ein gro es Nutzenpotenzial uber die lange Betriebszeit von Geb uden unbe r cksichtigt Die zuvor beschriebene Integration von Sensoren in RFID Systeme erm glicht es die dynamischen Vorg nge am Geb ude und den technischen Anlagen drahtlos auch im Rahmen der Altbausanierung zu erfassen Mit den im Folgenden dargestellten 3 Beispielen von Anwendungen Energie Nachhaltigkeit Hygiene
99. dige sowie die Behe bung des Schadens zu veranlassen Konventionelle Dokumentation Um Informationen ber das betroffene Bauteil zu erhalten und ggf Berechnungen durch zuf hren m ssen die analogen Daten vom Sachverst ndigen m hsam aus der Bauwerks akte ausgewertet und in digitale Systeme bertragen werden Die Ergebnisse der Untersu chungen werden dann blicherweise in einer berwachunggsliste festgehalten Diese enth lt Angaben zu Befund Art und Umfang der berpr fung und wird dem Eigent mer als Anlage des Bauwerksbuches bergeben H ufig gehen jedoch bei einem Besitzerwech sel die analogen Objektdaten verloren was dazu f hrt dass die Dokumentation unvoll st ndig und so im Schadensfall keine genaue R ckverfolgung m glich ist berpr fung mit RFID Technik Um bei den Pr farbeiten einen durchg ngigen Informationsfluss und eine eindeutige Ver kn pfung von Pr finformationen und Bauteil zu erm glichen wird jedes Pr fteil durch passive RFID Transponder individuell gekennzeichnet Wegen der eingeschr nkten Ausle sereichweite der LF Tags kann die Einhaltung der handnahen Pr fung dennoch sicher gestellt werden Durch integrierte Sensoren in den Transpondern l sst sich zus tzlich der aktuelle Ist Wert der Bauteile darstellen Eine Arbeitsplattform wie beim bisherigen Pr f vorgehen wird in diesem Fall jedoch weiterhin ben tigt Dokumentation mit RFID Technik Die Identifikation und Datenerfassung kann mi
100. e 100 m KA a foes aar sanoan asss kack Ess E WEE EE en Ee EM MEN E gn intern und extem intern und extem nur intern nur intern 0 bis 100 RLF 0 12 RLF 0 bis 100 RLF 2 bis 99 RLF i 5 bis 95 RLF t 5 RLF 2 0 RLF 0 03 RLF 3 5 3 RLF nur intern nur intern i E i i nur intern i x K nur intem 18 C bis 55 C 10 C bis 60 C 5 C bis 55 C 20 C bis 70 C 40 C bis 125 C 55 C bis 125 C 5 C bis 35 C 1 C 0 C bis 60 C 0 4 C 20 C bis 40 C EE E wee Co 0 5 C kA NS De Max Analogeingang 0 bis 3 ee Se VOR und FAC und 12C digitale Ei hy bis 2 5 Volt m schnittstelle ee u Sr Sr Sr Sg rn gege ieee eres E ES in Bastin eric dia ees em Eist i REECH ER EHE Feuchte 3xAAalkaline 15V 3xAAalkaline 15V Lithium Knopfzelle 4 x AA akaine 1 07 3 x AAA alkaline 1 5V WIE cea G oe ea ee pen Fann kee x pro 30 ser 1 5 1x pro 5 min gt 5 Jahr lt 1 Jahr 1 x pro 5 min gt gt 1 Jahr Jahre 1x pro 15 min gt 1 Jahr x pro 15 min gt 7 1xpro1h gt 6 Jahre Sensomet Viewer Pythonskripte die in den MINIDAN Steuerungs Webtool zur Konfiguration PC Software mit Betriebs Bedien Software und Schnittstellen 33 4 4 Middleware ID Daten bertragung Die Ident Daten bertragung von den Transpondern zu den Inform
101. e Ergebnisgenauigkeit oder die fehlende Baustellentauglichkeit Von der Her stellung bis zur Nutzung der VIP im eingebauten Zustand durchlaufen die VIP verschiedene Prozessstufen Produktion Einbau und Abnahme sowie die jahrzehntelange Nutzungspha se Nachfolgend werden f r diese verschiedenen Zust nde die Vorteile der Anwendung von RFID Sensor Transpondern bei Vakuumisolationspaneelen erl utert 6 1 4 1 Vorteile in Produktion und Herstellung Ein gro er Vorteil des im VIP integrierten RFID Transponders ist die M glichkeit eine Iden tifikationsnummer auf dem internen Speicher zu hinterlegen und diesen als Teil eines Au to ID Systems zu verwenden Die Identifikationsnummer kann somit zur eindeutigen Iden titikation des Damm Paneels benutzt werden Auto ID Systeme wie das Barcode System k nnen dadurch leicht ersetzt werden Der Vorteil des RFID Systems gegen ber dem Bar code System ist dass f r eine Daten bermittlung keine Sichtverbindung bestehen muss Somit sind Verschmutzungen besch digte Etiketten oder Schutzverpackungen kein Prob lem mehr Ein bei der Herstellung mit in das VIP eingeschwei ter RFID Transponder mit Drucksensor hat den Vorteil einer stetigen Kontrollm glichkeit des Innendrucks des VIP sowohl direkt nach der Produktion als auch vor der Auslieferung Somit kann der VIP Hersteller sicherstellen dass sein Vakuumisolationspaneel den Vorgaben der baurechtli chen Zulassung z B Minimalwert W rmeleitf higkeit entspric
102. e Gewichtung der Anforderungen 1 relativ unwich tig 3 wichtig 9 sehr wichtig Durchgehende Funktions Druckkontrolle 9 Die wohl wichtigste Kundenanforderung des Systems ist die Funktions bzw Druckkon trolle des VIP Nach M glichkeit soll die Kontrolle zu jedem Zeitpunkt ab der Herstellung m glich sein Hierbei muss zwischen den verschiedenen Kundentypen unterschieden wer den F r den Hersteller der VIP ist die Kenntnis des Druckmesswerts wichtig Dem Anwen der des Kontrollsystems im verbauten Zustand gen gt die reine Funktionskontrolle ob das VIP in Ordnung ist oder nicht Die Gewichtung dieser Kundenanforderung wird als sehr wichtig 9 eingestuft Einfache Bedienbarkeit 9 F r den Kunden ist eine einfache Bedienbarkeit ein weiteres wichtiges Kriterium das ber Erfolg oder Misserfolg des Systems entscheidet Folgenden Anforderungen bestehen einfaches und schnelles Auslesen der Sensormesswerte einfaches Auffinden des Sensors im verbauten Zustand und bersichtliche Men f hrung des Leseger ts und der Auswertesoftware Die Wichtigkeit dieser Anforderung wird als sehr bedeutsam 9 angesehen Anwenderfreundlichkeit 3 Eine weitere Anforderung aus Sicht des Kunden ist eine hohe Anwenderfreundlichkeit des Systems In diesem Zusammenhang ist die berwachung der zeitlichen Druck nderung im VIP zu nennen die leicht und bersichtlich dargestellt werden k nnen sollen Die Gewichtung dieser Anforderung wird als
103. e Temperaturabh ngigkeit des Ausgangssignals In dieser Arbeit wurde ein vom Fraunhofer IMS entwickelter RFID Drucksensor Transponder verwendet Bild 25 Bild 25 RFID Drucksensor Transponder von oben von unten und eine Seitenansicht 20 Vgl Friedmann Volklein Thomas Zetterer Praxiswissen Mikrosystemtechnik Grundlagen Technologien Anwendungen Vieweg Verlag Wiesbaden 2006 S 226 21 Vgl Peter Baumann Sensorschaltungen Simulation mit PSPICE Vieweg Teubner Verlag Wiesbaden 2010 S 101 22 Vgl H R Tr nkler E Obermeier Hrsg Sensortechnik Handbuch f r Praxis und Wissenschaft Springer Verlag Ber lin Heidelberg 1998 S 375 k nftig Tr nkler 1998 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 43 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit In Bild 25 ist deutlich die Antenne des Sensors in Form einer Kupterdrahtspule zu erkennen Der schematische Aufbau des Sensors im ASIC Anwenderspezifischer integrierter Schaltkreis mit CMOS Technologie komplementarer Metall Oxid Halbleiter ist in Bild 26 dargestellt Polysiizum Membran Neutralisierung Aluminiumkontakt i n dotiert m Elektrode pr Elektroden PMOS NMOS Kondensator EEPROM Orucksensor Speicher Bild 26 Querschnitt des Transponder ASIC mit integriertem VIP Drucksensor 7 Bei diesem Drucksensor Transponder handelt es sich um einen Read only Transponder Dies bedeutet dass der Transponder nach dem Programmiervorgang ausschlie lich a
104. e die zul ssigen Sen deleistungen sind in Normen u a in der ISO IEC 1840x Reihe oder freiwilligen Standards wie EPCglobal oder VDI Richtlinien geregelt Eine gute und kompakte bersicht zu aktu ellen Normen und Standards von RFID Systemen findet sich in RFID Standards 2012 im Ident Jahrbuch 2012 13 das j hrlich erscheint und regelm ig aktualisiert wird Auf die verschiedenen Verfahren und Kopplungssysteme wird im weiteren Verlauf nicht eingegangen Erw hnenswert im Zusammenhang mit den verschiedenen Frequenzberei chen ist jedoch die Tatsache dass niedrigere Frequenzen LF und HF gegen ber Wasser und Metall eine geringere Empfindlichkeit aufweisen als h here Frequenzen UHF und uW Auch sind sie gegen ber extremen Temperaturen und Feuchtezust nden unempfind licher Leseger te werden zur einfacheren Klassifizierung der Lesereichweite f r jeden Fre quenzbereich in die drei Klassen Short Range Mid Range und Long Range eingeteilt sie he Tabelle 1 Tabelle 1 Einteilung der Leseger te anhand ihrer Lesereichweiten Frequenzbereich Short Range Mid Range Long Range 2 cm bis 30 cm 2 cm bis 50 cm 10 cm bis 100 cm 3 4 Passive Transponder Das Wort Transponder setzt sich zusammen aus den Begriffen Transmitter dt Sen der und Responder dt der Antwortende Vereinfacht dargestellt besteht ein Trans ponder typischerweise aus einem Mikrochip und einer Antenne Es existiert eine Vielfalt an Gr
105. e im ultra high frequency band UHF 433 92 MHz 869 MHz und 2 4 GHz Bild 12 zeigt eine Ubersicht der Frequenzbander H dBuA m in 10m ERP mW lt 30 MHz gt 30 MHz I I 80 j 1000 I 100 135 kHz l 865 868 MHz Induktive Applikation i RFID 60 100 I 13 b6 MHz SAD amp RFID 10 40 l 2 45 GHz j SRD I 1 20 Tr Frequenz 0 01 0 1 1 po 100 1000 10 000 MHz induktive Kopplung I elektromagnetische bertragung Bild 12 Frequenzbander und zugelassene Sendeleistungen Die Eigenschaften eines Ubertragungskanals zwischen einem Transponder und einem Le seger t werden wesentlich von der Wahl der Frequenz beeinflusst F r die Anwendung im Bauwesen sind daher die Anforderungen an den Ubertragungskanal und Rahmenbedin gungen der bertragung zu ber cksichtigen Beispielsweise nimmt die D mpfung verur sacht durch Baumaterialien mit der Frequenz zu w hrend die erzielbaren Reichweiten zwischen Transponder und Leseger t prinzipiell bei niedrigeren Frequenzen geringer aus f llt 24 Da Vakuumisolierpaneele au en eine Umhullung aus einer metallisierten elekt risch leitfahigen Folie haben ist die D mpfung gro Um einen Transponder zur Messung des Drucks innerhalb eines Vakuumisolierpaneels betreiben zu k nnen ist daher eine ge ringe Betriebsfrequenz vorteilhaft Sensortransponder f r den Einsatz in W nden und De cken sind ebenfalls h ufig von metallischen oder metallisi
106. e und Dokumente 10 1 bersicht zu den verwendeten RFID Systemen 10 2 Messungen mit unterschiedlichen Abdeckmaterialien 10 3 Messwerte aus RFID Drucksensoren im Saugheber Versuch 10 4 Beispiele f r RFID Etiketten 10 5 Datenbl tter verwendeter Ger te und Sensoren 10 5 1 Datenblatt AEG Lesegerat ARE H5 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 83 86 8 90 92 97 9 103 105 106 106 109 115 118 118 118 119 119 120 120 121 122 122 123 123 124 125 126 128 128 10 5 2 10 5 3 10 5 4 10 6 11 Datenblatt Betauungssensor Hygrosens SHS A3 Datenblatt Feuchte Temperatursensor Sensirion SHT 7 Datenblatt Sensortransponder Digi XBee Publikationen aus Fraunhofer IMS und IBP zu RFID Sensor Technik Literaturverzeichnis Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 5 129 130 132 134 136 1 Vorwort Danksagung Die Forderung des Projekts erfolgte mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes fur Bau Stadt und Raumforschung Aktenzeichen SF 10 08 18 7 09 27 Il 3 F20 09 030 Die Verantwortung f r den Inhalt des Berichtes liegt bei den Autoren Dank gilt auch den Kollegen in der ARGE RFIDimBau an den Hochschulen BU Wuppertal Prof Dr Ing M Helmus und Team TU Dresden Prof Dr Ing P Jehle und Team TU Darmstadt Prof Dr U Ruppel und Team
107. e und Qualit tsmerkmale von Bauteilen zu exemplarischen Anwendun gen im Bereich Energie Behaglichkeit Hygiene und Sicherheit von Konstruktionen Die Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Teilthemen des Fraunhofer IMS waren RFID Technik und Sensortransponder IT Anbindung mit Standardisierung hierarchische Verkn pfungen und IT Zusatztunktionen Die Umset zungsm glichkeiten zu dynamischen Bauteil Baukonstruktions Daten f r ein sog Ge baude Monitoring wurde gemeinsam und zusammen mit der ARGE RFIDimBau unter sucht 2 2 Forschungsansatz In den letzten Jahren hat sich die Mikroelektronik rasant entwickelt vor allem die M g lichkeit Daten dezentral auf Mikrochips zu speichern und mobil mit kleinen Handger ten auszulesen Ubertragungsraten von einigen MB pro Sekunde sind heute Standard 6 und stellen die Basis f r die m glichen Anwendungen im Bauwesen dar Im Bereich der Wa ren und Personallogistik hat Helmus in 7 die Grundlagen durch die Erarbeitung eines Bau Logistikleitstandes dargestellt Die Anwendung der RFID Technik bei der Rohbau Erstellung zum sog Intelligenten Bauteil mit dezentraler Datenhaltung untersuchte Jeh le 8 Hierbei waren jedoch noch keine Sensoren in die RFID Transponder zur Zustandser fassung integriert Da aber die Informationskette von der Bauproduktplanung ber die Herstellung und Logistik bis zur Verwendung im Geb ude i a auf denselben Dat
108. ecke Auch die L ftungsleitungen der RLT Zentrale im Technikraum im Un tergeschoss des zweist ckigen Geb udes konnte zu Testzwecken genutzt werden 6 5 4 Demonstrator Hygiene L ftungsleitungen Mit Hilfe eines einfachen Demonstrators soll die Funktionsweise der RFID Sensortechnik verdeutlicht die Anwendung in der Praxis aufgezeigt und verschiedene Szenarien darge stellt werden Dazu dient ein Modell im Ma stab 1 1 um durch eigene Handhabung die Funktion der RFID Sensortransponder erkennbar zu machen und dem Anwender gleichzei tig den Mehrnutzen der RFID Technologie zu pr sentieren Weiterhin kann damit bei Messen und Veranstaltungen sowie bei Workshops die Anwendungsm glichkeit im Teil projekt Hygiene gezeigt und visualisiert werden um Anregungen f r weiterf hrende Diskussionen zu geben Im Demonstrator sind sowohl das RFID LF System als auch das RFID UHF System integriert um damit die Anwendung zur Messung der f r die Hygiene wichtigen Parameter wie Feuchte Tauwasser und Staub Schmutz demonstrieren zu k n nen Auch die Auslesbarkeit der RFID Sensoren durch verschiedene Werkstoffe hindurch l sst sich vorf hren Das Modell wurde kompakt und transportf hig in einer Box aus Metall mit den u eren Abmessungen L x B x H 43 cm x 34 cm x 23 cm aufgebaut und enth lt die wesentlichen Komponenten siehe Bild 62 oe Bild 62 Demonstrator zur Prasentation der RFID Sensortechnik bei RLT Anlagen LF Feuchte Demonstrato
109. edanzmessung mit einer max Auswertespannung von lt 0 8 Vpp zul sst Der Einsatzbereich des Sensors liegt zwischen 0 und 100 relativer Feuchte d h tauwasserfest und zwischen O C und 60 C Medientemperatur weiteres siehe Datenblatt Kap 10 5 2 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 75 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Dieser externe Sensor wird an das schon in Kap 3 und 4 3 beschriebene aktive IMS Sensornetz System angeschlossen das im Funkfrequenzband von 2 4 GHz arbeitet und somit f r gro e Lesereichweiten und Bauteile mit metallischen Materialien geeignet ist Bild 58 Betauungssensor mit Anschlussleitung zum RFID Transponder System Wie in Bild 59 dargestellt besteht das Funksystem aus einer Basisstation d h dem Emp fanger den einzelnen Sensorknoten Sender und den angeschlossenen externen Senso ren Der Sensorknoten enth lt zus tzlich interne Sensoren um die Temperatur die Feuchte und die Lichtst rke modellabh ngig im K stchen selbst zu messen externer Sensor a N Sensorknoten Bild 59 Sensornetz aus Emptanger Sensorknoten mit Sensoren und Laptop Rechner Der Sensorknoten verf gt am Geh use ber eine IP68 Steckverbindung Dadurch k nnen weitere externe Sensoren in diesem Fall die SHS A3 Sensoren angebunden werden Die Energieversorgung wird ber die angeschlossenen Batterien Typ Mignon AA LR6 AM 3 im Clip sichergestellt Nach Aktivierung sendet jeder Sensorknoten da
110. efolgt und hat den Vorschlag f r ein weltweit einheitliches RFID Emblem akzeptiert 13 siehe Beispiel in Bild 91 im Kap 11 3 Das RFID Emblem erm glicht die visuelle Identifikation von RFID Transpondern Leseger ten und mit Transpondern versehenen Gegenst nden Mit diesem Norm Entwurf wird somit f r den Verbraucher ein wesentliches Element f r den Schutz der Privatsph re er f llt Der Buchstabe benennt die Frequenz die Ziffer den Anwenderstandard dazu Ein RFID Emblem mit z B Index L2 sagt aus dass es sich um ein 135 KHZ LF Tag nach ISO IEC 18000 7 handelt mit Benennung der Datenstruktur nach ISO IEC 18000 2 und f r die Anwendung an Produkten nach ISO 17367 Diese Indexe sind besonders f r Diagnostik vorteilhaft wenn ein RFID Ger t einen Transponder nicht erfasst In diesem Fall kann der Index im Emblem dar ber Auskunft geben ob RFID Erfassungsger t und RFID Transponder technisch zusammenpassen Auch gibt der Index einen Hinweis auf die spezi fische Anwendungsebene also Produkt Verpackung Container etc 13 F r das Bauwe sen d h bautaugliche Transponder gibt es derzeit noch keine Vereinbarungen Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 25 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 4 Grundlagen RFID Sensor Technik Neben den reinen Identifikationssystemen gewinnen Transpondersysteme mit eingebette ter Sensorik f r verschiedenste Anwendungsfelder zunehmend an Bedeutung Neue Ent wicklungen auf dem Sektor der Mikrosys
111. eger t ARE H5 AEG ID INTELLIGENTIFICATION ISO Handleseger t 150 handheld reader ARE H5 pton avallakie Optio Svaligbis Elektrische Daten electrical characteristics Lesesysiem reading systems alle Transponder nach DIN ISO 11784 11755 mit Annex AIFDX B HOX Desiron Datamars Trovan und Transponder mit EM IC H4002 oder aquivalent all transponders In compliance cp DINIS0 1178411765 with annex A F OX 3 HDX Destro an and with EM IC H4002 or Datamars Tros ae Hetriebstrequenz operatilonal frequency 134 2 kHz Zerilfizierung certlficatlar Getestet nach IDEA Richtlinien Zertifikat 121 IGEA Project Test Procedure certificate 12i Anzeige oleplay LCD 2 Zellen mit 16 Zeichen am T Parii ii ib hsear ser Lili 2 25 OW 15 Chafaliafs Schnittstelle Interface RS 232 Sluetoath opt USB i opt Datenspeicher zer FETTEN 2000 Daters tze goilonal 3964 Datens tze Datenspeicher user menor 00 Datens tze antlanal 3964 Datens tze 2000 records ootlonal 3964 records Software software PC Steuerungssottware PC contro software Siramversorgung gower supply 7 2 L lon Akku f Acci Umweitbegingungen environment Lagertenperatur storage Temcerature 20 C bis upic 70 C Betriebstenperatur operating temperature fC bis upto 50 C Geh use Schutzkiasse ousing protection class IP 54 rj ka o wl E j Da Abmessungen Gewicht weigh Ca 500 g L nge length 23 cm Hreite width 1
112. eicht Wie bereits in Kapitel 6 1 1 erkl rt wurde ist mit dem Va Q Check eine Kontrolle bis kurz vor dem Einbau m glich 3 Punkte Das Folienabhebe Verfahren kann hingegen nur nach der Herstellung verwendet werden 2 Punkte Einfache Bedienbarkeit Ein Unterschied bei der Bedienbarkeit der drei Systeme besteht bei der Durchf hrung der Funktionskontrolle Sowohl die Druckbestimmung durch das RFID System als auch der Va Q Check sind relativ schnell und einfach durchf hrbar Das RFID System hat den Vorteil dass kein direkter Kontakt n tig ist was eine Flie bandkontrolle nach der Herstellung erm glicht Dadurch erreicht das RFID System einen Punkt mehr 4 Punkte als der Va Q Check 3 Punkte Das Folienabhebe Verfahren ist relativ aufwendig da das VIP erst in ei ne Vakuumkammer gelegt werden muss und die Bestimmung des Vakuums einige Minu ten in Anspruch nimmt 2 Punkte Anwenderfreundlichkeit Prinzipiell kann bei jedem System mit einer geeigneten Software der Druckverlauf nach mehreren Messungen erstellt werden Beim Folienabhebe Verfahren ist dies zwar nicht sehr sinnvoll da eine Kontrolle nur zum Zeitpunkt der Herstellung durchgef hrt werden kann doch dies wurde bereits im Punkt durchgehende Funktions Druckkontrolle ber ck sichtigt Deshalb kommen alle drei Verfahren auf die gleiche Punktzahl 3 Punkte Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 112 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Identifizierung Die Identifizierung des
113. eigte ber sicht verschiedener UHF Produkte wurden im Projekt nicht verwendet weil noch keine f r die untersuchten Anwendungen passenden marktg ngigen UHF Sensortransponder auch nicht als Prototypen zur Verf gung standen Bild 19 bersicht einiger UHF Leseger te links Handleseger t Mitte station res Leseger t als Por talleser rechts am Fahrzeug montiertes Leseger t 4 3 Produktbeispiele f r Sensornetz Technik und aktive UHF RFID Systeme In Kapitel 3 5 wurden bereits die Grundlagen und einzelne Details wie Energieverbrauch Reichweiten und Protokolle ausf hrlich dargestellt In der nachfolgenden Tabelle 4 sind Beispiele f r marktg ngige Produkte und Prototypen in einem Technikvergleich aufge zeigt Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 32 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Tabelle 4 Beispiele fur marktgangige Sensornetz Systeme und Prototypen in einem Technikvergleich a 7 Hasler Serres Fraunhofer IMS Sige international Ess Gmblt_le See enset Computer _ E Senza a Technologies COSAS ________JAGEM systems___JRWE_Emfaienz epage www ims fraunhofer de www dig com sis digi com vv wwwesysde di Fe aa EE oS eS m e e angelehnt an propnetar angelehnt an proprietar angelehnt an propriet r angelehnt an propnetar ae Zu kens DE 15 4 IEEE802 15 4 IEEE802 154 acini propriet r unidirektional ierend auf IPv6 Reichweite E Pewee wee sn 100 m KA name vam kAs100m arm
114. ein da f r den Bauherrn eine funktionst chtige Fassade dokumentierbar ist F r sp tere Besch digungen die beispiels weise durch Folgegewerke wie Elektroinstallationen entstehen k nnte eine Nachverfol gung durch die Verpflichtung der Nachmessung des VIP Zustands im Umfeld dieser Arbei ten zu sorgf ltigem Arbeiten erziehen Dar ber hinaus dient der demonstrierbare Nachweis einer funktionierenden Fassade mit VIP D mmung als Verkaufsargument beim Weiterverkauf der Immobilie oder bei der Vermietung der Immobilie 6 1 4 3 Vorteile in der Nutzungsphase Durch die RFID Sensortechnik ist auch w hrend der Nutzungsphase eine berwachung des Innendrucks und damit der Qualit t der VIP Dammung m glich Auf diese Weise k n nen Druckerh hungen durch Alterung anliegende Feuchte oder durch Besch digung der Paneele vom Hausmeister oder Facility Manager festgestellt werden Der Zeitpunkt eines Austausches der Paneele kann so sehr konkret festgelegt werden Einem berm igen W rmeverlust durch defekte Paneele kann damit vorgebeugt werden Dem Nutzer des Geb udes k nnte durch eine regelm ige berwachung der VIP auf diese Weise ein be stimmter Qualit tsstandard der Fassade zugewiesen werden Auf dieser Grundlage l sst sich zu jedem Zeitpunkt ein aktueller Energieausweis f r das Geb ude erstellen der die physikalisch stattfindende Alterung durch die Verringerung des Vakuums ber die Lebens dauer der Vakuumdammung zeitlich real ber
115. einer Fassade relevant sind h ngt weitestgehend von der sp teren Anwendung ab Als Beispielanwendung wurde die zuvor dargestellte Be rechnung des U Werts eines Fassadenelements gew hlt Daf r sollten diese Parameter aus den Solldaten der Planung und im Idealfall aus den Ist Daten der Barcode oder RFID Kennzeichnung vorhanden sein U Werte der verschiedenen Bestandteile des Fassadenelements Prozentuale Anteile oder Ma e der Bestandteile am gesamten Fassadenelement d h f r Fenster Pfosten Riegel Brustungselement e Kennwert f r den Bauteilanschluss als langenbezogener U Wert oder W rmebr cken Zuschlag zur Charakterisierung der Bauweise Die generellen Vorteile einer Kennzeichnung der Bauteile durch die RFID Technik wurden bereits in der ersten Projektphase Kennzahlen und Bauqualit t behandelt 5 Besonders f r gr ere Geb ude mit sehr vielen Fassadenelementen bedeutet dies eine gro e Anzahl an Transpondern Der Aspekt der Wirtschaftlichkeit kann hierbei zur Schwie rigkeit werden solange die Verwendung der RFID Transponder sich noch auf wenige An wendungen beschr nkt Dies ist im Projekt InWeMo 2 und IntelliBau 3 ausf hrlich dargestellt Ein L sungsansatz Ist die Bildung von modularen Bauteilpaketen die hnlich aufgebaut sind und vorerst jeweils nur mit einem Transponder ausgestattet sind Bei Elementfassaden werden die funktionalen Einheiten bereits vormontiert auf die Baustelle gelie
116. einzelnen Bewertungsschritte bilden Tabel len die das gewichtete Ziel Was und die Umsetzung Wie zueinander in Beziehung set zen Die Denk und Planungsschritte werden f r den Anwender gut nachvollziehbar im sogenannten House of Quality HoQ dokumentiert 42 Die Arbeitsschritte die im HoQ durchgef hrt werden k nnen folgenderma en zusammengefasst werden Ermittlung der Kundenanforderungen Vergleich zum Wettbewerb Ableitung der Qualit tsmerkmale Festlegung von Zielwerten Beziehungsmatrix erstellen Pr fen auf Wechselwirkungen Bewertung der technischen Bedeutung Der Aufbau eines House of Quality ist dem folgenden Bild 87 zu entnehmen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 109 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit LOSE SCH KS ER RR KS LE Ge oeren TTT Info Produktmerkmale vergleich zum Wettbewerb n ckm essung Werf ahren Ee ericrosederbatet del tala d anwenserveuncncnen at tal toll ertzera Jl tt ET Ett perassnet a ol ol _ ol ol eee eee d i a x a d T fei St a m i Cc Hi Le m Tem peraturm essung Passive Energievers orgung Meszunsicherheit Leseger t und Antenne Mazsenproduktionta zuglich r Foienabhebe 1 Z a m 2 l T Gewichtung ID Nummer Reichweite R FID Etik etten Recycelbar Software D atenhank Ziehwerte wb ca 14 a recy cel bar bo ta l 10
117. elastung durch Konvektion Hierbei dringt feuchte Raumluft durch Undichtheiten in der Dampfbremse oder Dampfsperre in die Konstruktion ein und taut sobald der S tti gungspunkt an der k lteren Oberfl che erreicht ist Es kommt zum Tauwasserausfall und somit zur Sch digung des Bauteils Solche Feuchtesch den sind im Entstehungsstadium meist nicht erkennbar entwickeln sich aber mit gravierenden Folgen bis hin zu einer dau erhaften Sch digung der Bausubstanz Um diese Gefahr f r den Menschen abzuwenden erscheint eine berwachung und Lokalisierung des Feuchtewertes gerade an unzug ngli chen kritischen Stellen in der Konstruktion sinnvoll So k nnte dann durch eine automati sierte Mitteilung an den Nutzer oder Geb udebetreuer eine unverz gliche berpr fung veranlasst werden Um einen Feuchteeintritt durch eine defekte oberseitige Dachabdichtung schnell orten und beheben zu k nnen bieten Unternehmen vollautomatische Leckmeldeanlagen f r Flachd cher an Hierbei wird eine d nne Sensorlage aus leitf higem Glasvlies unterhalb der Abdichtung angebracht ber ein Raster von Messsensoren ist diese Schicht mit einem computergesteuerten Auswertesystem verbunden Die Sensoren registrieren eine Span nungserh hung bei eindringender Feuchte was dann auf dem virtuellen Grundriss des Daches dargestellt wird Wartungsintervalle oder andere benutzerspezifische Daten k n nen anders als bei der RFID Technik nicht im System aufgenommen und am B
118. ellt darin die RFID Bau Datenbank dar Dort sind die Kennwerte aus der Standard Bausoftware Uber die BIM Programme mit denen aus dem Digi talen Bautagebuch DEBt und weiteren Datenbanken der Bauproduktanbieter zu verbinden ber kommerzielle Standards zum Datentausch soll die Kommunikation als Webservice den Baubeteiligten eingerichtet sein Bild 89 F r den Bereich des bauphysikalischen Bauteil Monitorings mit Hilfe von RFID Sensor Transpondern in der LF und UHF GHZ Technik stehen die Fraunhofer Institute IBP und IMS bereit die vorliegenden Ergebnisse und Erfahrungen in das ARGE Schnittstellen Projekt zu integrieren Standard Bausoftware Baulogistikplanung i PA ee ES z B Lagerplatz Personal G ss Se a z B Konstruktion Mengenermittlung L2 Standard f r Datenaustausch API WebService Individuelle Nutzung FM Softwareprodukte Bild 89 Schematische Darstellung der Datenvernetzung bei Bau Prozessen aus Wagner 8 9 3 Umsetzung mit Hardware und Software Herstellern Aus den Untersuchungen mit den Prototyp Sensor Transpondern und den Leseger ten f r die Nahfeld LF Technik war zu folgern dass eine 2 Generation von Ger ten mit bautaugli chen Eigenschaften nur in Zusammenarbeit mit kommerziellen Ger tehestellern machbar ist Dies f hrte 2011 zur Abstimmung mit den Herstellern der VIP Bauelemente um die ge w nschte Anzahl an Leseger te zu recherchieren und die Bedarfe an Sensoren Kalibrierein richt
119. ellungsphase im Vordergrund 5 Dort wa ren die Grundlagen der RFID Anwendung in der Bauphysik darzustellen und zu zeigen wie durch eine elektronische Kennzeichnung mittels unterschiedlicher RFID Transponder eine erh hte Transparenz zu wesentlichen Parametern von Bauteilen und des Bauwerkes zu schaffen ist Untersucht wurde die passive RFID Transpondertechnik mit lokalen Daten strukturen zur exemplarischen Kennwertermittlung aus einzelnen Komponenten am Bei spiel der Fassade Die M glichkeiten einer automatisierten Baudokumentation mit der Be schreibung von bauphysikalischen Soll Ist Zust nden wurden dargestellt So sollen Infor mationsdefizite zwischen den Baubeteiligten vermieden Bauqualit t erh ht und Kosten gesenkt werden Das zweite Fraunhofer Projekt mit dem Kurztitel RFID Sensor Energie Hygiene Si cherheit hat den Schwerpunkt in der Bau Nutzungsphase Anders als im ersten Fraunho fer Projekt stehen hier die Aspekte der bauphysikalischen Nutzung von Bauteilen und de ren Lebenszyklus im Vordergrund So sollen mit Hilfe der RFID Sensortechnik dynamische Informationen ber den aktuellen Zustand einzelner Bauteile und Bausysteme erfasst und bewertet werden um auch nach der Bauerstellung in der langj hrigen Nutzungsphase ei ne Sicherung der Qualit t durch ein Hineinsehen in die Bauteile mit Hilfe der RFID Funk und Sensor Technik erreichen zu k nnen Hierbei bearbeitete das Fraunhofer IBP die Teil themen Kennwert
120. ens tzen beruht war naheliegend eine m gliche Zustands nderung der Bauteile durch Sensoren in den Transpondern zu erfassen Solche Sensortransponder Systeme sind seit kurzem z B f r das Reifendruck oder Temperatur Monitoring in der KFZ Branche kommerziell im Ein satz 9 Deshalb bestand auch die Aufgabe des Fraunhofer IMS in der Anpassung und Realisierung von RFID Sensorsysteme f r die in Kapitel 5 und 6 beschriebenen Anwendungen Dabei sind Sensorl sungen f r die folgenden Beispiele entstanden Passiver Sensortransponder zur Messung von Temperatur und Innendruck in einem Vakuum Isolier Paneel VIP und somit zur berwachung der Gebrauchstauglichkeit in eingebautem Zustand ohne drahtgebundenes Monitoring Passiver Sensortransponder zur Messung von Feuchte und Temperatur z B in De cken und W nden zur Kennzeichnung und berpr fung von Bauteilen mit feuch tekritischen Bereichen und Zust nden Aktiver Sensortransponder Sensornetz f r die kontinuierliche Erfassung von ver schiedenen physikalischen Messgr en in Geb uden Beispiele hierzu sind die Temperatur und Druckmessung in Steuerungen von Solaranlagen die Bestim mung von Temperaturen und Tauwasser in Bauteilen der Geb udeh lle oder von Ablagerung in L ftungsleitungen In diesem Bericht werden die durchgef hrten Arbeiten und erreichten Ergebnisse exemp larisch beschrieben Im Kapitel 3 sind die Basis Grundlagen zur RFID Technik allgemein aufgef hrt Kapitel
121. ensor Tags zu einem bautauglichen Monitoring System 9 4 Umsetzung zur Marktkontrolle in der Bauprodukt Kennzeichnung Die elektronische Kennzeichnung und ein Bauteil Monitoring mit Hilfe der RFID Sensor technik k nnten helfen die Geb ude ber die Jahrzehnte der Nutzung auf einem hohen technischen Stand zu halten Die Chance dazu besteht wenn dem Planer und Investor vor Ort und aktuell an seinem PC oder Smartphone aufgezeigt wird in welchem Zustand die Bauteile sind Dieses transparente und objektbezogene Darstellen des Vorteils den man durch qualitativ h herwertige Bauprodukte erreichen kann beim Neubau als auch bei der Sanierung und Austausch von Bauteilen beim Altbau ist ein wesentlicher Aspekt zum nach haltigen Bauen d h im W rme und Klimaschutz Somit ist ein Bedarf f r neue andere Kennwerte zur Datenqualit t gegeben n mlich f r die Nachvollziehbarkeit zu unterschiedli chen Zeitpunkten F r eine Investitionsentscheidung zu Baubeginn liegen a ganz andere Daten und Definitionen zum W rmeschutz vor Passivhausniveau oder KfW 40 Standard als zur Werkplanung und Bauvergabe Doch der Investor will sein Zertifikat zum Passivhaus oder zur Nachhaltigkeit vorab f r die Finanzierung Banken und erst sp ter bei der Bauausf hrung an den Details entscheidet sich ob die in der Vorplanung angesetzten Kennwerte auch eingehalten sind Die elektronische digitale Geb udeakte kann mit Hilfe der RFID Technik entstehen und
122. er GA in der Regel durch das Verlegen von Kabel verbindungen und bedeutet einen hohen Arbeits und Kostenaufwand Doch durch das Prinzip der Funk bertragung von Messwerten unter Nutzung von drahtlosen Sensornetz werken w rde das aufw ndige Verlegen der Kabel entfallen Besonders mit dem Blick auf eine nachtr gliche Ausr stung von Altanlagen und zu sanierende Geb ude kann eine In tegration in die GA wesentlich flexibler und mit wenig Aufwand gestaltet werden 6 7 1 Visualisierung und Schnittstellen Beispiel L ftung In der Managementebene der GA erfolgt das Betreiben berwachen Verwalten und Instandhalten eines Geb udes mit den technischen Anlagen wie einer zentralen L ftung Grundlage f r die gesamte Koordination bilden die Informationen aus den einzelnen Ge r ten und den Sensordaten welche in dieser Ebene zusammenlaufen Erm glicht wird dies durch kommerzielle GLT Software oder entsprechende Management Software soge nannte computergest tzte Facility Management Systeme CAFM Beispiel f r derartige Software Programme mit standardisierten Schnittstellen wie OPC oder BACnet sind u a IFIX Fix32 oder hercon Studio welche zur St rungsanalyse und Funktionsbeurteilung al ler auf das System geschalteten Anlagen herangezogen werden k nnen Der Facility Ma nager hat so die M glichkeit einen direkten Zugriff auf die aktuellen Messdaten der An lage zu erhalten und diese objektbezogen visualisieren zu lassen 40 Der Vergleich zwi
123. er Regeln zur Bestimmung der Geb ude Energieeffizienz nach EPBD 9 5 Umsetzung mit der Bauwirtschaft Die ARGE RFIDimBau hat fr hzeitig mit der Bauwirtschaft und den Bauverb nden Kontakt aufgenommen um die Chancen und Risiken der Einf hrung von RFID Techniken in den Bau prozessen zu h ren und zu verstehen Durch die Teilnahme wesentlicher Vertreter in der pro jektbegleitenden Arbeitsgruppe siehe Liste Kap 1 sind im Lenkungsausschuss der ARGE vie le Diskussionen gef hrt und M glichkeiten zur Vermeidung der gl sernen Baustelle er r tert worden Die Umsetzungen in den Demonstratoren und in Feldversuchen zusammen mit den Baubeteiligten sind in den Teilberichte der ARGE Partner nachzulesen Viele dieser Insel l sungen sind mit den jeweiligen Partnerfirmen realisiert und st tzen sich auf RFID Hardware aus anderen Branchen Im Bereich der Software werden Weiter und Neuentwicklungen vor gestellt Bei den RFID Sensortranspondern und Leseger te waren zum Projektbeginn keine bautauglichen Bauteile bekannt siehe Kap 4 und 9 3 weshalb die Erprobung der angepass ten Prototypen zusammen mit den Partnerfirmen erst in 2012 begann Eine Demonstration in den Schulungszentren bei Energieberatungsstellen und in Fachschulen zum Kennenlernen und Interessewecken ist f r 2013 vorgesehen Die Ideen zur verkn pften Pr sentation einer ganzheitlichen L sung f r den Datentransport aus der Planung bis zum Geb udebetrieb und zum Recycling sind i
124. eren Die Bedienung des Transponders mit der jeweiligen Software spielt an dieser Stelle eine eher untergeordnete Rolle da es nicht das Ziel ist die Messwerte direkt abzulesen son dern sie ber Monitoringsysteme zu erfassen und in bestehende Softwareapplikationen einzubinden Mit Hilfe dieser Applikationen sollen die Daten dann gefiltert und dem Nut zer grafisch aufbereitet zur Verf gung gestellt werden Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 102 Weitere Sensornetz Systeme mit meist integrierten Sensoren werden seit 2012 z T erst seit einigen Monaten kommerziell angeboten siehe Kap 4 3 Beispiele aus dem Bereich Energieeffizienz sind f r das Privathaus die Systeme RWE smartHome somty TaHomA und neuerdings auch IQfy Im Bereich der Nutzgebaude werden Systeme z B f r den Einsatz in der Geb udetechnik zur Temperatur berwachung in Datenzentren K hlh u sern etc angeboten von Digi XBee System getestet im Projekt und E Senza SenzaNET System 7 2 Erfahrungen im Umgang mit RFID Software und Auswerteprogrammen F r die untersuchten Anwendungen standen 3 unterschiedliche Sensordaten Erfassungs und Auswerteprogramme zur Verf gung F r den LF Frequenzbereich war bei den VIP Drucksensor Transpondern ein Programm im Einsatz das im IMS Leseger t integriert ist und die Messdaten direkt am Display anzeigt sowie auf einer SD Speicherkarte ablegt Die Daten aus dem internen Ger tespeicher
125. ersion A 7 July 2008 HA Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 130 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Datasheet 3H 3 far V3 sensors all applies to V4 sensors and is gwen in Table 7 fr reference Table 7 V3 humidity conversion coefficentz which ao apoy to V4 For simpinied lass computation gong conversion formulas see Applicaton Note RH and Temperature Mon Linearity Compersaion Values higher than S9 RH indicate fully saturated air and must be processed and displayed ss 100 RH Please note that the humedity sensor has no sonficant voltage dependency 120 so De 500 ZE Zu E 0 SL sensor react 1 bit Figure 1 Conversion from Se ta relative humidity 42 Temperature compensation of Humidity Signal For temperatures signticanty different fom 29 G TTF 0A24RHFC SEN Coefficients for the temperatura compensalion are gven in Table amp RH Ir 25 t 1 SO a bt RH PAR Dim th t wet ocr owo ea om Tee Table amp Temperature comperseton cosfioenmty 4 3 Temperature The band gap PTAT Proportional To Absolute Temperature lemperature sensor very linear by design Use the following formula to convert digtal readout Sei fo temperature value with coeficients aver in Table 9 T f d S0 TI Veeieg engen veh ona oeaan of made Un pango bariac sensor cutee shal can drag ei UR imren beian ARH r some Ger apiy boih O V3 25 well a5 E Vd sons Tamie T engine cive Sion Cen 44 Dew Poi
126. erten Materialien wie beispiels weise Aluminiumprofilen oder Dampfsperrfolien umgeben Daher wird in solchen F llen eine Frequenz von 133 kHz gew hlt LF Band Im Gegensatz dazu m ssen bei der Sen sordaten bertragung an technischen Anlagen meist mehrere Stockwerke berwunden werden Dieser Anforderung stehen geringe Antennendimensionen und limitierte Sende leistung entgegen Ein guter Kompromiss ist hierbei die Wahl einer Frequenz aus dem UHF Band Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 24 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 3 5 3 Elektrosmog durch den Einsatz von Transpondertechnik Die ffentliche und fachliche Diskussion rund um das Thema Elektrosmog ist durch starke Ausbreitung der Mobilfunktechnik in den neunziger Jahren angesto en worden Hauptkri tikpunkte sind die Mobilfunkger te Handys die beim Telefonieren einen Teil der abge strahlten Leistung direkt in den Kopf einstrahlen und die wohnraumnahen Basisstationen die permanent mit hoher Leistung strahlen Grenzwerte f r die maximale Strahlenbelas tung sind in EN 50364 und die zugeh rigen Messverfahren f r die berpr fung in EN 50357 genormt Weitere Hinweise finden sich u a in 26 Die hier im RFID Sensor Projekt genutzten Transpondersysteme sind am ehesten mit dem Einsatz eines Mobilfunkger ts zu vergleichen da vergleichsweise geringe Sendeleistungen im direkten Umfeld des Nutzers abgestrahlt werden Passive und semi aktive Transponder systeme sowie station
127. ertropfenbildung an der Unterseite von Bauteilen z B bedingt durch die Abstrahlung der Eistlache oder des Nachthimmels siehe Bild 63 Bild 63 Tropfenbildung in einer Eishalle auf der Unterseite eines Hallenbinders Um weiterf hrende Aussagen ber eine Anwendung der RFID Sensor Systeme in Holzbau Konstruktionen machen zu k nnen sollen folgenden Fragestellungen untersucht werden Welche Reichweite besitzt ein Sensor Funktransponder und durch welche Materia lien wird sie beeinflusst Welchen Einfluss hat die Kabell nge auf das Messverhalten der externen Sensoren und in wie fern wird ein Messwert durch Materialr ckst nde auf der Sensorober fl che beeintr chtigt Welche Position und welche Art der Befestigung der Sensoren eignen sich am bes ten zur Messung der Holzfeuchte in einer Konstruktion Bei diesen Versuchen wurden RFID Sensornetz Systeme mit externen Feuchtesensoren im GHz Funkfrequenzbereich verwendet wie zuvor in Kap 6 5 3 beschrieben 6 6 1 Untersuchungen an Testaufbauten zu Feuchtesensoren Die Kabell nge der externen Feuchtesensoren SHS A3 Kap 10 5 2 lag bei allen bisher durchgef hrten Versuchen im Durchschnitt bei ca 0 25 m Dies resultiert aus der Voraus setzung dass zwischen externem Sensor und Sensorknoten gen gend Abstand besteht um die Sensoren an repr sentativen Schwachstellen in Holzkonstruktionen anbringen zu k nnen Zur berpr fung des Einflusses auf den Messwert wurde daher bei eini
128. erwachung und Optimierung sowie f r Bedienung und Management zum energieeffizienten wirtschaftlichen und sicheren Be trieb der TGA nach VDI und 35 charakterisiert die Notwendigkeit der Datenvernetzung in den 3 Funktionsebenen der GA Beispiele daf r sind die zuvor beschriebenen M glich keiten f r eine zuk nftige Anwendung des RFID Kontrollsystems an Bauteilen wie VIP in der Fassade Im Bereich der Wartung von technischen Anlagen zum Brandschutz oder in Kraftwerken ist die Nutzung der RFID Tags schon eingef hrt 6 Langfristig wird eine In tegration der RFID Sensordaten in die Geb udeautomation selbstverst ndlich sein um ei ne automatische Funktionskontrolle der Bauteile wie VIP im eingebauten Zustand zu er m glichen Die RFID Drucksensoren die im oben gezeigten Ebenenmodell der GA in der Feldebene sind m ssen somit mit der Automationsebene z B durch Metaprogramme wie BACnet 35 verbunden werden Dieser Schritt kann z B durch eine gr ere Reichweite beim Auslesen der RFID Sensoren erreicht werden Dann lassen sich die Sensoren ber ein drahtloses Sensornetz mit einem zentralen Funkmodul im Raum verbinden siehe Beispiele in Kap 4 3 und 6 7 Ein Steuern oder Regeln auf Grund der Sensordaten w re in dieser Feldebene nicht n tig wenn die Daten direkt an die Managementebene weitergeleiten werden Dort lassen sich die Daten in der Geb udeleittechnik GLT weiter verarbeitet und der in Kapitel 6 3 beschriebene Vergleich zwisc
129. erwachung von Vakuumisolierpanelen werden Sensortransponder in eine Vakuum isolierpaneele eingebaut Die Lebensdauer eines solchen Paneels betr gt mehr als zehn Jahre und bersteigt somit die Lebensdauer verwendbarer Batterien Ein Eingriff in das Pa neel und somit ein Batteriewechsel ist derzeit technisch nicht m glich ohne Zerst rung des Vakuums im Paneel Daher m ssen passive Sensortransponder eingesetzt werden Das gleiche gilt f r Feuchte und Temperatur Transponder die in einem unzug nglichen Wandaufbau verbaut werden auch hier werden im Folgenden die M glichkeiten der pas siven Transpondertechnik untersucht Zur Steuerung von Solaranlagen oder Klima L ftungsger te ist es erforderlich an ver schiedenen Stellen im Bereich der Kollektoren bzw Rohrleitungen oder Aggregate Mess werte aus Funksensoren aufzunehmen und diese an die Steuereinheit zu bertragen Der gro e Abstand zwischen Steuereinheit und Sensortranspondern l sst dabei einen Betrieb von passiven Transpondern nicht zu Es m ssen daher aktive Sensortransponder verwen det werden die i a ein Sensornetz darstellen siehe Beispiel in Kap 6 5 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 23 3 5 2 Auswahl der Ubertragungsfrequenz Transpondersysteme arbeiten blicherweise mit ISM Frequenzen vgl Kapitel 2 Diese sind 100 kHz bis 150 kHz LF im Hochfrequenzband HF 6 78 MHz 13 56 MHz 27 125 MHz und 40 68 MHz sowi
130. erwendet Der Standard sieht einen Fehlerkorrekturmechanismus vor bei dem 2 Bitfehler in einem Block von 16 Bits korrigiert werden k nnen Die Unterschiede zwischen Konnex RF und Wireless MBus be stehen im Wesentlichen in der Datenrate und der Kanalkodierung Es wird das 868 MHz Band verwendet Dieses Band wird zurzeit von weniger Services genutzt als das 2 4 GHz Band Es sind Stern und Baumtopologien unter Einsatz von Router Knoten m glich Dect CAT iq Der Dect Standard wurde fur die digitale Telefonie in Geb uden entwickelt Der Standard verf gt jedoch ber eine Erweiterung CAT iqg mit der Sensorwerte und Schaltbefehle bertragen werden k nnen 21 Als Besonderheit verwendet der CAT ig Standard ein ei genes exklusives Frequenzband Der CAT ig Standard arbeitet mit Sterntopologien Durch die Nutzung des Dect Standards der mit vergleichsweise hohen Sendeleistungen von et wa 250 Milliwatt arbeitet ist der Stromverbrauch relativ hoch Dies f hrt zu guten ber tragungseigenschaften wirkt sich jedoch nachteilig auch auf die Batterielebensdauer aus vgl Tabelle 3 weshalb diese Technik bevorzugt bei Telefon Mobilteilen mit Ladestatio nen am Netz eingesetzt wird Enocean Enocean ist ein seit 201 1 2012 standardisiertes Verfahren nach ISO IEC 14543 3 10 22 Es wurde speziell f r die Nachr stung in bestehenden Geb uden entwickelt Dabei wird zu Grunde gelegt dass eine bertragung von Signalen nur selten stattfindet Dies ist z B
131. estimmung der warmetechnischen 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 Pr fung der RFID Drucksensor Technik an Fassaden mit VIPs Testk rper Versuche in der Klimakammer Langzeit Messungen an der Testfassade Tests zum Temperatureinfluss Tests zur Auslesbarkeit Einfluss von Leseger t und Antenne Einfluss der Antennenhalterung Einfluss von Zwischenschichten Einfluss des Haltewinkels Tests zur Messunsicherheit an VIP Drucksensor Technik Feuchte und Temperatur Transponder zur Bauteil berwachung Anwendungsbeispiel Energie Energetischer Soll Ist Vergleich Relevante Bauteildaten Datenspeicherort Integration in die Geb udeautomation Dynamischer Energieausweis Anwendungsbeispiel Energie Solaranlagensteuerung Anwendung Hygiene L ftungsleitungen Anforderungen an Luftleitungen Bauliche Problembereiche und Grenzwerte in L ftungsleitungen Verwendete RFID Technik RFID Sensornetz als UHF System mit externem Sensor RFID LF System zur Feuchtemessung Versuchsanlagen Demonstrator Hygiene L ftungsleitungen Fazit und Ausblick tur L ftungsleitungen Anwendung Sicherheit Holzbauteile Untersuchungen an Testaufbauten zu Feuchtesensoren Fraunhofer
132. f r Bauphysik 6 4 Anwendungsbeispiel Energie Solaranlagensteuerung Im Winter bewirkt der Schneebelag aut Solarmodulen eine Einbu e des solaren Ertrags Wunschenswert ist hier eine einfache Abtauung der Oberfl chen Damit lassen sich Solarthermie wie auch Kombianlagen aus Photovoltaik und Solarthermiemoduln aus r sten Mit einem Reverse Betrieb des Wasserkreislaufs l sst sich die Oberfl che so weit erw rmen dass mit der Bildung eines Wasserfilms der Schneebelag abrutschen kann Wichtig ist dabei der Einsatz einer geeigneten Sensorik zur Erkennung der einzelnen Zu st nde Aus den Anforderungen des Projektpartners Firma Roto Dach und Solartechnolo gie GmbH wurde ein Konzept f r eine solche Solaranlagensteuerung entwickelt und mit ausgew hlten Komponenten aus dem Projekt RFID Sensor als Demonstrator realisiert Das als Prototyp vorhandene System setzt sich aus einem Sensortransponder einer Basis station und ein PLC Gateway zusammen siehe Kap 3 und Bild 55 Der Sensortranspon der besteht aus einem Mikrocontroller Feuchte Temperatur Beleuchtungs und Deh nungssensoren einem Transceiver und einer Batterie Die Basisstation verf gt ber eine USB Schnittstelle zum Anschluss an einen PC oder ein Steuerger t f r Solaranlagen Das PLC Gateway besteht aus einem Transceiver und einem PLC Modem und hat die Aufgabe die empfangenen Daten aus den Sensortranspondern auf PLC Power Line Communicati on umzusetzen Dadurch kann die Reichwe
133. fassen Dies geschieht derzeit in der Regel durch Ortsbegehungen in denen er die Gebaudedaten notiert Durch Bauteile die mit RFID Transpondern ausgestattet sind k nnte der Aufwand der Datenerfassung wesentlich verringert werden Das Aufmessen Notieren der Daten und der Rechercheaufwand bei nicht sichtbaren Bauteilaufbauten ent fallen Bei der Begehung m ssen ausschlie lich die RFID Transponder ausgelesen Daten gespeichert und Fotos in das Erfassungsprogramm integriert werden Danach k nnte eine transparente Gebaudeakte vorliegen Diese Vision entstand schon 2007 mit der Novelle der EnEV und ergab neue Werkzeuge f r die Datenerfassung und Datenbewertung wie die Elektronische Gebaude und Anlagen Checkliste f r eine Geb udeinspektion siehe Bild 53 als Basis f r die Berechnungen nach DIN V 18599 39 Dort werden eine Vielzahl von Kenndaten zum energetischen Zustand von Bauteile und Anlagenteilen erhoben der zeit noch meist ohne eine Dokumentation woher die Daten stammen und welche Quali tat diese haben Es ist i a nicht ersichtlich ob die Kennwerte aus der Sch tzung des Ener gieberaters vor Ort stammen ob dies einzelne Messwerte sind oder ob dies statistisch ab gesicherte Bemessungswerte sind Vor allem bei den Kennwerten zum W rmeschutz wie R oder U Werte k nnen signifikante Unterschiede auftreten die die Qualit t der Auswei se beeinflussen Eine Integration solcher Bewertungshilfen ist notwendig um die auch f r diese Normense
134. fert Hierbei ist ein Transponder je Fassadenelement bereits ausreichend wenn dieser einen ausreichenden Speicherchip zur Datenhaltung besitzt Die dynamische nderung Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 65 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit des U Werts die durch das im Fassadenelement verbauten VIP zustande kommt muss bei der Datenhaltung zusatzlich berucksichtigt werden 6 3 2 Datenspeicherort Prinzipiell sind verschiedene M glichkeiten in der Erprobung wo die Daten f r ein Bau teilmonitoring gespeichert werden k nnen Data on Tag Alle relevanten Bauteilinformationen sind direkt auf dem Transponder gespeichert Die Speichergr e der Transponder ist von der Informationsmenge die gespeichert werden soll abh ngig Zu beachten ist dass mit einer gr eren Speichergr e der Preis des Transponders steigt Sollen viele Daten gespeichert werden stellt sich somit die Frage der Wirtschaftlichkeit einer solchen M glichkeit Eine weitere Schwierigkeit ist der gesteigerte Energiebedarf bei der Daten bertragung die gew hrleistet sein muss Data on Network Die relevanten Daten sind in einer Datenbank gespeichert Die Zuordnung der Bauteilin formationen findet ber eine Software statt die die Ident Nummer ID des Transponders den in der Datenbank gespeicherten Daten zuweist F r den Speicherort der Datenbank stehen auch zwei M glichkeiten zur Verf gung a Die Datenbank ist direkt an die Software gekoppelt und auf dem PC a
135. fiziertem Personal 50 Vgl Andr Wuttig RFID Chips aus dem Drucker Herstellung von Tags mittels Nanopartikeln Technische Universit t Dresden Dresden 2010 Online im Internet URL http tu dresden de die tu _dresden fakultaeten fakultaet_informatik tei si ehre vortr_pro_haupt folder 2010 04 30 7782863372 Nanoimprint pdf 22 06 2012 gt 1 Vgl EnOcean Hersteller f r batterielose Funksensorik a a O Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 106 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Fehlendes Fachwissen und unterlassene Fachaufsicht w hrend der Bauzeit und bei der Abnahme durch Preisdumping bei Ingenieurhonoraren Reduzierung der Pr fung von Standsicherheits und Brandschutznachweisen durch Kostendruck auf die ffentliche Verwaltung Unterlassen regelm iger berwachungen bei Bauwerken mit gewissem Gef hr dungspotenzial aus Kostengr nden Da Dachtragwerke Unikate sind und somit eine Typisierung kaum m glich ist sollten bei Geb uden mit Gef hrdungspotenzial auch in der Nutzungsphase unabh ngige Pr fungen oder berwachungen durchgef hrt werden um Gefahren f r den Menschen abzuwen den Auch die Auswirkungen von baulichen nderungen oder Nutzungs nderungen auf die Bausubstanz sollten untersucht werden Anders als beim Br ckenbau bei dem eine regelm ige berwachung und Pr fung der Bauwerke durch die DIN 1076 bundesweit einheitlich geregelt ist gibt es f r weit ge spannte Tragwerke zur Beherbergun
136. for wireless sensor systems In Hollstein Thomas Hrsg Wissendheit Uwe Hrsg RFID SysTech 2010 European Workshop on Smart Objects Systems Technologies and Applications Berlin u a VDE Verl 2010 without pagination ITG Fachbericht 224 Vom Bogel Gerd Meyer Frederic RFID in Wartung und Instandhaltung lt 2 gt In ISIS AutolD RFID special 2010 3 p 121 Vom Bogel Gerd Meyer Frederic RFID in Wartung und Instandhaltung lt 1 gt In ISIS AutolD RFID special 2009 3 p 169 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 134 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Meyer Frederic Vom Bogel Gerd van Ackeren Martin Lorcks Martin Vasilev Kosta RFID und Sensortranspondersysteme in Wartung und Instandhaltung In Hollstein Thomas Hrsg Wissendheit Uwe Hrsg RFID SysTech 2009 5th European Workshop on RFID Systems and Technologies Berlin u a VDE Verl 2009 without pagination ITG Fachbericht 216 Vom Bogel Gerd Grundlagen der RFID Technologie und anwendungsspezische Eigenschaften im Bauwesen In RFID im Bau Tagungsband Kongress am 22 23 Februar 2008 auf der bautec Build IT Dresden ARGE RFID 2008 without pagination Meyer Frederic Vom B gel Gerd Ressel Christian Dimitrov Todor inHaus2 Intelligent construction site logistics In Hollstein Thomas Hrsg Wissendheit Uwe Hrsg RFID SysTech 2008 Ath European Workshop on RFID Systems and Technolog
137. forderung wird deshalb als relativ gering 1 eingestuft Kompaktes System 1 Das Kontrollsystem soll aus praktischen Gr nden recht kompakt sein da es neben der Anwendung beim Hersteller ebenfalls auf der Baustelle eingesetzt werden soll Dies be deutet dass die Sensoren eine bestimmte Gr e nicht berschreiten sollen das Leseger t handlich und auch das Informationsverarbeitungssystem kompakt ausgef hrt sein soll Diese Anforderung wird als relativ unwichtig 1 angesehen da die Gr e der verschiede nen Bestandteile nicht als entscheidendes Verwendungskriterium gesehen wird G nstiges Preis Leistungsverh ltnis 9 Ein wesentliches Kaufkriterium f r den Kunden ist immer das Preis Leistungsverh ltnis Stimmt dieses nicht ist die Investition f r den Kunden nicht lohnenswert Deshalb wird die Bedeutsamkeit dieser Anforderung als sehr wichtig 9 angesehen Vergleich zum Wettbewerb Im n chsten Schritt wird ein Vergleich zu Mitbewerbern aus Sicht der Kunden durchge f hrt Die Bewertung wird mit einer Bewertungsskala von 1 bis 5 vorgenommen Als Kont rollsysteme die mit dem RFID System verglichen werden werden das Folienabhebe Verfahren und der Va Q Check ausgew hlt Im Folgenden wird die Bewertung der drei Verfahren f r die verschiedenen Kundenanforderungen kurz erkl rt Durchgehende Funktions Druckkontrolle Eine durchgehende Funktionskontrolle bietet nur das RFID System weshalb es die volle Punktzahl 5 Punkte err
138. g gro er Menschenansammlungen die nicht zur Bundesebene z hlen noch keine Vorschriften in welchen Abst nden Wartungen und Kon trollen durchgef hrt werden m ssen Die Bauministerkonferenz hat im Jahr 2006 zu die sem Zwecke nochmals die Eigenverantwortung der ffentlichen und privaten Eigent mer betont Geb ude stets in einem verkehrssicheren Zustand zu halten Daraufhin wurden Hinweise f r die berpr fung der Standsicherheit von baulichen Anlagen durch den Ei gentumer Verf gungsberechtigten erarbeitet Auf dieser Basis wurde vom BMVBS eine Richtlinie f r die berwachung der Verkehrssicherheit von baulichen Anlagen des Bundes RUV 41 eingef hrt F r Geb ude des Bundes schreibt die RVU eine in der Re gel j hrliche Begehung durch die Bauverwaltung und der hausverwaltenden Dienststelle vor Eine wesentliche Grundlage f r die Kontrolle von Flachd chern und Bauwerken aller Art ist das Vorhalten der wichtigsten Daten und Konstruktionszeichnungen sowie die Doku mentation aller bisherigen Bauwerkspr fungen Mit Hilfe der RFID Technik k nnen bei spielsweise Informationen und Dokumente zu Wartungsarbeiten besonderen Ereignissen aber auch zu Verantwortlichkeiten der Gewerke als eine Art digitales Bautagebuch ohne Intormationsverlust gespeichert und abgelegt werden Dazu werden das bisherige Vorge hen und ein m gliches Vorgehen mit LF Transpondern im Nahfeld sowie die fortlaufende Bauwerks berwachung mit UHF Se
139. ge Messzeit von mind 6 Stunden die f r eine solche Messung n tig ist Das Folienabhebe Verfahren wurde f r die berpr fung der Qualit t von VIP bei der Herstellung entwickelt Dabei wird der Innendruck im VIP vergleichend optisch gemes sen der Vorteil ist dass kein integrierter Sensor oder ein Eingreifen in das Paneel n tig ist Das Paneel liegt in einer Vakuumkammer und der Druck in der Kammer wird nun soweit abgesenkt bis sich die Umh llungsfolie vom VIP Kern abhebt Dies ist dann der Fall wenn der Druck in der Kammer minimal geringer ist als der Druck im VIP Das Abheben der Folie 18 Z B von den Firmen Variotec und Porextherm Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 41 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit wird durch eine Laserdistanzmessung detektiert Der Nachteil bei dieser Methode ist der relativ hohe apparative und zeitliche Aufwand der eine vollst ndige Produktionskontrolle aller hergestellten VIP unwirtschaftlich macht Dieses Verfahren ist auch f r den Baustel leneinsatz und f r eine berpr fung des Paneels im eingebauten Zustand nicht geeignet Eine von der Firma va Q tec entwickelte Methode den Gasdruck im Paneel zu bestimmen ist das sogenannte va Q Check Verfahren Daf r ist es n tig bei der Herstellung ein Me tallbl ttchen mit einem d nn aufliegenden Vlies unter der Umh llung des VIPs anzubrin gen Auf der Au enoberfl che kann nun ein erw rmter Messkopf angelegt werden der den eingeleiteten W rme
140. gen mittelgro e Fremdk rper Schutz gegen kleine Fremdk rper gegen l ornformige Fremdk rper Schutz gegen Staub ablagerungen Schutz gegen Staubeintritt 6 Schutzumfang Kein Ber hrungsschutz kein Schutz gegen feste Fremdk rper 4 lt gt Cl Schutz gegen gro gegen gro e lt o X Fremdk rper flachige Ber hrung mit der Hand Schutz gegen Fremd k rper gt 50 mm Schutz gegen A Ber hrung mit den Fingern Schutz gegen Fremd k rper gt 12 mm Schutz gegen Ber hrun mit Werkzeug Dr hten 4 a mit gt 2 5 mm Schutz gegen Fremdk rper gt 2 5 mm wie 3 jedoch gt 1 mm Schutz gegen Ber hrung Schutz gegen Staub ablagerung im Inneren Vollst ndiger Schutz gegen Ber hrung Schutz gegen Eindringen von Staub oe laleesielwlz Bild 90 IP Schutzklassen bei Elektroger ten Erste Kennziffer Schutz gegen feste Fremdk rper Schutz gegen Tropfwasser Schutz gegen schra fallende Tropfwasser Schutz gegen Spruhwasser Schutz egen pritzwasser Schutz egen trahlwasser Schutz gegen Uberflutu Schutz gegen Eintauchen Schutz gegen Untertauchen IP Klasse 54 IP Klasse 40 Zweite Kennziffer Schutz gegen Wasser 5 Kenn Schutzum fang Kein Wasserschutz Schutz ge en senkrecht tallende Wassertropfen Schutz gegen schr fallende ere H beliebiger Winkel is zu 15 zur Senk rechten Schutz gegen W
141. gen Sen soren die L nge der Anschlussleitung variiert Auch bei einer L nge von ca 1 00 m konnte keine Ver nderung festgestellt werden noch l ngere Anschlussleitungen erscheinen nicht notwendig Bei weiteren Tests wurde berpr ft ob Materialablagerungen auf der Polymerschicht der Sensoroberfl che die Messwerte der Sensoren beeinflussen Dies erfolgte unter praxisna hen jedoch definierten Randbedingungen im Exsikkator bei unterschiedlichen Luftfeuch ten u a bei 90 r F Die Sensoren wurden ber den Innenwiderstand kalibriert und die Oberfl chen mit unterschiedlichen Materialien wie Staub Holzfasern oder Mineralwolle 37 aus G ldenpfennig J et al Zur Feuchteproblematik in Eissporthallen Bautechnik 87 Auflage 2010 S 133 138 Onli ne im Internet http onlinelibrary wiley com doi 10 1002 bate 201010011 pdf 22 06 2012 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 g2 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit pr pariert Die Messung dauerten mindestens 10 Stunden wurden dreimal durchgef hrt und anschlie end ein Mittelwert aus den Ergebnissen gebildet Das Beispiel der Messung mit Ruckstanden von Holzsp nen ist in Bild 64 dargestellt Der Feuchtegehalt im Testvo lumen wird durch den ADC Wert dargestellt Dieser lag bei dem mit Holzsp nen pr pa rierten Sensor zu Beginn der Messungen unter dem des sauberen Sensors Dieses Verhal ten ist dadurch zu erkl ren dass die Holzfasern die Sensoroberfl che vollst ndig abdeck ten Erst n
142. gen auf Vermietung Verwaltung und Verkauf von Immobilien Rechtliche und technische Grundlagen Haufe Verlag Planegg 2010 S 4 DIN V 18599 Energetische Bewertung von Geb uden Berechnung des Nutz End und Prim renergiebedarfs f r Heizung K hlung Lut tung Trinkwasser und Beleuchtung 02 2007 Beuth Verlag Erhorn H Hrsg Elektronische Checkliste zur Aufnahme von Be standsgeb uden f r die Berechnung nach DIN V 18599 Fraunhofer IBP Stuttgart 2011 in http www checkliste18599 de hercon Geb udeautomation OPC M Bus oder siehe in http www herrmann leittechnik com produkte und http www herrmann leittechnik com sites detault tiles hercon OPC M BUS 0 pdf Richtlinie Uberwachung der Verkehrssicherheit RUV Bundesministeri um tur Verkehr Bau und Stadtentwicklung 1 Auflage Berlin 2008 Online im Internet unter htto Awww bmvbs de cae serviet contentblob 28346 publicationFile 150 richtlinie fuer die ueberwachung der verkehrssicherheit pdt Quality Function Deployment QFD Steinbeis Transferzentrum Mana gementsysteme Ulm siehe www tms ulm de und in http www emagister de uploads courses de Folienauszuege QFD p df Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 139 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit
143. gewinnen Der LF Drucksensor Prototyp ist im IMS weiter durch Tests in Druckkammern optimiert worden Der Kalibrierprozess bei der Herstellung von VIP Drucksensor Transpondern und der VIP Bauteile selbst mit integrierten Sensortags konnte marktreif gemacht werden Er gebnisse hierzu werden vorgestellt Zur Erzielung von h heren Reichweiten f r das Monitoring von Geb udezust nden z B in D chern und Fassaden stehen drahtlose Sensornetz Systeme zur Verf gung Im Frequenz bereich der Mobilfunktechnik bei 2 4 GHz erreichen diese Reichweiten von ber 5 Metern Diese sog aktiven Sensor Transponder in der Netzwerk Knotentechnik ben tigen eine ei gene Batterie und wurden als Prototypen getestet Sie stehen seit einigen Monaten auch als kommerzielle Systemkomponenten zur Verf gung Damit lassen sich die Bauprodukt eigenschaften Temperatur Licht Feuchte Rauch Anwesenheit und Luftdruck erfassen und berpr fen Erste Beispiele f r die Anwendung zum Themenbereich Hygiene sind aufgezeigt Tur nusm ige berwachung des Zustandes von L ftungsleitungen oder Anlagen zur kontrol lierten Wohnungsl ftung wie Au enwandl fter oder W rmetauscher hinsichtlich ihres Hygienezustandes sind erfassbar mit der RFID Sensortechnik z B Tauwasseranfall Ver schmutzung etc Daraus k nnen die Einhaltung von Wartungs und Reinigungsintervalle oder die berwachung der Tauwasserbildung an W rmbr cken automatisiert ablaufen Im Themenbereich Sicherheit
144. gleichen Bedingungen zu generieren Die Standardabweichung nimmt Werte zwischen 0 2 mbar und 3 0 mbar an Die Ergebnisse der Messungen bei Umgebungs Luftdruck und Raumtemperaturen von 23 C f r jeweils 300 Einzelmessun gen sind in Bild 47 dargestellt RFID Sensor Messwerte Sensor 1 01681 12c a Sensor 2 0188050e Sensor 3 01880418 Mittelwert 51 958 8 mbar Druck mbar hittelwert S2 959 2 mbar Mittelwert 53 960 7 mbar Nummer der Messung Bild 47 Gemessener Umgebungsdruck f r drei RFID Drucksensor Transponder Die Mittelwerte der Sensoren liegen sehr nahe beieinander Gesamtmittelwert 960 mbar Differenz S1 zu S2 0 4 mbar Der Mittelwert von Sensor 3 ist um ca 1 mbar ber den Werten von S1 und 52 Dieser Sensor reagierte empfindlicher auf die geringf gigen Unter schiede im barometrischen Luftdruck Wetterlage im Messzeitraum Die Standardabwei chung der Messungen f r die 3 Sensoren ist in Tabelle 9 aufgef hrt und passt gut zu den Sollwerten der RFID Sensor Transponder weitere Anpassungen im Kalibrierprozess wur den hieraus mit abgeleitet Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 61 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Tabelle 9 Gemessene Standardabweichung der RFID Drucksensor Transponder Standardabweichung mbar 01881 12 0188050e 01880418 6 2 Feuchte und Temperatur Transponder zur Bauteil berwachung Zur Erfassung der M
145. gsaufwand zu erm glichen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 113 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Messunsicherheit Die Messunsicherheit der Sensoren sollte m glichst gering ausfallen Ein Zielwert der hierbei ausgegeben werden kann ist eine Messunsicherheit von gt 0 5 mbar b Leseger t Leseger t und Antenne Das Leseger t mit Antenne sollte sowohl funktionell als auch eine kompakte Gr e haben Software Das Leseger t soll mit einer Software ausgestattet sein die die Verarbeitung und Anzeige der Daten erm glicht Reichweite Die Auslesereichweite betrifft die Kombination aus Leseger t und RFID Sensor Transponder Sie sollte m glichst gro sein um so den Auslesevorgang zu erleich tern Als Zielwert k nnen 0 20 m angegeben werden c Informationssystem Software Das Informationssystem das die Daten auswertet und verarbeitet ben tigt ebenfalls eine Software Mit dieser sollen die Messergebnisse und sonstigen Daten ber sichtlich f r den Nutzer zur Verf gung gestellt werden Datenbank Zur Verarbeitung einiger durch den RFID Transponder gewonnen Daten wer den zus tzliche Daten ben tigt die in einer Datenbank abgespeichert werden sollen d Sonstiges RFID Etiketten RFID Etiketten bieten die M glichkeit die Kosten des RFID Systems zu sen ken In Anhang D wird eine M glichkeit der genauen Verwendung der Etiketten beschrie ben Massenproduktionstauglich Eine M glichkeit ein neues Produkt kosteng
146. gte Ver nderung der Temperatur im VIP Inneren ist auch im Druckver lauf der VIPs B und E deutlich jedoch unterschiedlich zu sehen Bild 43 Die Sensivit t der RFID Drucksensoren ist beim VIP E sehr stark verursacht durch noch nicht angepasste Kalibrierfaktoren Der im VIP Transponder integrierte Temperatur sensor ist jedoch von der Aufl sung und Dynamik befriedigend dimensioniert RFID Sensor Druckverlauf E 3 E a A hes 2 C a E a 7 a p E 9 o oo g KE Ei E E O E vi e e og S on 8 2 SS g oN 8 02 04 2011 03 04 2011 04 04 2074 05 04 2011 Datum und Uhrzeit Bild 43 Druckverlauf in VIP B und VIP E im Tagesverlauf an der Testfassade 2011 6 1 6 5 Tests zur Auslesbarkeit Die Versuche zur Auslesbarkeit der Sensoren sollten zeigen welche Randbedingungen bei einer Messung des VIP Innendrucks einen Einfluss auf einen erfolgreichen Ausleseversuch haben Dazu wurde der Einfluss des Leseger ts und der verwendeten Antenne der Ein fluss des Befestigungszustandes der Antenne der Einfluss von verschiedenen Zwischen schichten zwischen Sensor und Leseger t und der Einfluss des Winkels zwischen Antenne des Leseger ts und Sensor untersucht Die Ergebnisse aus den Messungen zur prinzipiellen Auslesbarkeit sowie dem minimalen und maximalen Leseabstand sind im Folgenden dar gestellt Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 57 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 6 1 6 6 Einfluss von Lesegerat
147. h ei ne andere Art der Energieversorgung aus Der Mikrochip wird mit einer internen Batterie versorgt w hrend f r die Daten bermittlung weiterhin die Energie des Leseger tes be nutzt wird Sie sind somit semi aktiv Aktive Transponder hingegen verf gen ber eine ei gene Energieversorgung mit der sowohl der Chip versorgt als auch die Datenubermitt lung sichergestellt wird Sie werden lediglich noch dahingehend klassifiziert ob sie auch mit passiven Transpondern kommunizieren k nnen Die Klassen 4 und 5 beziehen sich auf aktive Transponder siehe Kap 3 5 Sie teilt lediglich die Kommunikationsf higkeit ein Klasse 5 kann auch noch mit passiven Transpondern kommunizieren Klasse 4 nicht 15 Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Speicherkapazit t sog read write Transponder Diese kann von wenigen Bit bis hin zu derzeit 32 KBytes variieren Data on Tag Kap 6 3 2 Allerdings ist davon auszugehen dass die Speicherkapazit t in Zukunft deutlich steigen wird 6 3 5 Aktive Transponder und RFID Netzwerke Aktive Transponder verf gen immer ber eine eigene Energieversorgung Dies kann bei spielsweise eine Batterie eine Solarzelle oder ein Thermogenerator sein Aufgrund dessen sind diese Transponder nicht auf einen geringen Abstand zu einem Leseger t angewiesen Daher k nnen solche Transponder auch in verschiedenen Netzwerktopologien eingesetzt werden In so genannten Sensornetzwerken kann der Abstand zwischen dem Sensor transpo
148. hen Soll und Messwert zentral durchtuh ren und bewerten Im Falle eines ansteigenden Innendrucks im VIP kann die GLT der zu st ndigen Person Facility Manager eine Warnmeldung per E Mail oder SMS auf das Mo biltelefon zukommen lassen Managementebene Bild 52 Hierarchisches Ebenenmodell in der Gebaudeautomation nach 35 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 67 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Die Bedeutung von drahtlosen Sensornetzen nimmt im Bereich der Gebaudeautomation st ndig zu da sie eine funkbasierte Aufnahme von Messwerten erm glichen Durch das Nicht Vorhandensein von Kabelverbindungen eignen sie sich besonders gut zum Nachr s ten und erm glichen eine maximale Flexibilit t Deshalb ist es nicht verwunderlich dass in den letzten Monaten und Jahren immer mehr Hersteller drahtlose Sensornetze kosten g nstig anbieten siehe bersicht in Kap 4 3 Da diese Sensoren zur Steuerung von Son nenschutz Beleuchtung oder T ren in den jeweiligen Bauteilen wie Jalousien Leuchten bzw Schl sser ihre Identdaten codiert hinterlegt haben ist es nur ein kleiner Schritt diese ID Nummern auch f r die Herstell und Lieferlogistik sowie die Wartung etc zu nutzen Eine Kopplung mit der Sachverst ndigen T tigkeit bei der Ger te Pr fung nach UVV BGV als Prufptlicht des Anlagen Geb udebetreibers wird seit kurzem als RFID basiertes Service Managementsystem kommerziell angeboten 36 Eine weitere M glichkeit RFID Daten in
149. hode ist der hohe Aufwand der vor allem bei der nachtr glichen Erstellung an einem Bestandsgeb u de betrieben werden muss bis alle Bauteile aufgenommen wurden Bei Neubauten bei denen die Erstellung des Energieausweises hingegen schon bei der Planung ber cksichtigt wird kann der Aufwand in Grenzen gehalten werden da zu diesem Zeitpunkt die Bauteil aufbauten sowie die verwendete Anlagentechnik bekannt sind Eine Verbesserung in Hinblick auf eine h here Genauigkeit des Energieausweises k nnten RFID Transponder in Bauteilen in Kombination mit Sensoren am Geb ude darstellen Im Folgenden wird deshalb ein Szenario aufgezeigt wie der bedarfsorientierte Energieaus weis sich zuk nftig f r die jeweilige Immobilie erstellen und den dynamisch sich ndern den Randbedingungen anpassen l sst Daf r w ren folgende Voraussetzungen n tig Der Energieausweis wird durch eine Software berechnet Alle notwendigen Geb udeparameter sind durch den Planer Architekt Energiebe rater in einer Datei hinterlegt auf die die Software zugreifen kann Alle verwendeten RFID Transponder ohne oder mit Sensorik dienen der Identifi kation und Beschreibung von Bauteilen und deren Eigenschaften Die Bauteilei genschaften werden von den Herstellern ber das Internet bereitgestellt Die verwendeten Sensortransponder sind mit der Geb udeleittechnik verbunden Der Energieberater muss f r eine Anfertigung des Energieausweises zuerst die Geb ude daten er
150. hr regelm ig empfangen werden Dies w re jedoch f r eine zuverl ssige Anwendung im Baubetrieb unerl sslich Die Funkverbin dung der IMS Transponder hingegen war bis zu einer Entfernung von 74 m stabil Die Funkreichweite der RFID Technik im Freifeld ist sowohl von der Batteriespannung als auch von den Umgebungsbedingungen abh ngig u a Luftfeuchte und Vegetation Neben den reichweitenbestimmenden Faktoren wie z B Antennenverst rkung und ausrichtung muss ein weiterer physikalischer Effekt ber cksichtigt werden nicht nur die Sichtverbindung sondern auch die 1 Fresnellsche Zone Dies ist ein gedachter Rotationsellipsoid zwischen den Antennen der frei von Hindernissen sein muss Bei den oben genannten Parametern betr gt der maximale Radius des Ellipsoids etwa drei Meter was bereits eine merkliche D mpfung des Signals darstellt Zur Best tigung der Lesereichweiten unter praxisnahen Bedingungen in Geb uden fanden weitere Tests im Parkhaus und im GS Geb ude des Fraunhofer IBP statt um Einfl sse wie die von 22 cm dicken Betondecken und metallischen Gegenst nden wie Autos und Stahl st tzen auf die Funkreichweite zu erfassen Das Parkhaus hat f nf Parkebenen und ist in Stahlbetonbauweise Parkebene 1 und 2 oder in Stahlbauweise Ebene 3 und 4 mit einer Deckenh he von 2 40 m gebaut Die Transponder wurden jeweils im Br stungsbereich des Parkhauses auf dem Boden der einzelnen Stockwerke angebracht die Position des Empf ngers ver
151. ht Momentan m ssen bei der Planung einer W rmed mmung mit VIP hohe Zuschl ge des W rmedurchgangskoeffi Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 48 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit zienten bei der Auslegung eines Bauteils berucksichtigt werden Diese sind nur teilweise auf den Randeffekt der Warmebrucken aber auch auf Sicherheitsbedenken bez glich der Warmedammleistung des VIP ber einen l ngeren Zeitraum zur ckzuf hren Durch eine zuverl ssige technische Nachweism glichkeit eines funktionierenden VIP k nnten diese Zuschlagswerte herabgesetzt werden was zu einem besseren Kosten Nutzen Verh ltnis und gr erer Nachfrage von Vakuumdammpaneelen beitr gt 6 1 4 2 Vorteile bei Einbau und Abnahme In der Phase des Einbaus der VIP hat das verarbeitende Unternehmen den Vorteil dass die VIP direkt nach der Anlieferung auf ihre Funktionsweise kontrolliert werden k nnen De fekte Paneele lassen sich so schnell erkennen reklamieren und ersetzen Vor allem wenn individuell formatierte Paneele auszutauschen sind k nnen die Daten und Ma e des Pa neels einfach und ber das Internet nachbestellt werden wenn ber den Liefer und Ver legeplan jedes VIP durch die Ident Nummer zugeordnet ist Nach dem Einbau kann der In nendruck erneut durch das austuhrende Unternehmen kontrolliert und so dem Auftrag geber ein funktionst chtiges Paneel garantiert werden Bei der sp teren Abnahme eines Geb udes kann die RFID Technik ebenfalls von Vorteil s
152. ht nach einem einheitlichen Klassifizierungssystem gekennzeichnet Verschiedene Systeme baustoffkatalog eCl ss freeclass etc bieten un terschiedliche Kenndaten und Hilfestellungen an hnliches gilt f r die Kennzeichnungs systeme der Produkte selbst Neben den h ufigen Farbcodierungen und Barcodel sungen werden auch vereinzelt elektronische RFID Transpondersysteme im Bauwesen angeboten Diese RFID Etikettierung Ist derzeit in der KFZ Maschinen und Textilbranche h ufiger im Einsatz Welcher Funk Frequenzbereich gew hlt wird LF 125 KHz HF 13 56 MHz UHF 868 MHz oder MW 2 45 GHz bestimmt der gew nschte Einsatzzweck Produktart Trans portweg Umgebungsbedingungen Untergrundmaterial praktisch nutzbare Leseentfer nungen etc Das wesentliche Problem neben der Festlegung der RFID Technik der An bringung der Transponder und der Dateninhalte ist heute die Festlegung der Erfassungs punkte bei der Produktherstellung beim Einbau und im Betrieb sowie die Festlegung der Datennutzung selbst Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 37 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Mit der automatischen Verfolgung der Produkte Uber den Transport hinaus wird aus ei nem einfachen Vorgang ein komplexes Problem das nicht nur in die eigene Firma sondern in die vor und nachgelagerten Bereiche eingreift Aber nur durch eine solche gekoppelte Datenvernetzung kann der zus tzliche Aufwand der teureren RFID Transponder als Mehr nutzen ber die Bauwerkslebensda
153. htaktor k SC Y Es Bidirektionale Komponenten Raum Controller Batterielose LG us Schalter amp a Sensoren ei HEL Aktor Sender e p D rr Vernetzung Schalter ww P Sensor Bild 10 Systemuberblick eines Funk Netzwerks nach EnOcean 22 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 21 Smartphone Computer _ Wey Ger te I Internet E J y ff R Rechenzentrum Bild 11 Systemuberblick des Funk Netzwerks nach RWE SmartHome 25 Aus den dargestellten Schemabildern ist ersichtlich dass solche Funksysteme proprietar d h nur innerhalb eines Geb udes autbaubar sind jedoch auch die M glichkeit bieten ber IP Schnittstellen Daten und Befehle in das Internet zu geben oder von dort zu emp fangen Wie diese Funktionalit ten zusammen mit den Sensoren in den Funknetzknoten bauphysikalisch oder anlagentechnisch sinnvoll zu nutzen sind wird in sp teren Kapiteln dargestellt Die folgende Tabelle 3 zeigt einen zusammenfassenden berblick der Eigenschaften von Funk bertragungs Systemen Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 22 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Tabelle 3 Vergleich der Eigenschaften von Kommunikations Standards Standard ZigBee IMS Stack Bluetooth Konnex RF Wireless Cat iq EnOxcean Z Wave LE MBus M gliche Stern Baum Stern Stern Stern Baum Stern
154. hteilig an den bisher eingesetzten Uberwachungssystemen sind der hohe Zeitautwand fur Installation und Verkabelung der Sensoren und Steuerelemente sowie die daraus resultierenden hohen Kosten Daher werden Systeme zur dauerhaften Bauwerks berwachung nur selten eingesetzt Durch die Verwendung von mobilen draht losen RFID Sensornetzwerken kann zuk nftig ein breites Anwendungsfeld erschlossen werden da derartige Monitoringsysteme leicht einfach zu installieren und somit deutlich kosteng nstiger sind siehe Kap 4 3 Doch die Anforderungen an das Personal f r die Ersteinrichtung solcher Systeme und an die Schulung der Mitarbeiter sind hoch So sollten m glichst viele Sensoren integrierbar und auch wieder heraus l sbar sein ohne einen st renden Einfluss auf das Sensornetzwerk und die Datenbank zu verursachen Zus tzlich sind eine hohe Ausfallsicherheit sowie eine geringe Fehlertoleranz n tig Des Weiteren sollte der Energieverbrauch der Sensoren m glichst gering und die Lebensdauer der Bau teile m glichst hoch sein Die Einbindung der RFID Kennzeichnung aller notwendigen Teile ist bei heutigen Geb uden nicht vorhanden was ein schlechtes Kosten Nutzen Potenzial verursacht 8 2 Qualit tsbewertung der RFID Technik durch QFD Eine M glichkeit zur Bewertung von Kosten Nutzen Potentialen der RFID Technik nach kundenorientierten qualit tsgerechten Produkt und Prozesskriterien bietet die Methode Quality Function Deployment QFD Basis der
155. i ne M apbmserte themischan Konaktierurg wm dig Impedanz be FTE 0 kone berfl chendauchte an gekuhien Objekten zu arlassen Das Basal kann dazu zB au Froo ber e505 10 Ohm 2 metallische Werkstoffe aufgeklebt werent ingestion ber dire See E Durch die SIL Kontakte l sst sich das Fautell m a a Gett S direkt auf Platinen best cken cay eee ee E Andere Ausl hrungen 2 8 mi Anachiusaiep ng Trigiesubstrat Ferorp I0R2020Emm und Stecker sand auf Anfrage ebenfalls Keen ra EIL Korlakke PSARAS Bagen b SHS AS nderungen der Iechr schrn Dalen te deen Ba techohmactian Fortech ii Gener bilan vr fale vintera oaegioten im Internet Grtstzeclatzeikrenr Erato ni vmd Wmmgpiellr euer NYSE Module auf Achen KZ Ana UA Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 129 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 5 3 Datenblatt Feuchte Temperatursensor Sensirion SHT 7 oa a SAT CH Figure 12 Sarpe RH measurement sequence for wee POOD TOi Co11 OT Tabla 5 Status Fogistor Ee Measurement resoluhon The default measurement resolution of 4bi temperature and lb humidity can be reduced to 12 and Bbit This is especially useful in high Sneed or siteme low power applications End of Battery tunchon detects and natfes VOD voltages betow 247 V Accuracy is 40 05 V Hear Ce on chip heating element can be addressed by uring a command inte status register The heater may incress2 fhe temperature of
156. ich jedoch ber den langen Zeitraum einer Bauteil berwachung auch zusetzen k nnen 6 6 2 Test zur Funkreichweite in Deckensystemen Zum Test der Praxistauglichkeit von RFID Sensornetzen wurde die Auslesbarkeit der Sen sortransponder im Geb ude und im Freifeld untersucht Parameter waren dabei sowohl die Entfernung als auch der Einfluss von Bauteilen wie W nde oder Decken aus Stahlbeton zwischen Sender und Empf nger Getestet wurden die IMS Sensortransponder als Proto Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 SE RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit typ sowie die XBee Sensortransponder als Serienbauteile siehe Produktvergleich in Kap 4 3 und Datenblatt in Kap 10 5 4 Beide Systeme arbeiten im modifizierten Ultra High Frequency Bereich von 2 4 GHz und unterscheiden sich vorrangig in ihrer Baugr e Zum Test der Verbindungsreichweite im Freifeld wurden die Basisstationen in 10 m Schritten von den Empf ngern entfernt sp ter der Abstand auf ca 5 m verringert Hierbei war zu jeder Zeit die Sicht frei auf die Empf nger und die Entfernungen mit einem Laserger t gemessen Die Au enlufttemperatur betrug zum Zeitpunkt der Messung 15 C und die Luftfeuchte lag bei ca 57 Die Messungen ergaben dass die von Digi angegebene maximale Funkreichweite der Transponder von 120 m nicht erreicht werden konnte Bei dem durchgef hrten Versuch konnten ab einer Entfernung von 62 m zwischen Basisstati on und Transponder die Datenpakete nicht me
157. icke bei gleicher W rme d mmeigenschaft im Vergleich zu konventionellen D mmstoffen oder hochporosierten Mauersteinen auf Die Steigerung des Dammvermogens bei VIPs h ngt entscheidend vom verwendeten St tzmaterial und des in der H llfolie erzeugten Vakuums ab Um im einge bauten Zustand eine Funktions und Qualit tskontrolle des einzelnen VIP Elements durch f hren zu k nnen Bild 23 bedarf es einer Kontrolle des Vakuums Bisher ist dies nur durch aufw ndige externe Messungen m glich und nicht im verbauten Zustand Durch die Verwendung von Drucksensoren im Inneren des Paneels ist mit Hilfe der RFID Technik ein kontaktloses Auslesen der Druckverh ltnisse im VIP auch im verbauten Zustand am Ge baude m glich Dadurch wird ein Potenzial er ffnet den Sicherheitszuschlag der nicht genormten Bauprodukte in den bauaufsichtlichen Zulassungen zu reduzieren Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 40 Bild 23 Anbringung von Vakuum Isolier Paneelen VIP an der AuBenwand eines Gebaudes Bei der Herstellung der VIP im Werk dem Transport an die Baustelle dem Einbau und im Gebrauch bis zum Ende der Nutzungszeit sind die VIP Elemente mit der luftdicht ver schwei ten Umhullung sehr empfindlich Bei kleinsten Besch digungen verschlechtert sich das Vakuum und somit die W rmed mmeigenschaft Um diese zu berpr fen kann der W rmedurchlasswiderstand des VIP direkt gemessen werden Dies Verfahren dauert
158. ie Messunsicherheit Wie oben bereits erw hnt ist die Messunsicherheit schon auf ei nem sehr hohen Niveau und f r die Anwendung bei VIP ausreichend Allerdings kann sie eventuell durch genauere Sensoren noch verbessert werden Ein weiteres Produktmerkmal bei dem ein Konkurrenzprodukt ber dem RFID System liegt ist die Massenproduktions tauglichkeit Sowohl das RFID System als auch der Va Q Check sind massenproduktions tauglich Die Ber cksichtigung der Kosten zeigt aber dass der Va Q Check kosteng nsti ger herzustellen ist Beim Kostenfaktor des RFID Systems besteht somit noch Verbesse rungsbedarf Die restlichen Produktmerkmale liegen aber entweder ber den Konkurrenz produkten oder zumindest gleichauf Hervorzuheben ist dass das RFID System das einzige System ist mit dem eine durchgehende Funktionskontrolle m glich ist In diesem Punkt w rde das System eine momentane Monopolstellung einnehmen Die Auswertung der technischen Bedeutung hebt die Wichtigkeit der Sensoren die an den RFID Transponder angeschlossen sind hervor Die Energieversorgung des Sensors und die Messunsicherheit spielen ebenfalls eine wichtige Rolle Danach folgen Produktmerk male die den Komfort Kompaktheit und Reichweite sowie einen Einfluss auf den Preis des Systems widerspiegeln Die QFD Untersuchung zeigt dass das bestehende RFID Kontrollsystem bereits sehr gut auf die Kundenanspr che abgestimmt ist Die wesentlichen Kundenanforderungen wer den durch das
159. ie Servicemitarbeiter bei ihrer Arbeit begleitet und geleitet sowie w hrend des eigentlichen Wartungsvorgangs unterst tzt Dazu wurden u a standardisier te Schadenscodes und eine RFID und Barcode basierte Wartungsobjektidentifikation inte griert Es wurde am Beispiel des Frankfurter Flughafens gezeigt dass mittels der Kombina tion aus Ortung und Navigation die Bearbeitung von Instandhaltungsaufgaben qualitativ verbessert und zeitlich beschleunigt werden kann 4 Doch gerade in der Vor Ort Fertigung auf der Baustelle und bei Wartung oder Instandhal tung in und an Geb uden tritt die Schnittstellenproblematik zwischen Gewerken und Bauprozessen besonders zu Tage Durch die ARGE interne Zusammenarbeit auch zum Teilprojekt Kennzahlen Bauphysik und Sensor RFID wurde festgestellt und ber ck sichtigt dass eine gro e Schnittmenge gemeinsam zu nutzender Daten in den ARGE Projekten existiert Die im Manteldokument postulierte L sung erfordert den L cken schluss zwischen allen Teilprojekten und erm glicht nur damit die durchg ngige prakti sche Anwendung Deshalb soll das in Kap 10 2 vorgestellte sog Schnittstellen Projekt ab 2013 bearbeitet werden 5 3 Andere Forschergruppen FORBau u a Einen aktuellen berblick zur Situation der l und K Struktur im Bauwesen gibt Klaubert 2011 in der Dissertation Entwicklung eines RFID basierten Informations und Kommuni kationssystems f r die Baulogistik 30 Hierin wird auch
160. ies Berlin u a VDE Verl 2008 without pagination pp 21 7 ITG Fachbericht 209 Vom B gel Gerd Moderne Baustellenlogistik durch Einsatz neuer Informations und Kommunikations Technologien In Beton 58 2008 9 Sonderteil Fachtagung p 9 Vom B gel Gerd Meyer Frederic RFOL Radio Frequency Object Localisation In Euro ID 2007 8th to 10th May 2007 EXPO XXI Expocentre Cologne Germany D sseldorf IBC Euroforum GmbH 2007 without pagination Vom B gel Gerd Technologische Trends bei RFID Systemen f r den Einsatz im Internet der Dinge In Bullinger Hans J rg Hrsg Hompel Michael ten Hrsg Internet der Dinge www internet der dinge de Berlin u a Springer 2007 pp 157 177 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 135 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 11 Literaturverzeichnis 1 2 3 4 5 6 7 EI Arbeitsgemeinschaft ARGE RFIDimBau Forschungscluster im BMVBS F rderprogramm Forschungsinitiative Zukunft Bau mit gemeinsa mer Internetseite unter www RFIDimBau de seit Januar 2007 Helmus M Meins Becker A LauBat L InWeMo Integriertes Wertsch pfungsmodell mit Radio Frequency Identification in der Bau und Immobilienwirtschaft mit dem Fokus Baulogistik Forschungsbe richt Lehr und Forschungsgebiet Baubetrieb und Bauwirtschaft BU Wuppertal 2008 siehe in www baufachinformation de artikel jsp v 229833 und in RFID in der Ba
161. igkeit zu drosseln Um Zugriff auf das Innere des Kanalsystems zu bekommen um beispielsweise dort die Sensoren 6 etc anzubringen aber auch um Sichtkontakt w hrend der Versuche zu haben wurden die anderen Kanal elemente mit kleinen Aussparungen als Revisions ffnung 4 versehen und mit einer PMMA Platte und Dichtungen luftdicht verschlossen Sie sind so befestigt dass sie sich mit einfachen Handgriffen ffnen und schlie en lassen Bild 61 Versuchsanlage Luftkanal mit RFID Sensor Technik F r Untersuchungen unter realen Bedingungen wurde auf die st ndig im Betrieb befindli che L ftungsanlage des Fraunhofer Institutes vor Ort zur ckgegriffen Die Untersuchun gen der Sensor Transponder im L ftungskanal sind im zweiten Obergeschoss des Gips Sch le Geb udes IBP durchgef hrt worden Die Verteilerleitung und Einzelanbindungen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 78 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit im zweiten Obergeschoss bestehen teilweise aus Stahlblech und Wickelfalzrohr und sind gut geeignet um kleinere Installationen und minimalinvasive Ma nahmen durchzuf hren wie beispielsweise die nachtr gliche Integration des RFID Systems in die L ftungsrohre So konnten Zuluftparameter bestimmt das Sensorverhalten beobachtet und die Sende und Empfangsreichweite untersucht werden Die Zuluft wird ber Tellerventile in den Raum eingebracht Alle Kan le und Rohre befinden sich in einer durch Metallpaneele abgedeck ten Zwischend
162. ik Beispiele sind die berwachung von Lagertemperaturen an Wellen oder von Prozesstemperaturen in Chemieanlagen F r solche Messungen der Temperatur sind zahlreiche Sensoren am Markt verf gbar Die klassischen Sensoren der PT Reihe z B PT100 eignen sich f r die RFID Technik weniger gut da der Energieverbrauch deutlich zu hoch ist Auch die sonst haufig verwendeten Thermoelemente sind nur bei aktiven Systemen zu finden auch nur dort wo es die Randbedingungen hohe Temperaturen zwingend erfordern da die Aus werteschaltung f r die Thermoelemente zu aufw ndig ist Halbleitersensoren wie z B der TMP112 liegen im Stromverbrach bei wenigen Mikroampere und bieten geringere St ck kosten im Vergleich zu den oben genannten Sensoren Sie sind somit f r das Bauwesen besser geeignet solange die zu messenden Temperaturen nicht ber 125 C liegen Derzeit finden sich in allen verf gbaren passiven Temperatursensortranspondern solche Halbleitersensoren Sie sind in den Transponderschaltkreis nicht austauschbar integriert und stellen dadurch eine kosteng nstige L sung dar siehe Kap 4 3 Produktbeispiele 4 1 2 Sensortechnik Druckmessung Die Druckmessung in Transpondern erfordert auch hier besonders stromsparende Senso ren im Hinblick auf die Messung selbst als auch auf das Inferface zu mikroelektronischen Schaltungen die das Signal weiter verarbeiten Die h ufig verwendeten piezoresistiven Drucksensoren kommen daher in Transpondern nicht z
163. ilen erfassen und bewerten zu k nnen Sensoren auf Holzoberfl che Relative Feuchte 100 100 90 N 1 m i Tag ID 0004 Sensor5 i il eee ADC Wert e Tag ID 0005 Sensor3 L il m j N AN Le a gag Sal 0 0 00 10 00 20 00 30 00 40 00 50 00 60 00 70 00 Zeit h Bild 68 Ermittlung des Feuchtegehalts von Holz mit RFID Sensoren Bei der Implementierung der Sensoren in die zu messenden Holzbauteile ist allerdings mit gro er Sorgfalt zu arbeiten da die Keramiktrager der Feuchtesensoren in der getesteten Art Prototyp bruchempfindlich sind In einer kommerzialisierten L sung k nnte eine vari able Aufnahmehalterung f r die Sensoren in Betracht kommen die sich je nach Bedarf aus dem Sensornetzknoten schieben l sst Mit Schrauben kann dann das Sensornetz k stchen am Holzbauteil befestigt werden Auf diese Weise w re der Sensor vor Spritz wasser und mechanischen Kr fteeinwirkungen gesch tzt und eine einfache Montage f r den Anwender sichergestellt Dennoch ist ein nachtr gliches Einbauen der Sensoren mit den IMS oder XBee Sensorknoten in Bestandsgeb ude aus technischer Sicht einfach zu handhaben und ohne gro en Aufwand m glich 6 7 Integration der RFID und Sensor Daten in den Geb udebetrieb Die Integration der Sensor RFID in die GA und die Bereitstellung der erfassten Daten ist abh ngig von der Art des verwendeten RFID Systems Ein automatisiertes funkbasiertes
164. inwieweit es mit Hil fe der RFID Sensortechnik m glich ist Missst nde zu erfassen und Ans tze f r eine k nf tige Nutzung mit kommerzielleren Sensortranspondern liefern Die Versuche haben erge ben dass es m glich ist die hygienisch notwendigen Parameter wie Feuchte Schmutz und Temperatur anhand von verschiedenen RFID Kontrollsystemen auszulesen auszuwer ten und auch zu berwachen Neben der manuellen Kontrolle dem Auslesen der Sensor transponder durch mobile Handleseger te besteht auch die M glichkeit die Messwerte der Sensoren ber ein funkbasiertes Sensornetzwerk zu erfassen und dem Endnutzer ber eine Basisstation am PC direkt zur Verf gung zu stellen In den Untersuchungen mit den Prototyp Bauteilen und Sensoren konnte festgestellt werden dass die Systeme und das messtechnische Verhalten der externen Sensorik den bau blichen Witterungs und Umge bungsbedingungen noch nicht gen gt Eine Optimierung der Hardware und Auswerte Software ist f r eine Anwendung im Geb udebetrieb zusammen mit den Ger teherstel lern notwendig Die theoretischen Untersuchungen zeigten verschiedene Anwendungspo tentiale zur Integration in die Anlagenwartung ber das Facility Management Dabei stellte sich als eins der wichtigsten Kriterien zur effizienten Nutzung der Technik heraus Schnitt stellen f r die Anbindung in die Geb udeleittechnik anzupassen und das universelle Kommunikationsprotokoll BACnet zu nutzen um die Messwerte aus der Felde
165. ischen Komponenten und an die Schulung des Personals detailliert aufgef hrt Je nach Anforderung und Nutzen des Geb udes gel ten weiterhin die DIN 1946 4 Raumlufttechnische Anlagen in Geb uden und R umen des Gesundheitswesens die DIN 1946 6 L ftung von Wohnungen Anforderungen Ausf hrung Abnahme und die DIN EN 13779 L ftung von Nichtwohngebauden Allgemeine Grundlagen und Anforderungen f r L ftungs und Klimaanlagen und Raum k hlsysteme Fur die Ausf hrung gilt die Norm mit dem jeweils h heren Anspruch an die Komponente Zur Einhaltung der Anforderungen an die Hygiene gibt die VDI 6022 1 regelm ige und verschiedene berpr fungsverfahren vor Ein Verfahren sind unter anderem Hygienekon trollen welche durch Fachpersonal durchgef hrt werden Sie beinhalten u a eine Sicht pr fung der Anlage und eine mikrobiologische Pr fung Alle Hygienekontrollen sind zu dokumentieren und mindestens sechs Monate zu archivieren Zus tzlich zu diesen Kon trollen werden in bestimmten Intervallen Hygieneinspektionen durchgef hrt Das Beson dere an dieser Richtlinie ist dass sie weiterhin einen kompletten Leitfaden bez glich der Wartung vorgibt Instandhaltungsma nahmen f r die jeweiligen Komponenten und Zeit Intervalle sind dort aufgef hrt Die Inspektion und Sichtkontrolle der L ftungsleitungen er folgt durch Revisions ffnungen oder durch Befahrung mit einer Kamera an repr sentati ven Stellen Bei relativ kleinen Dimen
166. ist F r eine Anwendung bei der Herstellung der VIP ist diese Methode ebenfalls nicht geeignet da mit dieser Methode kein einwandfreier Zustand der Paneele garantiert werden kann Bei der Thermographie wird die Infrarotstrahlung der zu untersuchenden Oberfl che sichtbar gemacht um thermische Schwachstellen eines Geb udes zu erfassen Die emit tierte W rmestrahlung h ngt von der Temperatur und vom Emissionsgrad der untersuch ten Oberfl che ab Deshalb ist es unter bestimmten klimatischen Voraussetzungen m g lich defekte VIP in einer Fassade durch eine thermografische Aufnahme zu erfassen Das Temperaturgef lle zwischen der Innenseite der Wand und der Au enseite muss mindes tens 15 K betragen direkte Sonneneinstrahlung darf nicht stattfinden Weitere St rein fl sse k nnen Metallabdeckungen oder vorgeh ngte Fassaden sein die eine eindeutige 19 Bild entnommen aus den Vacpor Verarbeitungs und Produkthinweise http www porextherm com web de produkte vac htm showprod 12 letzter Zugriff 20 06 2011 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 A RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Zuordnung der thermischen Schwachstelle in der Fassade erschweren Durch das Verfah ren der Thermographie ist es m glich eine vergleichende Aussage ber den Zustand eines VIP im verbauten Zustand zu machen ob das VIP funktionst chtig oder defekt ist Alte rungseffekte die alle Paneele betreffen k nnen mit diesem Verfahren nicht erkannt wer den T
167. ite eines Netzwerkes aus Sensortranspondern erh ht werden In der hier beschriebenen Anwendung werden die Sensordaten auf diese Weise vom Dach eines Geb udes zur Solarsteuerung in den Keller bertragen Bild 55 Beispiele f r Sensornetzwerk Komponenten als Prototyp Fraunhofer IMS Sensortransonder f r Temperatur Feuchte Licht mit externem Sensor am Kabel links PLC Gateway Mitte und Basisstation zum Datenempfang rechts In einem Experiment konnte gezeigt werden dass mit Hilfe aktiver Sensortransponder eine Beschneiung einer PV Solaranlage erkannt und zur Steuerung einer Abtauvorrichtung rea lisiert werden kann Dazu wurde eine Glasscheibe in einem f r Solard cher typischen Winkel aufgestellt und dahinter zwei aktive Sensortransponder platziert Die Sensortrans ponder sind mit der oben gezeigten Sensornetz Basisstation zur Datenerfassung an einem PC vernetzt Die grafische Auswertung der Sensorsignale erfolgte mit dem in Kap 4 4 er lauterten Programm Sensornet Viewer Mit diesem Messaufbau wurden nun verschiedene Szenarien simuliert um die Funktionalit t nachzuweisen Bild 56 zeigt die Beleuchtungs st rke als Messwert aus dem RFID Sensorknoten ber der Zeit Um ca 10 48 Uhr wurde der Schnee ber dem rechten Sensor entfernt Gut zu erkennen ist die sprunghafte Zu nahme der Beleuchtungsst rke dieses Sensors Sensor 1 Blau gegen ber dem zweiten beschneiten Sensor Sensor 2 Magenta Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01
168. k nnen nun die LF Transponder mit IMS Feuchtesensor und IMS Drucksensor f r VIP ausgelesen werden siehe Fotos oben Die Software im Leseger t in der modifizierten Form l sst es auch zu dass RFID Tags ohne Sensorik auslesbar sind wie die Ident Tags von ASK siehe Bild 80 und Bild 81 it Bild 81 Lesung des LF ASK Tag unter dem bedruckten RFID Etiketts mit dem H5 Reader am Beispiel eines Holzpaneels vom Dachmodell links und eines Balkon Isokorbs rechts Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 99 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit In der Zwischenzeit wurde ein kleineres Leseger t Tiny im IMS erprobt Bild 82 und in Duisburg und Stuttgart f r die Demonstrationen eingesetzt das jedoch noch nicht alle An forderungen an die Robustheit im Baubetrieb befriedigt KE Bild 82 Lesung des LF Feuchtesensors links und des LF VIP Drucksensors rechts mit dem Tiny Lesegerat in unterschiedlicher Antennenbauart Neuere Untersuchungen zur Messunsicherheit und Reproduzierbarkeit an VIP Bauteilen beim Hersteller und Kooperationspartner va Q tec in Wurzburg zum Vergleich der Mess methoden RFID LF Drucksensor Transponder mit der Messmethode va Q Check sie he Kap 6 1 1 ergaben folgende Erkenntnisse An VIP Elementen in denen beide Sensor systeme eingebaut waren siehe Bild 83 lassen sich die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse best tigen Im Wertebereich unter 5 mbar ist die bereinstimmung beider Methoden seh
169. liche Routinen notwendig diese k nnen sein Konfiguration der Sensorauslesung Initiierung einer Messung Lesen von Messdaten und Kalibrierdaten aus definierten Speicherbereichen Berechnung von Messdaten aus Sensorrohwerten und Kalibrierdaten nach defi nierten Formeln In der Regel gibt der Hersteller oder Lieferant eines Sensortransponders an mit welchen Leseger ten der Sensortransponder kompatibel ist oder bietet ebenfalls passende Ger te an Im Beispiel in Kapitel 4 2 1 wurde in Zusammenarbeit mit einem Leseger t Hersteller ein Standard Leseger t f r die im Rahmen des Projekts eingesetzten Druck und Feuchte Sensortransponder weiterentwickelt 4 2 1 Produktbeispiele f r LF Leseger te Die LF Leseger te arbeiten im Frequenzband 120 bis 135 kHz und nutzen zur Kommuni kation die induktive Kopplung vgl Kap 3 wobei die Antennen immer als Spulen ausge legt sind Bild 18 zeigt eine bersicht verschiedener Reader Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Br u gt gt 2a Bild 18 Beispiele f r LF Leseger te im MID Range Bereich nur ID Reader FEtronic links Druck Temperatur Sensor Tag Reader microsensys Mitte Druck Feuchte Sensor Tag Reader IMS rechts 4 2 2 Produktbeispiele f r UHF Leseger te Die UHF Leseger te arbeiten im Frequenzband 865 bis 867 MHz und nutzen zur Kom munikation eine elektromagnetische Kopplung vgl Kap 3 Die in Bild 19 gez
170. lit t der heutigen Smartphones mit den Readern f r unter schiedliche Anwendungen einfach gekoppelt w rde siehe auch Kap 4 2 Denn nur in Kombination mit den vom Nutzer sowieso zu pflegenden Ger te wie Mobiltelefon oder Tablet PC kommen RFID Anwendungen f r die Logistik heute schon auf g nstige Kosten Nutzen Relationen F r die untersuchten RFID Drucksensor Transponder in den VIP D mmelementen sind die St ckkosten durch eine Gro serienfertigung nur dann auf klei ner 5 zu bekommen wenn sich berregional die Hersteller von VIP auf eine solche RFID Sensortechnik einigen k nnen Hierzu geh ren auch die Zusatzaufwendungen f r die Ka librierung vor Ort in den VIP Herstellanlagen und das Handling von mobilen Readern Ein erster Ansatz f r eine Abstimmung innerhalb der VIP Hersteller ist durch eine Interessens gemeinschaft IG VIP Sens und Normungsaktivit ten in CEN TC 88 WG 21 gemacht Aus den m glichen Sammelbestellungen leiten sich auch Reduzierungen der Kosten f r die LF Leseger te ab siehe Kap 9 3 gt 8 Siehe 36 und Umstellung auf RFID Ausweis Sicherheitssystem unter http Awww primion de fileadmin primion Downloads Presse Pressemitteilungen 201 1 Frankfurt Flughafen Sicherheitssy stem _102011 pdf Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 116 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Tabelle 12 Ubersicht zu Kosten Preise ftir RFID Sensor Transpondersysteme Beispiele Stand September 2012 Anbieter Bezeichnung
171. ltitude of appli cations In ID World 2011 International Congress Milano Wise Media 2011 without pagination K nig Norbert Philipp Christian Vom B gel Gerd Hennig Andreas Sensor Transponder RFID f r die Druck und Temperaturuberwachung in Vakuum Isolations Paneelen VIP Stand und Ausblick In Bundesinstitut f r Bau Stadt und Raumforschung lt Bonn gt Fachta gung Anwendung der Vakuumdammung im Bauwesen 17 Marz 2011 Berlin Berlin 2011 Vom Bogel Gerd Trieu Hoc Khiem Gortz Michael Grabmaier Anton Wireless integrated pressure sensor for quality control of vacuum insulation panel In Mukhopadhyaya Phalguni Hrsg Vacuum insulation panels advances in applications Proceed ings Ottawa 2011 pp 22 26 Vom Bogel Gerd Scherer Klaus Ambient Intelligence in Raumen und Geb uden der n chsten Generation In Leibniz Institut f r Inter disziplinare Studien LIFIS Sensorsysteme 2010 Abstracts Lichtenwalde 2010 p 2 Vom Bogel Gerd Meyer Frederic Kemmerling Martin Energieversorgung von mikroelektronischen Sensormodulen uber Funk In Klein Manfred VDI VDE Innovation Technik GmbH Berlin Energieautarke Sensorik 2010 Mik rosensorik mit autarker Energieversorgung und drahtloser Signalubertragung Berlin u a VDE Verl 2010 Paper 11 Bl 1 6 GMM Fachbericht 67 Hennig Andreas Vom Bogel Gerd Grabmaier Anton A reader antenna with carrier suppression
172. m Entscheidungstr ger Investor und Nutzer der R ume drahtlos zur Verf gung zu stellen Der Ausblick zu den derzeit laufenden Projektfortset zungen und zu Projektideen zeigt das weitere Umsetzungspotential aus dem Projekt RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit 3 Grundlagen RFID Technik Allgemein Die Abk rzung RFID steht f r Radiofrequenzidentifikation engl Radio Frequency Identifi cation und beschreibt ein System zur eindeutigen Identifikation von Objekten und Gegen st nden Mittels dieser Technologie werden Daten ber hrungslos und ohne Sichtkontakt ber Funkwellen bertragen Die RFID Technik ist damit eine bestimmte Form der Auto ID Systeme Die Darstellung Bild 2 zeigt die wichtigsten Auto ID Systeme jedoch wird im weiteren Verlauf nur auf die Funktionsweise der RFID Systeme eingegangen da die anderen Systeme im Fraunhofer Projekt RFID Kennzahlen und Bauqualitat 5 darge stellt sind Die RFID Technik besitzt gegen ber anderen Auto ID Systemen verschiedene Vorteile Ein wesentlicher Vorteil besteht in der Auslesbarkeit ohne Sichtkontakt W hrend z B beim herk mmlichen Barcode das Auslesen nur ber einen Laserscanner funktioniert und daher eine direkte Sichtverbindung notwendig ist wird dieser Nachteil durch die Verwendung von Funkwellen umgangen j tical f Character Den Biometrik OCR Z X A L Auto
173. m geplanten Schnittstel Ienprojekt der ARGE dargestellt Kap 9 2 Wir erwarten dass erst mit dem Abschluss des Schnittstellenprojekts ein wesentlich g nstigeres Kosten Nutzen Verh ltnis des Einsatzes von RFID Techniken im durchg ngigen Bauprozess aufgezeigt werden kann Dann werden auch durch die derzeit zunehmenden RFID Anwendungen in anderen Branchen die Vorbehalte ge ringer und die Chancen f r die Bauwirtschaft gest rkt wahrgenommen werden 9 6 Publikationen Internet Seminare Messen Ein wesentlicher Ansto zum Projekt RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit kam aus der im Fraunhofer IMS vorhandenen Kompetenz zur Integration von Druck und Feuchtesensoren in RFID Transpondern Diese Erfahrung wurde seit 2007 dort weiterentwickelt und als 2008 umsetzungsreife Prototypen zur Verf gung standen konnte das Projekt zur bauphysikali schen Erprobung in VIP Fassaden starten Die bis 2012 erschienenen Publikationen der Pro jektpartner zum Thema RFID Sensor sind in Kap 10 6 gelistet Bei den Messe Veranstaltungen wie BAU in M nchen DEUBAU in Essen EurolD in Berlin und K ln waren die Projektbeteiligte am ARGE RFIDimBau Gemeinschaftsstand mit vertreten oder engagierten sich zusammen mit anderen Fraunhofer Instituten um die Anwendungen zur RFID Sensortechnik zu zeigen Am 17 03 2011 veranstaltete in Berlin das BBR ein eigenes Seminar zum Thema Anwendung der Vakuumdammung im Bauwesen bei dem auch die RFID Sensortechnik mit Prototypen demon
174. mann leittechnik com produkte hercon C2 AE ifix logview oder http Awww herrmann leittechnik com sites default files hercon_Studio pdf Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 90 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit kanalverlauf zu erkennen sein In 1 2 k nnte der jeweilige RFID TAG angew hlt werden Weitere Informationen wie die ID Nummer des Sensors Bauteilinformationen Einbauort und das Datum der letzten Wartung k nnten mit einer Datenbankanbindung zur Verf gung gestellt werden Es w re auch denkbar die entsprechende Position des TAGs f r ei ne bessere bersicht in der Grafik anzeigen zu lassen 1 3 Die automatisierte Abfrage z B der Messwerte erfolgt nach einem bestimmten Intervall je nach QM Vorschrift t glich oder w chentlich Im zweiten Bereich 2 ist es dem Anwender aber m glich durch ver schiedene Buttons die Messungen auch manuell zu starten Das k nnte dann der Fall sein wenn Messwerte zu einem bestimmten Zeitpunkt vorliegen m ssen oder durch Wiederho lungsmessungen die Korrektheit der Werte zu berpr fen ist Dazu lassen sich einzelne Transponder direkt ansteuern oder dem System hinzuzuf gen La gfe RHID Auswertung Ebene 2 Ebene 3 Ebene A RFID TAG TAG 0031 v Info Ebene 1 Erdgeschoss Abschnitt 3 21 Ee N chste Revisions ffnung in Raum 032 3 RFID TAG ID 0031 Letzte Reinigung Wartung 09 2011 Einzelmessung Pulkmessung RFID
175. mit beinhalten Das Bild 73 zeigt den Startbildschirm einer beispielhatten Managementsoftware f r RFID Sensordaten aus dem Anwendungsfall Holzfeuchte in D chern Zur deutlicheren bersicht ist diese Visualisierung in drei Bereiche eingeteilt Im ersten Be reich 1 wird eine Bild des Geb udes dargestellt Dabei kann der Nutzer ber verschiede ne Register zwischen CAD Konstruktionszeichnungen und Fotos des Geb udes w hlen Aufnahmen k nnten ber verschiedene Schnittstellen USB Bluetooth etc oder ber das Internet m helos der Datenbank hinzugef gt werden Zus tzlich stellt dieser Bereich Basis informationen wie Temperatur Luftfeuchte und Hinweise zur Verf gung So lie en sich bspw Wartungshinweise oder kritische Bauteilzust nde bersichtlich darstellen Im zwei ten Abschnitt 2 der Benutzeroberfl che kann zwischen verschiedenen Applikationen ge w hlt werden Durch Anw hlen dieser Men punkte gelangt der Nutzer direkt zu den je weiligen Aktionsfenstern in denen benutzerspezifische Einstellungen vorgenommen und Informationen eingeholt werden k nnen Im unteren Bereich 3 werden benutzerfreundli che Diagramme und Grafiken dargestellt So k nnten an dieser Stelle der dynamische Energieverbrauch oder Klimadaten des Geb udestandortes aufgezeigt werden Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 92 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Management zum Geb udebetrieb CH P D 3D Konstruktionsmodell Grundrisse An
176. mit dem Internet verbinden siehe Bild 10 Als System im Geb ude funktioniert es auch dann wenn keine aktive Internet Verbindung besteht Es wird mit einer quelloffenen Demo Anwendung zum Senden und Empfangen von EnOcean Funktelegrammen geliefert und soll so dazu motivieren Anwendungen f r Smartphones und Tablet PCs zu entwi ckeln mit denen das intelligente Zuhause Realit t wird 22 Ein Beispiel f r eine solche Erweiterung der Funktionalit ten im Facility Management stellt die Visualisierung der geplanten Energieeinsparung nach einer Sanierung dar Die bei der Bauerstellung entstandenen Energieausweise und Berechnungen eignen sich als Basis f r die digitale Geb udeakte und f r die Verwaltung von Wartungs und Reparaturarbei ten Mit der Anbindung der Sensor RFID Systeme an die Geb udeakte ist insbesondere die Fr herkennung von anormalen Betriebszust nden m glich Weitere Hinweise dazu wer den in Kap 6 1 4 Anwendung VIP Nutzungsphase und in Kap 6 3 3 Integration in Ge baudeautomation sowie in Kap 6 7 zum Geb udebetrieb mit RFID Technik gegeben Das in der ARGE RFIDimBau vorgesehene sog Schnittstellenprojekt soll einen weiteren Baustein auf dem Weg zur Vermeidung von Datenverlusten innerhalb der Bauprozesse lie fern Darin stellt die Middleware von RFID Transpondersystemen und die Verkn pfung der Datenhaltung aus den dezentralen Speicherchips mit den zentralen Datenbanken ein we sentliches Element dar siehe Kap
177. n gr n symbolisiert einen Zustand innerhalb des g ltigen Funktionsbereichs Gelb eine Abweichung innerhalb der Toleranzgrenzen die eine Alterung ber cksichtigen kann F r die Nutzungszeit der VIP ber viele Jahre ist die physikalisch reale Ver nderung des Vakuums durch den nat rlichen Gasaustausch in den Sicherheitsbeiwert bei der bauaufsichtliche Zulassung mit eingerechnet Dieser k nnte zeitperiodengenau nun ber den gemessenen tats chlichen Innendruckzustand vergli chen werden Damit lassen sich h here VorhaltemaBe und eine k nstliche Verschlechte rung in den ersten Jahrzehnten kompensieren Mit dem U Wert des VIP und den Bauteil daten des auf der rechten Seite dargestellten Fassadenelements FE wird der U Wert die ses Fassadenelements berechnet Auch f r dieses Feld ist die Ampelfunktion eingerichtet Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 64 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit ge BEID auswerten v 2 0 2 18B1227 Temperatur eC 29 3 Messung starten Druck mbar 3 8 Programm beenden U Wert VIP W m K wert FE W mK Permanent Mess start 1 Pfosten 2 Riegel 3 Feststehender und beweglicher Rahmen 4 Verglasung Auiti i 5 VIP Multiplikationsfaktor Berto 1 00000 a tk RFID Tag IDs H Neue RFID Tag ID al 7 MND GmbH Bild 51 Bedienoberflache des Beispielorogramms nach einem Auslesevorgang des VIP 6 3 1 Relevante Bauteildaten Die Festlegung welche Bauteildaten
178. n apparativen Aufwand und den hohen zeitlichen Aufwand recht kostspielig 2 Punkte Der Va Q Check ist hingegen etwas kosteng nstiger realisierbar und erh lt deshalb einen Punkt mehr als die anderen beiden Systeme 3 Punkte Ableitung der Qualit tsmerkmale In diesem Schritt werden Produktmerkmale festgelegt mit denen die Kundenanforderun gen erf llt werden sollen Die Produktmerkmale werden zun chst in Oberbegriffe und Zu geh rigkeitsbereiche eingeteilt bevor die Produkteigenschaften n her spezifiziert werden Wenn m glich werden den Eigenschaften konkrete Zielwerte zugeordnet und die Opti mierungsrichtung f r eine k nftige Weiterentwicklung der RFID Sensorsysteme mit den folgenden Systemkomponenten festgelegt a RFID Sensor Transponder Druckmessung Mit einem Drucksensor der an den RFID Transponder gekoppelt ist soll der Innendruck des Paneels gemessen werden Temperaturmessung Da der Innendruck der VIP auch von der Temperatur abh ngt ist ei ne korrekte Beurteilung des Innendrucks nur unter der Ber cksichtigung der Temperatur im Paneel m glich Deshalb soll der RFID Transponder ebenfalls mit einem Temperatursen sor ausgestattet werden ID Nummer Eine Funktion jedes RFID Sensors ist die Speicherung einer Identifikations nummer die zur Wiedererkennung des Produkts dienen kann Passive Energieversorgung Die Energieversorgung des Transponders soll passiv erfolgen um so eine lange Lebensdauer und einen geringen Wartun
179. n dem die Soft ware ausgef hrt wird gespeichert Die Daten k nnten ggf vom Nutzer selbst erg nzt werden F r diesen Fall w re eine Verbindung der Software zu anderer Planungssoftware wie beispielsweise CAD Programmen sinnvoll Die Planung eines Geb udes m sste f r diesen Fall in kompatibel zueinander arbeitenden Programmen erfolgen um das Nutzen potential der ID Nummern zu verbreitern Ein Standard f r eine solche L sung ist der Da tenaustausch ber das genormte Building Information Modell BIM der Industrieallianz f r Interoperabilit t IAI IFC 34 Auf diese Weise k nnen Architekt Fachplaner und Geb u debetreiber mit der passenden Software die Daten zu den mit RFID Transpondern ausge statteten Bauteilen in ein digitales Gebaudemodell integrieren Die Schwierigkeit einer sol chen L sung liegt in der Zusammenf hrung von Planung und Ausf hrung Der Einbauort jedes Bauteils mit RFID Technik muss entweder zuvor bei der Planung festgelegt werden oder bei der Ausf hrung in das Gebaudemodell eingepflegt werden Derzeit stehen daf r nur wenige Programmsysteme zur Verf gung siehe Kap 7 2 und 9 3 b Die Datenbank ist zentral auf einem Server gespeichert Die Datenbank k nnte bei spielsweise von den Herstellern der mit RFID Transponder ausgestatteten Produkte zur Verf gung gestellt werden Die Software zur Auswertung der Sensortransponder Daten einfache Identnummer und dynamische Sensorwerte nach der Erfassung mit dem Reader
180. nd 9 6 Die Ergebnisse aus dem ersten Fraunhofer Projekt zeigten dass die damals und zum Pro jektstart des zweiten Fraunhofer Projekts verf gbaren RFID Transponder mit Sensorik und die dazu geh rigen Leseger te nicht bautauglich waren Deshalb waren eine aktuelle Re cherche nach besser geeigneten Hardware Bauteilen und die Adaption der IMS Sensor transponder Systeme f r die angedachten Anwendungen notwendig Die ersten Erpro bungen konnten in den Test und Klimakammern des Fraunhofer IMS und sp ter bei den bau blichen Temperaturbereichen von 25 C bis 40 C in den Klimakammern und an Testfassaden des Fraunhofer IBP durchgef hrt werden Nach weiteren Recherchen zur In tegration von Benutzerschnittstellen zwischen den RFID Systemen und blicher Bausoft ware mit den Anforderungen an die Datenhaltung lie en sich m gliche Wege der Integra tion in Facility Managementsysteme FM beschreiben Daraufhin wurden am Markt vor handene bautaugliche Lese und Speicherger te f r die notwendigen Sensortags auf die Readerprotokolle abgestimmt Diese Hardware war exemplarisch f r die Anwendungen in den Bereichen Energie VIP Hygiene L ftungsleitung und Sicherheit Holzbausystem zu erproben u a durch Konzeption und Aufbau von adaptierten Hardware Modulen Transpondern Lese geraten Mess und Kalibriereinrichtungen und Funktionsmodellen Konzeption und Aufbau von Kleindemonstratoren Erprobung der Hardware am und im Geb ude
181. nd den MAC Layer und findet Anwendung speziell in Sensornetzen Das Protokoll wurde dabei hinsichtlich des Energiebedarfs optimiert Wer den keine Sensordaten bermittelt fallen die Sensorknoten in einen Tiefschlaf und ver brauchen so kaum Energie Da jeder Sensorknoten auch Informationen der anderen Sen sorknoten weiterleitet sind beim IMS Stack keine Router Knoten erforderlich Werden Sensornetze in Geb uden eingesetzt m ssen oft mehrere Stahlbetondecken und W nde berwunden werden siehe Testversuche in Kap 6 6 2 3 Damit ist eine Nutzung in vor handene Geb ude Stromnetze durch die sog PLC Technik Powerline Communication m glich Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 Q RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Bluetooth LE Der Bluetooth LE Standard ist eine Erweiterung des Bluetooth Standards 17 Er wurde speziell f r Steuerungsaufgaben eingef hrt Als Besonderheit nutzt der Standard ein FHSS Verfahren Frequency Hopping Spread Spectrum Dabei wird die Frequenz w hrend der bertragung bis zu 1600 mal pro Sekunde gewechselt um so St reinfl sse durch andere Sender zu minimieren Als Frequenz wird das 2 4 GHz Band verwendet Es werden nur Sterntopologien unterst tzt Konnex RF Wireless MBus Der Konnex Standard wurde speziell f r die Geb udetechnik entwickelt Der Standard Konnex RF ist dabei eine Funkerweiterung der drahtgebundenen Version 20 Dieser Standard wird h ufig bei der bertragung von Z hlerdaten v
182. nder und dem Leseger t im Folgenden Basisstation genannt erh ht werden in dem Daten ber Netzwerkrouter oder ber die Sensortransponder selbst weitergereicht werden k nnen Die Netztopologien k nnen unterschieden werden in Stern Baum und Maschentopologien Bild 7 zeigt eine Visualisierung der verschiedenen Topologien Stern Baum ermascht ermascht mit Router ohne Router CD Basisstation Router Knoten Sensorknoten Bild 7 Ubersicht zu Netztopologien Bei der Sterntopologie sendet jeder Sensorknoten seine Information direkt an die Basissta tion Bei der Baumtopologie wird die Reichweite des Netzes durch so genannte Router Knoten erh ht Diese Router Knoten m ssen jedoch dauerhaft aktiv sein und ben tigen Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 7 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit daher mehr Energie Mit Hilfe einer Vermaschung kann die Zuverlassigkeit eines Sensor netzes deutlich gesteigert werden da jede Information mehrere Pfade zur Basisstation nehmen kann Agieren die Sensorknoten auch selbst als Router so kann ein Maschennetz auch ohne Router Knoten aufgebaut werden Neben der Netztopologie k nnen verschie dene bertragungsverfahren mit ihren Standards und Daten bertragungsraten unter schieden werden Tabelle 2 Tabelle 2 Vergleich der bertragungsstandards in der drahtlosen Kommunikation ZigBee IEEE 802 15 4 2 4 GHZ 250 kBit s IMS Stack IEEE 802 15 4 2 4 GHz 250 kBit s Bluetooth LE IEEE 80
183. ne Unterst tzung durch eine Middleware Im Geb udebestand findet man Middleware derzeit im Nicht wohnbau und bei gro en Wohnbaugesellschaften in der Geb udeautomatisierung Dort verwalten diese Software Programme Daten z B aus den Bereichen Klimasteuerung Hei zung K hlung L ftung Abschattung Verbrauchserfassung Metering und Lichtsteue rung Umfassende L sungen in diesem Segment werden z B von der Firma Beckhoft an geboten Diese enthalten bereits die Schnittstellen zum Frontend also zur Datenerfas sung mittels RFID Transponder und Sensor RFID Tags In der Praxis ist jedoch f r die Anbindung der Ident und Sensor Frontends an bestehende Geb udeautomatisierungssysteme eine Software Anpassung notwendig die vom Soft ware Haus durchzuf hren ist und vom Kostenaufwand im Bereich der Hardware Investition liegt oder diese gar berschreitet Die bestehenden Software Tools die die Her steller von den Sensorsystemen mit anbieten vgl Tabelle in Kap 4 3 helfen bei der Inte gration in ein Gesamtsystem nicht weiter Sie sind in der Regel eigenst ndig arbeitende Applikationen die zur Visualisierung und Dokumentation Speicherung der Identdaten dienen Ein positives Beispiel f r eine offene Middleware Losung mit einem WiFi Gateway kommt von der italienischen Firma Openpicus die der EnOcean Allianz beigetreten ist Dies Sys tem unterst tzt das EnOcean Protokoll und es lassen sich so EnOcean Ger te schnell und einfach
184. nktionsweise eines RFID Systems Klassifizierung der Transpondertechnik und Begriffsbestimmung Reichweite und Frequenzbereiche Passive Transponder Aktive Transponder und RFID Netzwerke Auswahl der bertragungstechnik Auswahl der bertragungsfrequenz Elektrosmog durch den Einsatz von Transpondertechnik RFID Emblem und RFID Etikett Grundlagen RFID Sensor Technik Verf gbare Sensoren f r Transpondersysteme Sensortechnik Temperaturmessung Sensortechnik Druckmessung Sensortechnik Feuchtemessung Sensortechnik Lichtmessung Sensortechnik DMS Messung Leseger te f r passive RFID Transponder Produktbeispiele f r LF Leseger te Produktbeispiele f r UHF Leseger te Produktbeispiele f r Sensornetz Technik und aktive UHF RFID Systeme Middleware ID Daten bertragung Anwendungen der RFID Technik im Hochbau Allgemeine bersicht Stand ARGE RFIDimBau Andere Forschergruppen FORBau u a O LO 0O NN 13 14 15 15 16 17 23 24 25 25 26 27 28 28 29 30 30 31 31 32 32 34 37 3 38 39 6 1 6 1 1 6 1 2 O3 6 1 4 6 1 4 1 6 1 4 2 6 1 4 3 6 1 5 6 1 6 6 1 6 1 6 1 6 2 6 1 0 3 6 1 6 4 6 1 6 5 6 1 6 6 6 1 6 7 6 1 6 8 8 1 6 9 6 1 6 2 6 3 6 3 1 6 3 2 60 3 3 6 3 4 6 4 6 5 6 5 1 6 5 2 6 5 3 6 5 3 1 6 5 3 2 6 5 3 3 6 5 4 6 5 5 6 6 6 6 1 Untersuchte Anwendungen der RFID Sensor Technik im Hochbau Anwendung Energie Nachhaltigkeit am Beispiel von VIP B
185. ns Becker A RFID Baulogistikleitstand RFID unterst tztes Steuerungs und Dokumen tationssystem f r die erweiterte Baulogistik am Beispiel RFID Baulogistikleitstand f r die Baustelle Forschungsbericht Lehr und Forschungsgebiet Baubetrieb und Bauwirtschaft BU Wuppertal 2010 156 S Vieweg Teubner 2011 Siehe in http www baufachintormation de forschungsbericht RFID Baulogistikleitstand 236349 Jehle P Michailenko N Seyffert S Wagner S IntelliBau 2 Das intelligente Bauteil im integrierten Geb udemodell Schriften zur Bauverfahrenstechnik Vieweg Teubner 2013 und in Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 136 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit http www rfid saxony de logic downloads 207 Wagner Bauen 20mit 20RFID 2 OTechnik pdf 9 Michelin TPMS Reifendruck Messsystem siehe in http news michelin de de news news detail popup jsp id 29404 amp codeRubrigue 1080 und http www krafthand de aktuell details article mehr infos vom reife html 10 K nig N Festlegung von Bemessungswerten f r die Warmeleitfa higkeit Bericht GB 116 1994 f r DIBt Berlin Fraunhofer Institut f r Bauphysik 1994 Siehe www baufachinformation de artikel jsp v 5591 11 K nig N Sicherheitsbeiwerte im W rmeschutz nach EnEV BRL und EN Standards SiWasS IBP Bericht GB 185 2012 mit F rderung durch DIBt Berlin Fraunhofer Institut f r Bauphysik Stuttgart 2012 Siehe http Awww dibt de de data Newsletter 01
186. nsatz von aktiven RFID Sensor Transpondern sinnvoll Der Vorteil dieser RFID Sensornetz Technik ist die hohe Flexibilit t f r eine nachtr gliche Aufr stung von Geb uden mit der einfachen Vernetzung anderer Funktionen wie in Kapitel 6 3 3 beschriebene Anbin dung an die Gebaudeautomation Hierzu laufen Kooperationen mit Anbietern von modularer GA Software zur Integration der bauphysikalischen Bewertung von RFID Daten aus Fassa den in die Haustechnik 60 Georg Simon Ohm Hochschule N rnberg http www ohm hochschule de fileadmin Kompetenzzentren Energietechnik PDFs 110500 OTI Solarthermie 21 Fuchs Final pdf 61 U a Fa Eberle Eltal Auerbach http www fe tronic de img download Innovationen pdf und http Awww fe tronic de img download Fenster Tueren digitalSTROM pdf Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 119 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 9 2 Umsetzung in der ARGE RFIDimBau In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern der ARGE RFIDimBau ist geplant die gesamte Nutzenkette in der RFID Anwendung von der Ausschreibung ber die Baulogistik Rohbau stellenerstellung bis zum Geb udebetrieb FM und zur Wiederverwendung von Bauprodukten oder Recycling auch mit den Ergebnissen aus dem Projekt RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit zu spiegeln Das 2011 beim BMVBS BBSR beantragte sog Schnittstellen Projekt soll in 2012 begonnen werden Das wesentliche Element zur Kopplung der bisheri gen Teilprojekte als Insell sungen st
187. nsoren verhindert Zum weiteren Test der Bautauglichkeit ist eine Anwender Befragung f r eine Erprobung der RFID Systeme durch Studenten Hausmeister FM Experten u a im Bereich des Fraun hofer IZS Gebaudemanagements in Vorbereitung Als Testobjekte dienen die Fraunhofer IBP Testfassade und die diversen Baustellen in der Umgebung des Fraunhofer Instituts zentrums damit unter rauen Baustellenbedingungen und auf Ger sten die Handhabung untersucht werden kann Daraus sollen dann die externen Eindr cke und Meinungen zum Nutzenpotential der RFID Sensortechnik selbst und weiteres Verbesserungspotential f r die Adaption der Ger te in der 3 Generation abgeleitet werden UHF GHz Hardware Die im Projekt mit den GHz Sensornetzknoten mit externem Feuchtesensor durchgef hr ten Untersuchungen haben ergeben dass eine Uberwachung von sicherheitsrelevanten Parametern in Holzkonstruktionen mit der RFID Sensortechnik moglich ist Fur eine An wendung im praktischen Baubetrieb ist es jedoch erforderlich die Transponder und Sen sorauswahl je nach Material und Umgebungsbedingungen objektbezogen auszuw hlen Dies kann derzeit aufgrund der geringen Auswahl noch nicht befriedigend erfolgen Die Eigenschaften der derzeit getesteten Systeme sind in der folgenden Tabelle aufgelistet welche f r einen Einsatz im Geb ude bedeutend sind Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 101 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Tabelle 11 Spezifische Eigenschaften der u
188. nsors Tenperature busmt light Small form factor can be mounted anywhere Long life battery Easy to install eanfigure Easy to integrate with Digis Drop in Networking family of gateways adapters and modules on a ZigBee network Integrate with custom Pyihan development environment for events taggers and data logging Applications include building automation and security anargy management food management freight vehice monitoring XBee Sensors Compact Battery Powered Sensors w ih Integrated Zo hee Aber sensors easily integrate into Zighee networks featuring long battery lite and small size tor unobtrusive installanon anywhere Overview daher technology enables lnw cost low power nerworking of sensors controllers and other deviess in seli contizuring self healing wireless mesh networks Part of Dip s Dropan Nerworking solutions XBee sensors offer the abiliry ro provide real time datz roi a varien of sensors eg temperature humidity light in a smgle solution for wireless communication across a Zipi infrastructure Their small term factor and Joe Je battere power make Aber sensors gasy ro Inteigrate wath Digi Drop in Networking solutions ro provide reliable unobtrisree communicanons Applications inglude building suremaan and securite energy management food management frerehtfvehicle montore and many more Installation ig a snap Simply insert bameres add the Kos sensor to the FieBee ne
189. nsortranspondern Fernfeld nachfolgend vorgestellt Konventionelle berpr fung Die berpr fung des Geb udezustands erfolgt zun chst durch eine Begehung von sach kundigen Fachkr ften ohne gr ere Hilfsmittel Hierbei werden der Zustand der tragenden Konstruktion und der Dachabdichtung die Funktionst chtigkeit der Dachentw sserung und die bauphysikalischen Bedingungen sowie bauliche Ver nderungen augenscheinlich untersucht Werden gefahrenrelevante Sch den festgestellt so ist eine handnahe Unter suchung mit maximal einer Arml nge Abstand zum gef hrdeten Bauteil vorzunehmen gt 2 DIN 1076 Ingenieurbauwerke im Zuge von Stra en und Wegen berwachung und Pr fung November 1999 gt 3 Konferenz der f r St dtebau Bau und Wohnungswesen zust ndigen Minister und Senatoren der Lander September 2006 gt 4 Bundesministerium f r Verkehr Bau und Stadtentwicklung Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 107 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 41 Das bedeutet h ufig einen hohen technischen und organisatorischen Aufwand Bei Bauwerken mit weit gespannten Tragkonstruktionen und gro en Raumh hen werden oftmals Hebeb hnen oder Ger ste ben tigt um die handnahen Untersuchungen durch f hren zu k nnen Au erdem sind die Geb ude vielfach in der Nutzung eingeschr nkt was einen Erwerbsverlust f r den Eigent mer darstellt Je nach Ausma des Schadens ist dann eine weiterf hrende Pr fung durch entsprechende Sachverst n
190. nt SHT m not measunng dew part duech however dew pont can be demed from humidity and temperature readings Since humidity and tempersture are both measured on the same monolithic chip tha SH Jr allows superb dew pont measurements For dew poin Te Calculations there are various formulas to be applied most of them guie compicsted For the temperature range of 40 C the following aoorommaton provides good accuracy wih parameters gwen in Tabie 10 d Ku jr m T 100 T T a RH nl 100 T T TIRH T T 3 224 Tabie 10 Parameters for dew port Tu calculation Please note that in y denotes the natural logarithm For RH and T the limoanzed and compansated values for relate humedity and temperature shall be applied For more information on dew point cakeulaion see Appucaton Note Tew point calculation 5 Environmental Stability sensors are qualified for assembles w Zorten please make sun that thoy oxpenenoe sama condbons ag the reference sensor H should be taken into account that response imes in assembles may be longer hence enough dwell bme for he measurement shal be granted E Tamssritwe meins have ighis basa aajusted compored tc eoackost SATE Persoa L Coens auge Va as AHI aS d years Vergon 4 1 July 2008 l at Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 131 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 5 4 Datenblatt Sensortransponder Digi XBee Product Datasheet Features Benefits ZigEen wireless so
191. ntersuchten Systeme Baugr e HxBxT 50 x 125 x 80 mm 68 5 x 63 5 x 33 mm Gewicht ohne Batterien 148 g 91g mm Kosten pm ca 90 EUR Reichweite Freifeld max 65 m Spritzschutz Wasserdicht IP Klasse Ja Nein a Batterie Statusanzeige J Nein 1100 Tage 30 min Messintervall Batteriefunktionsdauer 300 Tage Betriebstemperatur min max 20 85 C 18 55 C Messunsicherheit 1 C 5 r F 2 C 35 r F Integrierte Sensoren Temperatur Feuchte Licht Temperatur Feuchte Licht Erweiterbare Sensoren Feuchtesensor Dehnmessstreifen Feuchtesensor Aus der Tabelle 11 wird der Unterschied der IMS Prototypen zu den XBee Serienbauteilen besonders anhand der Baugr e dem Gewicht und der Batterielebensdauer deutlich Im Praxisbetrieb muss es m glich sein die Transponder durch verschiedene Werkstoffe hin durch und ber gr ere Entfernungen hinweg zuverl ssig auslesen zu k nnen Mit einer dreifach h heren Batterielebensdauer der XBee Module gegen ber den IMS Prototypen und einer daraus resultierenden h heren Zuverl ssigkeit bieten diese f r den Nutzer ent scheidende Vorteile Als Kritikpunkt zu den XBee Bauteilen ist die nicht vorhandene Sta tusanzeige der Batteriefunktionsdauer zu erw hnen Hier erscheint eine Warnmeldung oder Anzeige der Batteriespannung im Datenverarbeitungsprogramm am sinnvollsten So wird der Nutzer fr hzeitig auf einen notwendigen Batteriewechsel hingewiesen und kann entsprechend reagi
192. or SHS A3 mit unter schiedlich feuchtem Kanalbelag beaufschlagt Je nach Feuchtegehalt variiert der Messwert aus dem Sensor und kann in der Auswertesoftware auf dem PC Bildschirm sichtbar ge macht werden Die Ver nderung des Feuchtegehalts im L ftungskanal und eine ber schreitung der kritischen Werte l sst sich so anschaulich darstellen und anhand einer Alarmmeldung durch einen Soll Ist Vergleich f r externe Nutzer verst ndlich machen 6 5 5 Fazit und Ausblick f r L ftungsleitungen Bel ftungs und Entl ftungsanlagen sind in energieeffizienten Geb uden mit luftdichteren Fenstern und Fassaden in der heutigen Zeit vielfach anzutreffen Vom einfachen Privat haushalt ber gro e B rogeb ude bis hin zur Klimatisierung von Versammlungsstatten Kliniken u a Funktionsbauten die Luft ist in Analogie zum Trinkwasser als wichtigstes Lebensmittel anzusehen und auch dementsprechend zu behandeln Neben den gesund heitlichen Auswirkungen auf den Menschen bei mangelnder Lufthygiene kann der leicht fertige Umgang bei Wartungs und Reinigungsarbeiten auch rechtliche Konsequenzen nach sich ziehen Eine automatische berpr fung hygienischer Zust nde in LUftungslei tungen unter Nutzung der RFID Sensor Technik sowie eine sich daraus ergebene M glich keit der Optimierung von Wartungs und Instandhaltungsprozessen f hren zu einer ver besserten Qualit t des Wohnens und Arbeitens Die Untersuchungen im Teilprojekt Hygiene L ftung konnten zeigen
193. p Shiba 13 firai Acad me EN Digi oten he ieee levels paeme Besgrlte anal aktu gar E E DE Ke A miyo VST aiani hanh bept rang Me sp D gipih mens chp he 01 2 it Mi efira www digicam ru Ina ms D BL E ey EE intl cop MAN d ii i DOOM Da Ireland ker Ad mit er De Dep naina ha D Lu Je W er Palikit akaa kut Tiers Fa el E ve side ilaihi i RNDDIAS b eiai kel reihe el Digi e be mr be Lael Shai omi abm mii jda A ha Pode oh sg th I ET Bl oom erp hurclar Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 133 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 6 Publikationen aus Fraunhofer IMS und IBP zu RFID Sensor Technik Publikationen im Projektzeitraum 2007 bis 2012 Vom Bogel Gerd Meyer Frederic Kemmerling Martin Batteryless Sensors in Building Automation by use of wireless Energy Harvesting In The 1st IEEE International Symposium on Wireless Systems within the Conferences on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems Offenburg Germany September 2012 Vom B gel Gerd Meyer Frederic Kemmerling Martin Grabmaier Anton Radio frequency powering of microelectronic sensor modules In Hollstein Thomas Hrsg Wissendheit Uwe Hrsg RFID SysTech 2011 7th European Workshop on Smart Objects Systems Technologies and Applications Berlin u a VDE Verl 2011 without pagination ITG Fachbericht 229 Vom Bogel Gerd Self sustaining sensor transponders a technology for cost efficient realization for a mu
194. r Der am Demonstrator eingesetzte LF Feuchte und Temperatur Sensor ist in unterschiedli chen feuchten Baustoffen integrierbar und soll neben den Feuchte und Temperaturmes sungen die M glichkeiten der Auslesbarkeit des RFID Sensors verdeutlichen Zu diesem Zweck kann der Sensor mit verschiedenen Werkstoffen z B Holz und Stahlblechplatte Glasscheibe bedeckt und dann mit dem Reader ausgelesen werden Zur Veranschauli chung kann ebenfalls der Aluminiumdeckel der Box geschlossen und der Sensor von au Ben im Abstand von einigen cm ausgelesen werden Da der Sensor bis auf das Stahlblech durch alle vorhandenen Werkstoffe hindurch ausgelesen werden kann sind somit die Grenzen und M glichkeiten dieser Technologie einfach und anschaulich zu zeigen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 79 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit UHF Sensornetz Demonstrator mit externem Feuchtesensor Die Auslesbarkeit uber groBe Entfernungen und durch Wande hindurch wird im direkten Vergleich mit dem UHF Sensornetz System dargestellt Ein Sensorknoten kann in der ge schlossenen Box bleiben w hrend sich der Empf nger und die Basisstation weiter entfernt befinden Die L ftungsleitung aus Kunststoff soll dabei helfen weitere Szenarien darzu stellen und Anwendungen aufzuzeigen Da es im Rahmen von Veranstaltungen und Mes sen kaum m glich ist die Luftfeuchte in einem Modell st ndig zu variieren und so das Verhalten der Sensoren zu demonstrieren wird der externe Sens
195. r gern auch ffentliche Hand aufgezeigt werden Doch gerade die statischen Informationen wie der Aufbau eines Bauteils mit seinen Grundkomponenten zusammen mit den dynamischen Informationen wie die zum Trock nungs oder Feuchteverhalten sind die Daten die sich im Laufe der Nutzung einer Bau konstruktion stark unterscheiden Je nach Materialart und Qualit t ndern sich durch Ver schlei Alterung Verwitterung Feuchtebelastung oder Verschmutzung die urspr ngli chen Eigenschaften gegen ber dem Neuzustand wesentlich Nur mit eindeutig zuordenbaren Informationen zu den wesentlichen tats chlich eingebau ten Produkten und dem daraus ermittelten Soll Ist Vergleich der geplanten Daten mit den realisierten Ergebnissen lassen sich ber Datenbanksysteme solche Nachweise wie z B zum Energiebedart verbrauch f hren Die Technik der RFID Ident Kennzeichnung bietet hierzu nutzbringende und praxistaugliche L sungen an Auch liegen bereits technische Systeme zur Erfassung von Bauteil oder Baukonstruktions Zust nde f r die Messung von Temperatur Druck Feuchte durch Funk Sensortechnik mit RFID Identifizierung vor Prototypen sind in Labormodellen verifiziert und in realen Geb uden an Testfassaden untersucht oder in der Validierung IBP Stuttgart IMS Duisburg mausi Testanwendungen f r Sensor RFID Transponder f r die Bauteileigenschaften wie Kraft Dehnung lassen sich realisieren erste Messsysteme sind aufgebaut und befinden sich im Labo
196. r gut siehe Grafik in Bild 84 Im Druckbereich oberhalb des Grenzwerts f r eine VIP Qualit tsfreigabe von 5 mbar weichen die Ergebnisse systematisch ab Die mit der RFID Funktechnik gemessenen Werte sind um 2 bis 3 5 mbar h her d h auf der f r den Her steller ung nstigeren Seite Die Ursachenermittlung ist noch nicht abgeschlossen en o 5 Bild 83 VIP Testpaneel mit RFID Drucksensor Transponder und va Q Check Pl ttchen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 100 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Mittelwert 10 00 9 00 8 00 7 00 P va O check 6 00 B RFID 5 00 0 00 H i d D Bild 84 Vergleich des Unterdrucks im VIP nach der Messmethode RFID Sensor rot rechts und va Q Check blau links ermittelt von Fa va q tec Wurzburg Gasdruck mbar T CH oa pi CH CA Der Einfluss den ein Anwender auf das Auslesen haben kann wurde durch Tests zum Haltewinkel und der Halterung der Antenne untersucht Es wurde festgestellt dass eine optimale Position der Antenne den Auslesebereich erh ht Ein Auslesen wird aber selbst bei extremen Positionen der Antenne nicht verhindert F r eine sp tere Anwendung sind spezielle Vorrichtungen wie ein Stativ somit nicht zwangsl ufig erforderlich Dem beste henden RFID Qualit tskontrollsystem f r Vakuumisolationspaneele kann durch die Tests eine hohe Praxistauglichkeit nachgewiesen werden da abgesehen von metallischen Zwi schenschichten nichts ein Auslesen der Se
197. rade VIP Innendruck mbar oa 30 20 10 o 10 20 30 40 50 Temperatur C Bild 40 Abh ngigkeit des Innendrucks im VIP B von der Sensor Temperatur in der Klimakammer und Vergleich mit dem mittels der idealen Gasgleichung prognostizierten Innendruck Der Vergleich des durch die Ideale Gasgleichung prognostizierten Innendruck mit dem gemessenen Innendruck zeigt dass die Regressionsgerade aus den Messwerten einen deutlich steileren Verlauf als die prognostizierte Gerade aufweist Der Grund hierf r h ngt mit der in Kapitel 6 1 2 beschriebenen Kalibrierung und der Kalibrierdatei zusammen die sp ter bei den Drucksensoren der 2 Generation anzupassen war Das Temperaturverhal ten der Sensoren in den untersuchten VIP Elementen A B E zeigt sich hnlich siehe Bild 41 Die Steigung der beiden Regressionsgeraden ist nahezu gleich Die Regressionsgerade von VIP A liegt allerdings um ca 3 mbar unter der Regressionsgerade von VIP B Die Reg ressionsgerade des VIP E hat im Vergleich zu VIP A und B eine gr ere Steigung von ca 2 mbar K Aus den Ergebnissen der Temperaturverl ufe von VIP Element C und D konnte man erkennen dass die im Sensorchip hinterlegten Kalibrierfaktoren fehlerhaft waren so dass diese Elemente in den weiteren Untersuchungen nicht mehr ber cksichtigt wurden Mit relativ wenig Aufwand lassen sich die Messergebnisse zum Innendruck im VIP f r die eingebauten Sensoren nach oben oder unten verschieben da es daz
198. rauf ausgerichtet nachhaltiges Bauen in technischer und kologischer Qualit t durch elektro nische Kennzeichnungs und Monitoringsysteme zu unterst tzen Hierzu sind zwei Grup pen von Einflussgr en zu beachten Zum einen geb udebezogene Aspekte der Dauerhaf tigkeit der bestehenden Qualitatssicherungssystemen der Baubetriebsqualitat und der Geb ude Effizienz energieeffizientes Bauen effiziente technische Geb udeausr stung Damit l sst sich eine Verbesserung der Transparenz der Bauabl ufe und der Geb ude selbst erreichen Zum anderen waren die Verf gbarkeit der Ger te und Sensoren f r eine Bauteilerfassung und Bauteil berpr fung deren Kosten und die Handhabung und Akzep tanz in der Bauwirtschaft im Rahmen des Projekts zu untersuchen Die eingef hrten Instrumente der ffentlichen Vergabe wie Pr qualifizierung Erkennen der wirtschaftlichen Qualit t d h eine Prozessoptimierung als Bauen und Betreiben im Zeit und Kostenrahmen sind heute noch wenig technisch ausgerichtet und kaum nach vollziehbar Vor allem Daten zur Austuhrungsqualitat unterschiedlicher Bauweisen mit ver schiedenen Bauprodukten sind ber den Betriebs und Lebenszyklus von R umen und Ge bauden wenig vorhanden und den meisten Planern und Ausf hrenden unbekannt Damit kann kein Bewusstsein f r bessere Bauqualit t entstehen und der Mehrnutzen von h herwertigen Bauprodukten und Bauweisen den meist kleinen und mittleren Unternehmen am Bau sowie den Baut
199. rden um das Auslesen der UHF Transponder benutzerfreundli cher zu gestalten und so eine auf den Endnutzer zugeschnittene Softwarevariante pr sen tieren zu k nnen ber die Software aus dem 1 Fraunhofer Projekt RFID Kennzahlen und Bauqualit t 5 steht das sogenannte Baustellen Kiosk System zur Verf gung mit dem die Baupro duktdatenbl tter f r die Anwendungen ohne RFID Sensorik aufgerufen und bearbeitet werden k nnen Ein Beispiel hierzu f r die Glasfassade Kennwerte zeigt 45 U a RWE smartHome siehe in http Awww rwe smarthome de 46 U a somfy TaHomA siehe in www somfy tahoma de 47 U a IQfy siehe in http wwww igfy de igfy loesungen zuhause 48 Siehe http www digi com de X CTU Manual http ftp1 digi com support documentation 90001003_A pdf Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 103 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Ei Microsoft Excel Kennwerte Glasfassade Kiosk sw V2 Zant Datei Bearbeiten Ansicht Einf gen Format Extras Daten Fenster 2 Adobe PDF Gd A3 Als ET ier 100 KR U2068480246 U206646542E5 U20661017DF U206648A6F1 LUGOAD2AFU U2066465A6CF 1 8204 Oo U U U 0 11 0 0 U U U 23 10 U20OABES4EIA U20A8DD7900 U20A8E3EE1D U20A8E36E44 U20A8E34E7D U20A8E3AE15 24 Fl che F 25 Up 26 27 j ID US0ADA7CHSC Us0ADA7A416 Us0A0A795F9 US0ADA7ESBA US0A0A7FOBF Us0A0A736B5 Lange Bauteilanschluss 1 Glas_1 Bauteilanschluss 2 Glas_2 Psi_1 y 33 Psi_2 E Gesamtfl che A CW m 100 100 0
200. rfassung der Luftfeuchte schlie t die Messung der Materialfeuchte bei Stoffen wie Faserd ammstoffe mit ein Als geeignetes Messprinzip f r den Einsatz in Transpondern dient meist ein kapa zitiver Sensor Durch die Anwesenheit von Wassermolek len mit der hohen Dielektrizit ts konstante von g 81 ndert sich die Kapazit t des Sensors Somit ist die Auswertung der relativen Luftfeuchte leicht m glich Zur Umrechnung in den absoluten Feuchtegehalt ist zus tzlich eine Temperaturmessung notwendig und Anwendung der Umrechnungstabelle aus der Literatur Kritisch ist eine genaue Messung in den Grenzbereichen unter 5 und ber 95 relativer Luftfeuchte da hier starke Nichtlinearit ten der Sensoren auftreten k nnen und hohe Aufw nde in Kalibrierung erforderlich werden Ebenso ist die Betauung zu ber cksichtigen Tritt z B durch starke Temperaturwechsel die Bildung von Tauwasser auf der Sensoroberfl che auf k nnen auch nach dem Abtrocknen Fehlmessungen auftre ten Insbesondere durch R ckst nde wie Kalk oder R ckst nde aus D mmstoffen stellen sich Verschiebungen im Ausgangssignal ein Hochwertige Sensoren die sich auch f r akti ve Transponder eignen sind z B von der Firma Sensirion oder Hygrosens Kap 10 5 zu beziehen Diese beinhalten bereits ein Standard Interface zur Anbindung an Sensormodu le Passive L sungen die f r unzug ngliche Wandaufbauten ben tigt werden sind derzeit erst als Prototyp verf gbar siehe Kap 6 2 und 6
201. rie 18599 geltende Forderung der EU Kommission nach einer Absch t zung der Aussagegenauigkeit von Energieausweisen zu erf llen Mit der begonnenen Marktaufsicht bei Bauprodukten und deren CE Kennzeichnung sind weitere Chancen an die elektronische Kennzeichnung durch die RFID Technik verbunden siehe Kap 9 4 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 69 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit B Elektronische Geb ude und Anlagen Checkliste Nichtwohngeb ude Datei Hilfe El pl Projekt i ol Geb ude gt CG A er Elektronische Geb ude und Anlagen Checkliste Nichtwohngeb ude e CT R ume F r eine Gebaudeinspektion als Basis f r die Berechnung nach DIN 18599 Fraunhofer ei Bauphysik Bauteile Bly opake Bauteile Bauteil beg Wand Bauteile 45 a A Typ Nr TET d E sl Unterer Geb udeabschluss Beschreibung MIG W rmeschutz s i Bauteil 2 E TyF ei Oberer Gebsudeabschluss HA dl Bauteil ia Fenster _Glastir EJ transparente Bauteile U Wert bekannt Er Anlagentechnik Nein DEG E E Je w meezeunung Ei IT w rmeerzeuger U Wert D imzk 1 3 iz D AIMeerzeuger g Wert bekannt E Jr Yerteillung Pumpe fl Verteilung Pumpe Nein Ja E Speicher i LU l g Wrert OF d 3 Speicher El El Kalteerzeuguna Thermisch getrennt Keleezetger I a ee E g Nein T Jai Nicht erkennbar E oT Fumpeln Rahmenanteil d J Fumpe ia m ig 0 7 anderer Eifel FLT Einheit M KR RLT Einheit
202. rne zur Antenne gerichteten Aluschicht ein Auslesen Erst nach dem Drehen der Platte d h wenn der EPS Schaumstoff zur Antenne zeigt war ein Auslesen wieder m glich Die H llfolie des VIP besteht aus Aluminiumverbundfolie vgl Kapitel 6 1 bei der die Metallschicht nur sehr d nn aufge dampft ist Das ist der Grund weswegen ein Auslesen des Sensors durch die H llfolie des VIP trotz Metall zwischen Leseger t und Sensor m glich ist 6 1 6 9 Einfluss des Haltewinkels Unter dem Haltewinkel wird hier der Winkel a verstanden in dem die Antennenspule zur Oberfl che des VIP oder des RFID Drucksensor gehalten wird Bild 45 zeigt eine Skizze des untersuchten Messaufbaus VIP RFID Drucksensor Bild 45 Skizze des Versuchsaufbaus Ein Foto des Messaufbaus bei einem Haltewinkel von 45 ist in Bild 44 dargestellt Unter sucht wurden die Winkel 0 45 und 90 Der Winkel 0 entspricht einer parallel zum Drucksensor gehaltenen Antennenspule 90 entsprechen einer horizontal zur VIP Ebene stehenden Antenne Die Abst nde der Antenne zum Sensor wurden von der nachstgele genen Stelle der Antenne zum Sensor gemessen Das Ziel der Untersuchung war es her auszufinden wie empfindlich das Leseger t auf eine Ver nderung des Haltewinkels rea giert Auf diese Weise sollen erste Aussagen dar ber getroffen werden wie praxistauglich das vorhandene RFID Sensor Messsystem ist Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Tabelle 7 dargestellt Fr
203. rre Befestigung und damit einer ersch tterungsfreien Haltung der Antenne etwas vergr ert werden Bild 44 Testanordnung zur Bestimmung des Einflusses der Antennenhalterung Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 58 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 6 1 6 8 Einfluss von Zwischenschichten Zur Bestimmung des Einflusses von zus tzlichen Bauteilschichten zwischen dem RFID Sensor und der Antenne des Lesegerats wurden diese typischen und unterschiedlich di cken Materialien getestet 10mm dicke aluminiumkaschierte expandierte Polystyrol Platte EPS 15mm und 21 mm dicke extrudierte Polystyrol Hartschaumplatte XPS 20mm dicke verleimte Pressholzplatte Holz 13mm dicke Gipskartonplatte GK 1mm dicke Metallplatte Metall 0 5 mm dicke Aluminiumfolie Als Referenzwert wurde ebenfalls eine Messung ohne Zwischenschicht durchgef hrt Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Tabelle 13 Kap 10 2 dargestellt Es zeigt sich dass die nichtmetallischen Zwischenschichten ein Auslesen erlauben Durch die Aluminiumfolie und die Metallplatte ist ein Auslesen des Sensors nicht m glich was f r die LF Technik zu erwarten war In Kapitel 3 3 wurde erw hnt dass metallische Oberfl chen Funkwellen be sonders gut reflektieren Dieser Effekt f hrt zu einer Mehrwegeausbreitung und verhindert so die ausreichende Energieversorgung des RFID Sensors innerhalb des VIP Auch die alu miniumkaschierte EPS Platte verhindert im Falle der nach vo
204. rtest An konkreten bauphysikalischen Anwendungen f r den Geb udebetrieb konn ten die Vorteile und Chancen der RFID Technik im Zusammenwirken mit der Nachr stung von Geb uden z B bei Sanierungen aufgezeigt werden Die Untersuchungsmethodik war in den 3 Beispielbereichen Energie Hygiene Sicherheit bauphysikalisch technische Anwendungen zu zeigen Im Bereich Energie wird dies am Beispiel einer Fassade mit einem Glaspaneel mit VIP D mmung als Musterszenario dargestellt Die VIP Innendruck Messmethode wird statt wie Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 0 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit bisher mit einer Hilfsmethode nun mit einem Direkt Messverfahren integriert in die LF Funktechnik drahtlos als Monitoring Verfahren dargestellt Dies stellt somit ein Qualit ts Sicherungsverfahren dar und l sst eine in situ Bauteil berpr fung ber lange Zeitr ume zu Dabei werden Zeitr ume deutlich gr er als 10 Jahre angestrebt im Rahmen des Pro jekts wurden bereits Langzeittests ber 2 Jahre durchgef hrt Der Einsatz eines solchen Systems sorgt somit f r eine h here Produktsicherheit Hieraus ergeben sich Vorteile f r Hersteller der VIPs Nutzer Investor und Bauaufsicht durch nachpr fbare Ergebnisse zum Zustand der VIP D mmung Daraus lassen sich mittelfristig durch ein geringeres Vorhalte ma in der Bemessung der Sicherheit zum W rme und Feuchteschutz solcher Baukon struktionen mit VIP D mmung wirtschaftliche Vorteile
205. rwork and conligure the update mt rval Next ant the devwe m an cut obthe way locaton and start Cpmmaneating Aber sensira can be used wath Comecthur TV A gateways Aber cplkdld modules Aber adapters or XBee wall routers to drop end to end device metweirks without che need ber a wired network infrastructure Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 132 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Features Specificatians FEATURES INTERFACES e Tighe compatible win General bauer 6 Do f intemal armer indionn iba minge VD f p89 m es Guides FF lineof aght range idp Ta Tamaii power output 1 25 mW INTEGRATED SENSORS Temperature Sensor a Range 18 Cito ai E AA Fin 4131 FI Zeta He gC Ambient light Sensor Range ol spectral Gawhy Hlth a Io IT een liar ro human eye a Wavelenall of peak sereloyily ja ee en Feest mole SH mm e AF data mip 250 000 bm Finn zem Hitt ze DEST 2 dm FAR m eat r ie einer and Security e Netvorkiney iupakegles Paint bo Point oinl lo Siullipail peert Past Lesch Numgper ol ebannels tE 5 Mike channels Direct Senlente Spread Spechuml e Fillfatios Senke PAM ID Channel 354 Ian cken LE Poser Soin When rap ane nal een network a Aert Blinks Wien unit z ie di eik Push Button Devore peer e Configurahon nee to lector KEE e idensiication Commisylanieg mer Dot SBee dei 2 damat Kanes 2 maside EoiberZMet
206. s Datentelegramm an die Basisstation die es dann mittels einer USB Verbindung an den PC Laptop oder Smartphone bertr gt Mit Hilfe der Software Sensornet Viewer werden die Telegram me von bis zu drei Sensorknoten aufgezeichnet und k nnen im Anschluss ausgewertet werden Zun chst werden 30 Telegramme alle 30 Sekunden lang an die Basisstation ge sendet Danach reduziert sich die bertragung auf alle 30 Minuten F r z B Verbindungs tests kann jedoch der Aktivierungsknopf Taster am Knoten erneut gedr ckt werden da durch wird unmittelbar ein Telegramm gesendet und das Intervall beginnt erneut Die Ein stellung eines solchen Intervalls sorgt f r einen stromsparenden Betrieb und ist f r derarti Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 76 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit ge Anwendungen absolut ausreichend Da sich die Hygienezustande nicht kurzfristig ver andern ist es nicht notwendig die Messwerte in einem kurzeren Abstand zu senden Zu dem f hrt das Einsparen an Energie wiederum zu einer l ngeren Lebensdauer der Batterie Die Funktion des Sensornetzes wird durch die Nutzung der Sensornet Viewer Software berpr ft Die eindeutige ID eines Sensorknotens wird in das gekennzeichnete Feld 1 ein getragen Bild 60 So k nnen alle Messwerte dem richtigen Knoten zugeordnet werden Nach dem Log in und der Verbindung zwischen Empf nger und Sender werden alle Ereignisse mit Datum und Uhrzeit im unteren Feld 2 festgehalten Die
207. s Elements einer Pfosten Riegel Fassade links und Foto Testfassade rechts 6 1 6 1 Testk rper F nf Vakuumd mmpaneele der Firma va Q tec standen als Testobjekte A bis E zur Verf gung Die Paneele bestehen aus einem por sen ca 20 mm dicken Kernmaterial das mit zwei verschwei ten Aluminiumverbundfolien umh llt ist Bei diesen Prototypen sind die R nder des VIP mit einer ca 15 mm berstehenden Schwei naht umgeben der RFID Drucksensor Transponder liegt mittig in einer Vertiefung des Kernmaterials direkt unter der H llfolie Bild 35 28 n einzelnen Bauanwendungen werden bereits VIP als Br stungselemente in Pfosten Riegel Fassaden verbaut Ein Bei spiel ist auf der vom Bundesministerium f r Wirtschaft und Technologie gef rderten Internetseite www vip bau de unter http Awww vip bau de d_pages anwendungen pfosten_riegel kh_erlenbach htm zu finden letzter Zugriff 25 04 2011 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 51 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Bild 35 VIP mit RFID Drucksensor Transponder in der Paneelmitte links und Randdetail rechts 6 1 6 2 Versuche in der Klimakammer In der IBP Klimakammer wurde berpr ft inwieweit der Drucksensor im VIP einen Druck anstieg aufgrund von Temperaturwechseln wie genau detektieren kann Bild 36 Dazu la gerten die VIP unterschiedlich lang bei 70 C bei Raumtemperatur und bei 30 C Da zwischen wurden die Druckwerte aus den Sensoren regelm ig mit dem mobilen LF
208. s mit Hilfe des Programmes Labview berechnet Diese sensorspezifischen Kalibrier koeffizienten ay sind die in den oben angegebenen Formeln erforderlichen Koeffizienten und werden in den Speicher des Sensor Chips programmiert Uber die og Formeln und die Kalibrierdaten errechnet im sp teren Betrieb das Leseger t aus den erfassten Sensor daten die aktuellen Druck und Temperaturwerte Se BEE sus nn WA eS annann Bild 29 Stationares Ger t f r Tests im Klimaschrank Mit Hilfe des station ren Lesegerates und der Druckkammer Bild 30 lassen sich die typi schen Druckkurven der VIP Transponder in unterschiedlichen Temperaturstufen z B O C 25 C und 50 C ermitteln Bild 31 Die Temperaturabh ngigkeit ist bei der aktuellen Sen sortypserie relativ gering 10 Z hlwerte pro Millibar und 10 Z hlwerte pro Kelvin Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 A6 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Wil py a Joel s s B Bild 30 Kalibrieraufbau aus Klimaschrank mit Druckkammer links ge ffnete Druckkammer rechts 2 ER apeta E INRA I DiS Rb ai ei EEERNNEREEER HEREENNVEEREEE LTC CR Ma arm m Je leie i bl fs ao se ib fe el fl et PTAA 1 BRSRREESRSSZ SR WER PAENNEEN a T Zi WW 4 hef 3 WM a f Bild 31 Druckkurven der aktuellen Druck Sensoren bei drei Temperaturstufen Nach erfolgter Kalibrierung wurden die Sensoren vereinzel
209. saden eingebaut eines auf der S dseite und die anderen beiden auf der Westseite des Messraums Bild 38 Mit dem Messdatenerfas sungssystem Agilent HP34970A wurde der Temperaturverlauf im Bauteil durch die inte grierten Thermoelemente alle 5 Minuten wie auch die Druckwerte in den Sensortranspon dern gemessen Die Stromversorgung der RFID Leseger te erfolgte ber Netzteile f r die Dauermessung und teilweise zum Test auch ber die Ger teakkus Schwei naht Abdichtband 4mm Glasscheibe Thennecienene Fensterrahmen RFID Sensor Transponder Bild 37 Skizze des Messaufbaus mit RFID Drucksensor Transponder im VIP Bild 38 Grundrissplan des Messraums mit den Einbauorten der VIP Fassadenteile links und Foto des Datenerfassungssystems Agilent HP34970A rechts Zwei Leseger te wurden jeweils auf einem Stativ befestigt und so vor den VIP platziert dass die Antennenspule sich direkt vor dem Sensor in einem Abstand von ca 30 mm von der raumseitigen Abdeckung befand vgl Bild 39 Auf dieser Weise konnten in einer Langzeitmessung parallel zwei VIP Sensoren untersucht werden Das dritte Element wurde zum Vergleich nur tempor r gemessen Da der Polystyrol Rahmen um das VIP einen gerin geren W rmewiderstand aufweist als das VIP selbst kommt es im EPS Rand zu einem un Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 53 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit gleichf rmigen Temperaturverlauf Somit wurden die Bezugstemperaturen f r
210. se versorgt den Trans ponder jedoch nur zur Erfassung von Messwerten die Kommunikation erfolgt in gleicher Weise wie bei passiven Transpondern Passive Transponder hingegen beziehen ihre Ener gie ausschlie lich aus dem Feld eines Leseger tes 3 3 Reichweite und Frequenzbereiche Neben der beschriebenen Energieversorgung aktiver semi aktiver und passiver Transpon der stellt die Reichweite ein weiteres wichtiges Unterscheidungskriterium von RFID Syste men dar Es haben viele Faktoren einen Einfluss auf die Reichweite wie zum Beispiel die rtlichen Umgebungsbedingungen und m gliche St rquellen Feuchte Magnetfeld Me tallschichten etc Aber auch die Gr e und Form der Sende und Empfangsantenne so wie deren Ausrichtung bestimmen die Sende und Empfangsreichweite eines RFID Sys tems Die wesentlichen Faktoren die sich direkt auf die Reichweite auswirken sind die Sendefrequenz und die Sendeleistung Es gilt die Faustformel dass mit steigender Fre Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 1 5 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit quenz sowohl die Schreib und Lesereichweite als auch die Schreib und Lesegeschwindig keit zunehmen 6 Die typischen Sendetrequenzen eines RFID Systems unterteilen sich in LF Niederfrequenz 125 134 kHz HF Hochfrequenz 13 56 MHz UHF Ultrahochfrequenz 868 oder 915 MHz UW Mikrowelle 2 45 oder 5 8 GHz Die Sendefrequenzen mit genauen Bandbreiten und Toleranzen sowi
211. sichten Schnitte Aufnahmen aus Datenbank Information Out 19 5 C 86 r F In 22 4 C gt 57 Yor F 1 8 gd A Rauchabzug in Abschnitt 3 2 1 j We berpr fen Holzfeuchte in Abschnitt 2 9 7 TAG ID 0028 ber 12 QI nachricnten Heizung e Klima 2 wd Internet VWN Diagramme ats Tag Wartung Sicherheit EN Warnungen K SE Ste 2 daten information Wetterdaten Sonneneintrag Bild 73 M gliche Benutzeroberfl che einer RFID Softwarestruktur beim Holzdach Im zweiten Bildschirm Sensorinformation Bild 74 werden alle Parameter des RFID Sensors sowie zus tzliche Interaktionsm glichkeiten dargestellt Die Auswahl der Ebenen in Abschnitt 4 stellt in diesem Fall das Stockwerk des Geb udes dar In der grafischen Anzeige w rde demnach der Grundriss des dar ber liegenden Stockwerkes zu erkennen sein Durch die Auswahl des jeweiligen Transponders werden ber eine Datenbankanbin dung weitere Informationen wie die ID Nummer des Sensors Bauteilinformationen Ein bauort und das Datum der letzten Wartung bereit gestellt F r eine bessere bersicht kann die Position des Transponders in der nebenstehenden Grafik angezeigt werden Alle notwendigen Informationen w ren auf einen Blick verf gbar Die Abfrage der Sensor Messwerte erfolgt au
212. sionen und Querschnitten verwendet man zur Reini gung B rsten und Druckluftsysteme bei gro en Querschnitten werden Roboter eingesetzt oder man reinigt die Anlage manuell durch das sogenannte Bekriechen C ke ba A Oy Fie A g FR a N un N s A ah Ga EI C A SIE dh eee NEN ta D 1 Ehre A wi 298 Ri Be as WER eg si e or Bild 57 Beispiel eines verschmutzten Luftkanals 3 Neben dem Aspekt der Hygiene ist ein weiteres wesentliches Kriterium aus der Sicht eines Anlagenbetreibers die Energieeffizienz einer RLT Anlage Abgesehen von den kapital und betriebsgebundenen Kosten stellen die bedarfsgebundenen Kosten einen wesentlichen Teil der Gesamtkosten eines raumlufttechnischen Systems dar Sind also Luftleitungen ver schmutzt Bild 57 oder Ventilatoren und Filter infolge von Staub und Schmutzansamm lungen verstopft wird die L ftungsleistung beeintr chtigt Die Verschmutzungen bewir ken Reibungswiderst nde und somit einen Druckabfall Durch die erzeugten Druckverluste 32 VDI 6022 1 Hygiene Anforderungen an Raumlufttechnische Anlagen und Ger te 33VDI 6022 2 Hygienische Anforderungen an Raumlufttechnische Anlagen Anforderungen an Hygieneschulung 34VDI 6022 3 Hygienische Anforderungen an Raumlufttechnische Anlagen in Gewerbe und Produktionsbetrieben 35Quelle http Awww boesch buersten ch files BXMediaPlusMasterlmage262 1 file jog Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 74
213. sornetzwerk http www ims fraunhofer de uploads media Wireless Sensor Networks Fraunhofer _IMS pdf 10 http de wikipedia org wiki Dehnungsmessstreifen 11 ME Me systeme GmbH Hennigsdorf http Awww me systeme de dehnungsmessstreifen index html zuletzt abgerufen am 21 09 2012 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 30 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit Eine Schwierigkeit besteht in der Anbringung des Dehnungsmessstreifen In den meisten F llen wird der Sensor aufgeklebt so wird eine sichere bertragung der Dehnung des Bauteils erreicht Die Schichtdicke des Klebers und die Elastizit t im geh rteten Zustand beeinflussen die bertragung der Bauteildehnung auf den Sensor und erfordern mindes tens eine Referenzmessung um die Belastungen quantitativ bewerten zu k nnen Da die ser Schritt sehr aufw ndig ist wird dieses Verfahren nur in wenigen F llen angewendet wie z B im Aufzugbau wo die Messstellen bereits werksseitig hergestellt und auch kalib riert werden k nnen Eine DMS Variante f r den Bau wird durch die Verwendung von Tragerplatten erm glicht Der Sensor wird auf elastische l ngere Streifen als Tragerplatte aufgebracht Die Enden dieser Streifen lassen sich am zu berwachenden Bauteil durch Befestigungstechnik wie Verschrauben anbringen Die Auswertung des Sensors erfolgt in ahnlicher Weise wie die bei der Lichtmessung mit Photowiderst nden Somit gelten auch die dort getroffenen Aussagen der Batterielebensdauer f r bat
214. ssade best tigt werden Die Abh ngigkeit der Va kuum Druckwerte von der Sensortemperatur Tagesmittelwerte aller drei VIPs zeigt Bild 41 Das dynamische Verhalten durch den Einfluss von typischen Tagesverl ufen der Au Ben und Raumlufttemperatur an einem Fr hjahrstag auf das Messergebnis des RFID Drucksensors im VIP ist in Bild 42 dargestellt Die Temperatur nderungen der Au enluft erzeugen auf der Au enseite der Glasscheibe Temperaturen zwischen 4 5 C in der Nacht und 51 5 C bei der st rksten Sonneneinstrahlung am Nachmittag Westseite die wiede rum Temperaturschwankungen auf der Innenseite des VIP zwischen 18 C und 25 C verursachen Der Einfluss der Au entemperatur nderung auf die Sensortemperatur im In nern des VIP ist durch die geringe W rmeleitf higkeit des VIP relativ gering Dabei spielen Strahlungsgewinne die durch die umliegenden Fenster den Raum zus tzlich erw rmen eine zus tzliche Rolle und erkl ren Unterschiede in den Temperaturspitzen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 56 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Temperaturverlauf 30 f RFID O 25 u Temperatursensor s im VIP ua er nl _ e EN Ss Thermoelement VIP Innenseite E s S 03 04 2011 04 04 2011 05 04 2011 Datum und Uhrzeit Bild 42 Temperaturen auf der Innenseite des VIP und mit dem RFID Sensortransponder im VIP ge messen im Tagesverlauf an der Testfassade 2011 Die in Bild 42 gezei
215. st nden in Frage die sich bereits in Kreisl ufen befinden wie z B 49 TinyOS Open Source Betriebssystem Online in Internet URL www tinyos net Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 105 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Transportverpackungen und Paletten oder zug nglichen Gebaudemonitoring Systemen Sind Transponder hingegen fest in Materialien wie Abdichtungsbahnen oder D mmstof fen integriert werden diese zusammen mit dem Tragermedium entsorgt In diesem Be reich sind f r eine breite Nutzung der RFID Technologie noch erhebliche Fortschritte in der Materialforschung notwendig um die Einfl sse der anorganischen St rstoffe von den Transpondern auf die Recyclingprozesse so gering wie m glich zu halten Zurzeit bestehen die Tags in der Regel aus Stoffen wie Klebstoff Silizium Kupfer Alumi nium Silber Epoxidharz Nickel und Kunststoff Ihre Auswirkungen auf Recyclingprodukte sind vielf ltig Sie reichen von Verunreinigungen bis hin zu Verf rbungen und Qualit ts verschlechterungen Aktuell wird an der Entwicklung von Materialien wie Polymeren gear beitet Diese sollen k nftig Metalle und Silizium in dem Datenspeicher Chip ersetzen und w rden eine Entsorgung der Transponder weit aus unproblematischer gestalten Doch auch die Batterieentsorgung aktiver Transponder sollte in der Recyclingkette der RFID Tags nicht unerachtet bleiben Je nach Hersteller und eingestelltem Messintervall un terscheidet sich deren Lebensdauer Bei
216. stfach 80 04 69 70504 Stuttgart Nobelstra e 12 70569 Stuttgart Telefon 07 11 9 70 25 00 Telefax 07 11 9 70 25 08 E Mail irb irb fraunhofer de www baufachinformation de www irb fraunhofer de bauforschung A Fraunhofer ZG Fraunhofer IBP IMS IBP IMS Bericht RFID 01 2012 RFID eine Schlusseltechnologie fur transparente Bauwerkserstellung und nachhaltigen Gebaude betrieb RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Fraunhofer Institut f r Bauphysik IBP Nobelstr 12 70569 Stuttgart Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes f r Bau Stadt und Raumforschung gef rdert Aktenzeichen SF 10 08 18 7 09 27 Il 3 F20 09 030 Die Verantwortung f r den Inhalt des Berichtes liegt bei den Autoren Stuttgart Duisburg im M rz 2013 N K nig IBP Projektleitung C Philipp B Hanisch K Ebert T Gier G vom B gel IMS A Hennig M L rcks Fraunhofer Institut f r Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS Finkenstra e 61 47057 Duisburg Inhalt 2 2 1 2 2 2 3 2 4 3 2 3 3 3 4 355 39 1 3 5 2 33 340 4 1 4 1 1 4 1 2 4 1 3 4 1 4 4 1 5 4 2 4 2 1 4 2 2 4 3 4 4 5 1 3 2 3 Vorwort Danksagung Zielsetzung und Zusammenfassung Ausgangslage Forschungsansatz Untersuchungsmethodik Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse Grundlagen RFID Technik Allgemein Aufbau und grundlegende Fu
217. striert wurde Weitere Veranstaltungen mit Fraun hofer Beitr gen zum Thema waren der BMVBS Bauforschungskongress 2010 in Berlin Bau betrieb BBB Kongress 2011 in Dresden Bauphysik Kongress 2011 in Weimar Smart Sys Tech Kongress 2012 in Munchen u a Die st ndige Pr sentation der Projektziele und Ergebnisse zum Fraunhofer Teilprojekt RFID Sensor ist auf der gemeinsamen Internetseite der ARGE RFIDimBau f r Jedermann abrufbar unter http www rfidimbau de index php de forschungsvorhaben fraunhofer vorhaben Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 122 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit 10 Weiterf hrende Hinweise und Dokumente 10 1 bersicht zu den verwendeten RFID Systemen bersicht zu den verwendeten Komponenten der RFID Systeme als Prototypen der Messge rate und deren IP Klassifizierung RFID Druck Feuchtesensoren IMS Duisburg IP Klasse 65 RFID Leseger te LF Reader IMS V2 0 mit Antenne HG IP Klasse 65 Seriennummer VIP Lg Hw4 1 2 V3 2 6 Seriennummer VIP Lg Hw4 1 3 V3 2 12 GHz Reader IMS CS Basis V2 IP Klasse 63 LF Reader AEG ARE H5 siehe Anhang E1 GHz Reader X Bee USB Wall Router Labor Kalibrierger t IMS Calibra DS V3 2 Messdatenerfassungs Schaltsystem Hewlett Packard Agilent HP34970A Thermoelemente Typ T und Typ U Klimakammer Votsch Industrietechnik Typ VCZ 70004 2 S Hinweise zur Bautauglichkeit IP Schutzklassen Bild 90 Code Buchstaben International Protection IP Schutz ge
218. strom in die Metallscheibe misst Der Gasdruck im VIP kann vom eingeleiteten W rmestrom ber Kalibrierwerte abgeleitet werden Der Vorteil dieses Ver fahrens ist die relativ kurze Messdauer von ca 10 s Au erdem ist auch ein mobiles Sys tem erh ltlich mit dem es m glich ist die Paneele noch kurz vor dem Einbau an der Bau stelle zu berpr fen Eine Kontrolle nach dem Einbau mit Deckschicht ber dem VIP ist al lerdings nicht m glich Die einfachste preisg nstigste Methode ein VIP zu kontrollieren ist die Sichtkontrolle Dabei wird vor allem die Oberfl che untersucht Das Paneel ist in Ordnung wenn die Foli enumh llung hart ist straff auf dem Paneelkern sitzt und eine faltige Struktur aufweist Bild 24 links Bei einem Paneel das hingegen recht weich ist dessen Folienumhullung relativ glatt ist und unter dessen H llfolie sich Blasen bilden besteht der Verdacht dass das Paneel bel ftet und somit defekt ist Bild 24 rechts Bild 24 Intakte Paneeloberfl che links und bel ftete Paneeloberfl che rechts Aus Mangel an Alternativen wird diese Methode f r den Baustelleneinsatz empfohlen Der Nachteil dabei ist die gro e Unsicherheit bei der Kontrolle Es werden nur stark besch dig te vollst ndig bel ftete Paneele erkannt Zudem muss die verarbeitende Person vor dem Einbau auf dieses Thema sensibilisiert und eingewiesen werden Ein weiterer Nachteil ist dass eine Kontrolle im verbauten Zustand nicht mehr m glich
219. stungsf higkeit und Verwendbarkeit der daraus zu entwickelnden Serienmodelle f r Sensor RFID Transponder sollten im geplanten Schnittstellenprojekt in der ARGE RFIDimBau stattfinden Darin kann dann der Nachweis erbracht werden dass unter bau blichen Randbedingungen Handhabung Baumilieu wie Staub Wasser Feuchte Temperatur St sse etc die Qualit t der Sensordaten Genauigkeit Drift Reproduzierbarkeit den gestellten Anforderungen auch ber die lange Zeit der Bauteil Betriebsdauer ausreichend ist Qualitative Hinweise werden durch die Gegen berstellung bisheriger Erfassungs Systeme in einer QFD Analyse mit Bewertung aufgezeigt zusammen mit Absch tzungen zur Kostenreduktion ber Serienef fekte und zu batterielosen Systemen Leider standen erst 2011 kurz vor Projektende die ersten kommerziellen RFID Sensor Bauteile f r die Datenerfassung ber gr ere Entfernung von einigen Metern aktive Transponder mit Speicher und Controller sowie Leseger te zur Verf gung Diese sollen 2013 in Zusammenarbeit mit der VIP Herstellern und weiteren Industriepartnern erprobt und die RFID Sensor Daten in das Softwarepaket RFID Kiosk komplett integriert wer den Damit l sst sich dann diese RFID Technik im Geb udebetrieb umsetzen und die in telligente Sensorik mit der Bauproduktebene vernetzen So kann das langfristige For schungsziel erreicht werden die gewonnenen Informationen ber den Bauteilzustand und somit den Qualit tsstandard de
220. t Hilfe eines mobilen Handleseger tes und einer speziell daf r entwickelten Anwendung stattfinden S mtliche Bauteildaten k nnen so vom Pr fer direkt am Bauteil abgelesen und auch hinterlegt werden Durch die Sensor technik lassen sich zudem Soll Werte in Echtzeit mit bauspezifischen Ist Daten vergleichen Diese Form der Anwendung stellt bereits eine erhebliche Prozessvereinfachung gegen ber der bisherigen berpr fung dar Dennoch sind das Auslesen der einzelnen Sensortrans ponder und die damit verbundenen Arbeitsschritte sowie eine manuelle Synchronisation mit einer historischen Datenbank sehr zeitaufw ndig Ist es dann bei einem Bauteil zur berschreitung eines Grenzparameters gekommen l sst sich dies erst sp ter bei der Aus wertung feststellen und beheben Kommerzielle Systeme zur mobilen Wartung und In stanthaltung mit RFID Technik werden seit einigen Jahren von verschiedenen Firmen an geboten Monitoring mit RFID Sensornetzen Mit Hilfe konventioneller Sensorik lassen sich charakteristische Kennwerte wie Luft und Bauteiltemperatur Feuchtigkeit im Bauwerk Dehnung und Schwingungen erfassen die es 55 Beispiele sind in RUV des Bundesministeriums f r Verkehr Bau und Stadtentwicklung gt 6 Z B Fa TAGnology mit System TAGpilot siehe http www tagpilot de uploads media Flyer TAGpilot_ Mobile Instandhaltung kurz pdf Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 108 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit dann auszuwerten gilt Nac
221. t bestehen jedoch noch keine generell g ltigen Sicherheitskonzepte Damit die RFID Technik vor allem als Sensornetzwerk erfolgreich zum Einsatz kommen kann sind ei nige Hinweise zur Datensicherheit angebracht Die Literatur fokussiert sich bisher vorwie gend auf den Datenschutz von Verbrauchern welche durch die neue Technik den Verlust der Privatsph re und eine exakte Zuordnung von Objekten zu Personen bef rchten Die Datensicherheit in Unternehmen wo der Schutz von unternehmensinternen Daten vor dem Aussp hen und der Manipulation im Vordergrund steht wird bisher eher vernachl s sigt H ufig erfolgen Angriffe auf die Transponder da diese im Allgemeinen nicht gegen unbefugtes Auslesen gesch tzt sind Aber auch die drahtlose bertragung zwischen Transpondern und Leseger ten k nnen Ziel von Angreifern sein da hier kein physischer Eingriff in das System notwendig ist und aus der Ferne agiert werden kann Angriffe auf Datenbanken werden ber Firewalls i a verhindert Sicherheit in Sensornetzwerken Sensornetzwerke k nnen aus einer Vielzahl von Sensorknoten und Basisstationen beste hen Unberechtigte Eingriffe k nnen aus verschiedener Motivation heraus entstehen und lassen sich h ufig nur schwer erkennen Hauptziel von Angreifern eines Systems ist der Zugang zu Informationen und Daten oder das Einf gen von unzutreffenden Informatio nen durch fremde Transponder in Sensornetzwerke oder eine Manipulation der Funktio nenverf gbarkeit um
222. t und mit Antennenspulen ver sehen sowie mit dem fertigen Transpondern ein Funktionstest durchgef hrt Im Anschluss daran erfolgte die Einbettung der Sensoren in die Vakuumisolierpaneele Bild 32 links und Mitte noch im Experimentierstadium und ein Langzeittest ber 664 Stunden etwa 28 Tage Bild 33 Bild 32 Transponder im VIP eingebaut links Mitte und Drucksensor im Querschnitt rechts Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 47 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit TIDN ASIC in VIP Paneel Lagerung bei 50 C wahrscheinlich Fehllesung 1020 Oo Wu 1015 CO CH 1010 N o1 1005 N CH 1000 On 995 Sensormesswert mbar Umgebungsdruck mbar i CH 990 VC1 1243 07 V1 ot VC1 123 10 V1 985 On e Umgebungsdruck 980 0 100 200 300 400 500 600 700 Zeit h Bild 33 Langzeitmessung in unterschiedlich hergestellten Paneelen Eine weitere Langzeitmessung erfolgt derzeit in den Wanden und dem Dach des De monstrationsgebaudes inHaus1 in Duisburg Zwischenergebnisse sind in Kap 7 1 dar gestellt 6 1 4 Vorteile der RFID Sensor Technik bei VIP In Kapitel 6 1 1 wurde aufgezeigt dass zwar bereits M glichkeiten zur Qualitatskontrolle von Vakuumisolationspaneelen bestehen diese Verfahren aber einige entscheidende Nachteile haben Die Gr nde hierf r sind der hohe apparative und zeitliche Aufwand die unzureichend
223. telle mit den Funktionen Modulation Demodulation der Sende Empfangsdaten und der Bereitstellung der Versorgungsspannung Diese Art der Erweiterung von einfachen Ident Transpondern zu Daten Telemetrie Transpondern erm glicht weiterhin einen kosteng nstigen Aufbau da nur die Komponen ten Transponder Chip Antenne z B gedruckte Spule und Geh use notwendig sind Eventuell muss ein externer Sensor in Abh ngigkeit von der Anforderung zugef gt wer den Durch die Einbindung der Sensoren steigt gegen ber den einfachen RFID Systemen die Komplexit t des Systems Neben des Mehrautwandes der Hardware im Transponder schaltkreis sind die Punkte Kalibrierung und Nachkalibrierung Medienanbindung und Softwareerweiterung zu ber cksichtigen Z B ist f r eine Medienanbindung eines Feuch tesensors der Zugang des zu messenden Mediums an den Sensor sicher zu stellen gleich zeitig aber auch die Kapselung der brigen Schaltung langzeitstabil zu gestalten Je nach Sensor und Anwendungsumgebung k nnen so die Kosten f r einen passiven Sen sortransponder um den Faktor zwei bis zehn auch bei hohen St ckzahlen h her liegen als bei RFID Transpondern Erste L sungen sind bisher in h herpreisigen Anwendungen eingef hrt Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 26 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit In der Wartung und Instandhaltung dienen passive Temperaturtransponder zur berwachung von Betriebstemperaturen an Anlagenteilen z B Lager von Pum
224. tellen und anschlie end beheben Diese Form der Anwendung stellt zur herk mmlichen berpr fung und Inspektion von L ftungskan len und RLT Komponenten bereits eine erhebliche Prozessvereinfachung dar dennoch ist das Auslesen jedes einzelnen Sensortransponders und die damit verbunden den Arbeitsschritte noch sehr zeitaufw ndig UHF GHz Fernfeld System Optimiert werden kann dieser Prozess durch das bereits er w hnte System der Funk bertragung F r einen direkten Vergleich wird diese Abfolge in der nachfolgenden Bild 70 ebenfalls als Flussdiagramm dargestellt Flussdiagramm Sensordaten Anhand der eindeutiger Ideninummer eines jeden Sensors sind Lage und Einbausrt arahi bestimmd Jensorebene bjek beiss d 5 E d Bild 70 Datenverlauf beim automatisierten RFID Sensornetz System 39 Vgl VDI 6022 3 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 g9 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Fur einen automatisierten Datenverlaut mit dem RFID Sensornetzsystem zur Kontrolle von technischen Anlagen oder der Geb udeh lle ist die Integration der RFID Technik in die Gebaudeautomation notwendig Das hei t dass f r den Einsatz von Sensornetzen die notwendigen Sensortransponder in der Feldebene an den jeweiligen technischen Anlagen wie zum Beispiel den Luftungskandlen installiert und mit den n chsten Ebenen verkn pft sein m ssen Die Kommunikation zwischen Sender und Empf nger und von der Feld bis hin zur Managementebene erfolgt in d
225. temtechnik und integration erlauben die Einf h rung innovativer Produkte in diesen Bereichen Der Erweiterung zu neuen Anwendungsfeldern besteht in der Anbindung von Sensoren an die Transponder Elektronik Prinzipiell sind in einem Transponder ASIC integrierte und extern anschlie bare Sensoren m glich Neben den Sensoren selbst sind weitere Kompo nenten wie Signalanpassung und wandlung und eine erweiterte Informationsverarbei tung notwendig die insgesamt zu einer deutlichen Steigerung der Funktionalit t aber auch der Komplexit t f hren Bild 13 zeigt in einem Blockbild die Funktionskomponenten eines solchen passiven Transponders VD V Power Spgs LS control an regler A D Sensor 1 H a ee ___ Wander a Sensor 2 es Frontend Prozessor Takt a K EEPROM Antenne E II o Pins Programm Temperatur Transponder ASIC speicher Sensor Bild 13 Blockschaltbild eines passiven Transponders fur ID und Sensor Anwendungen Um die entstehende gr ere Funktionalit t zu handhaben eignet sich der Einsatz eines Prozessorkerns als zentraler Bestandteil f r die interne Ablaufsteuerung und Datenverar beitung Dies erm glicht in der Entwurfsphase eine schnelle und flexible Anpassung an die beabsichtigte Anwendung F r eine Single Chip L sung als Endprodukt ist der Programm code aus wirtschaftlichen Gr nden als ROM zu realisieren Das Hochtrequenz Frontend dient als Kommunikationsschnitts
226. terhin die CE Richtlinien erf llen die aus den folgenden Pr fungen besteht Funkparameter Sendeleistung und Bandbreite werden auf Normeinhaltung getestet Storabstrahlung Komponenten werden auf die Aussendung von unbeabsichtigten Feldern drahtlos und drahtgebunden getestet Stortestigkeit Komponenten werden auf Ger teausfall durch von au en eingestrahlte Felder drahtlos und drahtgebunden getestet Elektrostatische Entladung ESD Hochspannungspulse werden auf die Ger te abge geben um einen Ger teausfall durch statische Endladungen zu testen 6 1 6 Pr fung der RFID Drucksensor Technik an Fassaden mit VIPs In Kapitel 6 1 4 wurde erl utert welche Vorteile die Verwendung von RFID Drucksensoren f r VIP hat Bisher existiert allerdings kein kommerziell eingesetztes Vakuumdammpaneel bei dem ein RFID Drucksensor zur Qualit tskontrolle verwendet wird Dies h ngt unter anderem mit der Schwierigkeit der Energieversorgung des Sensors zusammen Durch die lange Nutzungsdauer der VIP im Bauwesen kommen bei der Integration von RFID Sensor technik nur passive RFID Systeme in Frage Die Energieversorgung der Sensoren erfolgt 27 Aktive oder semiaktive Systeme verf gen bisher ber Nutzungsdauern von ca 2 bis 5 Jahren Im Vergleich kalkuliert man f r die Nutzung der VIP ber 20 Jahre Ein Austausch der Batterien der aktiven oder semiaktiven Sensoren ist im Falle der eingeschwei ten Sensoren nicht m glich Fraunhofer
227. terieversorgte Funksenso ren Die Auslese mittels eines RFID Sensors ist nicht sinnvoll realisierbar da der Stromver brauch zu hoch ist Forschungsprojekte arbeiten an neuen stromsparenden Sensorkonzep ten f r die Dehnungsmessung Produkte werden aber erst in einigen Jahren erwartet 4 2 Leseger te f r passive RFID Transponder Wie bei den Transpondern gibt es auch hier eine gro e Vielfalt an verschiedenen Baufor men Generell besteht das Leseger t je nach integrierter Technologie aus einer Lese und oder Schreibeinheit und einer Antenne In Abh ngigkeit von ihrer Funktion existieren gro Be station re Reader und mobile Einheiten in der Gr e eines USB Sticks oder einer SD Karte Trotz der unterschiedlichen Varianten besteht die Funktion des Leseger tes darin die auf dem Transponder gespeicherten Daten zu entschl sseln und an das angeschlosse ne Informationssystem weiterzuleiten Je nach Art des Leseger tes funktioniert das auch auf umgekehrtem Weg Verf gt der Reader ber die Funktion des Schreibens so k nnen ber ihn Daten vom System auf den Transponder kommuniziert werden 27 Werden anstelle normaler Transponder mit ID und Datenfunktion Sensortransponder ein gesetzt muss das Leseger t ber eine spezielle Software Erweiterung verf gen Das Prin zip der Kommunikation bleibt zwar gleich jedoch ist dem Leseger t der Umgang mit Da ten nach bestehendem Standard noch unbekannt Je nach Sensortransponder sind unter schied
228. the sensor by 5 10 C beyond ambient tempersturs Tho heater draws roughly EA G 5V supply veltage Ada V N A vA AWN 5 SENSIRION Tht Geis Dorsten 2353 7379 SFR elei temperature compensaiien DATA valid imes are given and iene in bees on DATA ine Bold DATA lines are controlled by sensor while plain lines are Combolled by the miono zontroller For avampla the hester can be helpful for unctionality analysis Humidity snd temperature readings before and after applying the heater ara compared Temperature shall increase while relatve hurrecty decreases af the sarne time Dew pomt shall reman the sare Please mole The lemperalure reading wil display the temperature of fhe heated sensor element and mol amksant tempcrature Furthermore the somsor is mol qualified for continuous application of the heater 4 Conversion of Signal Output 4 1 Relative Humidity For compensating nontineanty of the humidity sensor see Figure 13 and ior obtaining the full accuracy of the sensor itis recommended to convert the humidity readout Ses with the follosang formula with coefhaents gwen m Tade RH E SO a tE On RH Sm ei C am ame Table 6 Optimized V4 humidity conversion cosficents The values gwen in Table 6 are newly iniroduoed and Frage opted accuracy for V4 sensors along the full messuramant range The parameter set which has bean oroposed in earker datasheets which was cpimeed v
229. tomatisch nach einem festgelegten Intervall Im Bereich 5 ist es dem Nutzer jedoch m glich die Messung durch Auswahl des Feldes Einzelmessung starten auch manuell durchzuf hren Dieser Fall k nnte n tig sein wenn Messwerte zu einem bestimmten Zeitpunkt ben tigt oder Wiederholungsmessun gen zu starten sind Weiterhin besteht die M glichkeit Sensordaten auszulesen oder Ein zelmesswerte auf dem Transponder zu speichern Dar ber hinaus k nnen hier dem Sys tem weitere Transponder hinzugef gt oder aus dem System gel scht werden Abschnitt 6 stellt die Ergebnisse der Messungen dar Hier ist ebenfalls zu erkennen ob die Messung erfolgreich war und alle Transponder ausgelesen werden konnten Der Erfolg 42 Quelle der 3D Konstruktionszeichnung Holzbau Hilland Online im Internet URL http www hilland de Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 93 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit der Messung wird dem Anwender uber eine entsprechende Farbe verdeutlicht Grun als Zeichen f r einen positiven Funktionsstatus und rot f r eine erfolglose Messung Zur berwachung der gemessenen Parameter erscheinen diese in den daf r vorgesehenen Feldern Nach einem Abgleich von Ist und Soll Wert wird darunter mit Hilfe einer einfa chen Ampelfunktion der Bauteilstatus wiedergegeben Sensorinformation O e KH w Ebene 3 Vv TAG 0028 Balkenlage DG v Einzelmessinng Tag starten beschreiben Temperatur C 20 5 O00 Rel Feuchte
230. trom ben tigt Alle aufgenommenen Messwerte k n nen auf dem Mikrochip des Transponders gespeichert werden Aufgrund der Erweiterung der RFID Technik durch die entsprechende Sensorik ergeben sich viele neue M glichkeiten und Anwendungsbereiche welche mit anderen Auto ID Systemen wie dem Barcode nicht realisierbar sind Die Bild 15 zeigt den recherchierten Entwicklungsstand der RFID Transponder RFID Sensortechnik und Leseger te Reader gegliedert in Funktion und Frequenzbereich Stand 2012 1 TELID 200 von Microsensys http www microsensys de index php id 58 zuletzt abgerufen am 26 09 2012 2V gl Hans J rg Bullinger Michael ten Hompel Hrsg Beitrag von Gerd vom Bogel Internet der Dinge Springer Verlag Berlin Heidelberg 2007 S 167 3Vgl GS1 Germany EPC RFID und Sensorik Grundlageninformation 2009 http Awww gs1 germany de internet common downloads epc_rfid 3031_sensorik pdf S 3 ff zuletzt abgerufen am 02 03 2012 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 27 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit passive o ID Tag ae Ss SKS mau O ee Sensor O ime O ES DP Deh FE Or Reader sion Lk Bild 15 bersicht zur Verf gbarkeit von Komponenten f r RFID Sensor Systeme 4 1 1 Sensortechnik Temperaturmessung Die Temperaturmessung mittels drahtlos auslesbarer Sensoren ist interessant f r zahlreiche Monitoring Aufgaben an unzug nglichen Orten in der Automatisierungstechn
231. u nur die Ver nde rung einer Konstanten in der Berechnungsformel vgl Formel 1 4 aus 6 1 2 des Drucks bedarf F r die drei in die Testfassade eingebauten Paneele wurde eine solche Ver nde 29 Vgl Volodymyr Vasyutynskyy Send on Delta Abtastung in PID Regelungen Dissertation Technische Universit t Dresden Jorg Vogt Verlag Dresden 2009 S 57 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 55 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit rung so durchgef hrt dass die Regressionsgerade bei 20 C einen Innendruck von ca 3 mbar anzeigt Die Messungen an der Testfassade stellen einen sehr praxisnahen Messaufbau dar der ei nen Einsatz der VIP in einer Pfosten Riegel Fassade demonstriert Ein Unterschied zur An wendung in der Baupraxis ist die h ufigere nicht transparente Abdeckung des VIP mit Ble chen Holzverkleidung oder unter Putz Der Einfluss der Abdeckung aus unterschiedlich abschirmendem Material wird in Kapitel 6 1 6 8 n her untersucht RFID Sensor Messwerte e VIPA VIP B VIFE Linear VIP A Ae 2 E x E West ei Linear VIP B Linear VIP E Temperatur C Bild 41 Einfluss der VIP Temperatur auf die gemessenen Innendr cke der drei VIP Elemente A B E in der Testfassade in Abh ngigkeit von der realen Umgebungs Temperatur im Zeitraum 2011 Das in der Klimakammer gemessene Temperaturverhalten der RFID Drucksensoren konnte auch aus den Messungen an der Testfa
232. u spezifizieren wurden die Standardabweichungen der In nendr cke in verschiedenen Temperaturbereichen bestimmt Dabei wurde darauf geach tet dass der zusammengefasste Temperaturbereich nicht gr er als 1 Kelvin war und mindestens 9 Messwerte enthielt Bild 41 zeigt die Mittelwerte des Innendrucks und die dazugeh rigen Standardabweichungen Im Mittel betr gt diese beim Sensor in VIP B 0 57 mbar Der Grund f r diese Streuung ist auf das normale Messrauschen zur ckzuf hren wobei es sich um eine zuf llige stochastische St rung handelt die in jeglichen realen Sen Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 54 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit sorwerten vorhanden ist Auf die Messunsicherheit der Sensoren selbst wird in Kapitel 6 1 7 weiter eingegangen Der Verlauf der Messwerte kann durch eine Regressionsgerade dargestellt werden so dass ein ann hernd linearer Temperatur Druckverlauf entsteht Die Steigung der Regressionsgeraden betr gt 0 16 mbar K Das prinzipielle Temperaturverhal ten in VIP B entsprach den Erwartungen hinsichtlich eines Druckanstiegs bei Zunahme der Temperatur Allerdings wird im Bereich unter 10 C deutlich dass die gemessenen Werte nicht den tats chlichen Werten entsprechen k nnen da der gemessene Innendruck in die sem Bereich negative Werte annimmt siehe Bild 40 VIP B e Messwerte Druck Temp verlauf EE AM Es mm nach dealer Gasgleichung 4 ooo lineare ot Regressions 6 ge
233. uer amortisiert werden Die Zusatzeffekte und verbor genen M glichkeiten der besseren Steuerung von Abl ufen mittels der automatischen Identifikationstechnik ergeben sich aus einer Analyse des bisherigen Betriebsablaufs mit den gew nschten und m glichen Sollzust nden Der Mehrwert kommt aus der Kl rung der Abl ufe organisatorisch der Einbindung in das Netzwerk Lieferanten Kunden Supply Chain der Beschleunigung von T tigkeiten logistisch der Reduzierung von Suchzeiten sowie von Fehlern logistisch der gedanklichen Umstellung der Mitarbeiter psychologisch der teils neu zu strukturierenden EDV technisch der ganzheitlichen Auswertung der erhaltenen Daten auch zur Nachweisf hrung informationstechnisch der Verbindung der erfassten Daten zu erg nzenden Daten der Produktion infor mationstechnisch der Nutzung von Sensor RFIDs zum Monitoring der Bausysteme bauphysikalisch und zur Betriebsoptimierung im Geb udebetrieb FM betriebswirtschaftlich Diese Ziele sind mit den heutigen Transpondern Leseger ten und Datenbanken nur als In sell sungen in einigen Branchen au erhalb des Bauwesens umgesetzt Die kleinteilige und konservative Bauwirtschaft war bisher nicht bereit eine durchg ngige vernetzte elektroni sche Kennzeichnung zu erproben 1 5 5 2 ARGE RFIDimBau Ausgangsbasis f r die hier dargestellten Ergebnisse sind die bisherigen Teilprojekte der ARGE RFIDimBau 1 Dort wurde seit 20
234. ugeordnet werden Dies zeigt dass in der Matrix weder unn tigen Produktmerkmale noch unwichtige Kundenanforderung aufgef hrt wurden Eine n here Betrachtung der stark gewichteten Kundenanforderun gen zeigt dass diese von den Produktmerkmalen besonders stark erf llt werden Die we sentlichen Forderungen werden somit ausreichend wiedergegeben Die Wechselbeziehun Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 114 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit gen im Dach des HoQ widersprechen sich kaum Nur zweimal gibt es einen Zielkonflikt Zum einen ist das bei der Reichweite des RFID Systems der Fall die durch eine Komprimie rung der Antenne eventuell reduziert werden k nnte Hier gilt es einen Kompromiss zu finden wobei die Funktionst chtigkeit wichtiger eingestuft wird als der Komfort eines be sonders handlichen Systems Zum anderen ist mit dem in Anhang D beschriebenen Einsatz von RFID Etiketten keine durchgehende Funktionskontrolle bei allen Paneelen m glich bzw keine Druckmessung bei diesen Paneelen m glich Vor dem Einsatz des Systems in Kombination mit den RFID Etiketten muss ber den genauen Einsatzzweck und die damit verbundenen Erwartungen an das System entschieden werden Der technische Produktvergleich zeigt dass die Produktmerkmale des RFID Systems die eine Kundenanforderung mit hoher Gewichtung widerspiegeln in den meisten F llen den Konkurrenzprodukten berlegen sind Ein Produktmerkmal bei dem dies nicht der Fall ist ist d
235. ulogistik 748 S Vieweg Teubner 2009 Jehle P Seyffert S Wagner S Netzker M RFID IntelliBau Op timierungspotenziale im Lebenszyklus einer Bauwerks durch den Ein satz der Radio Frequency Identification Technologie Forschungsbe richt Fakult t Bauingenieurwesen Professur Bauverfahrenstechnik TU Dresden 2008 siehe in http www baufachinformation de literatur sp bu 20091 19005687 R ppel U St bbe M Zwinger U Kontextsensitives RFID Leitsystem zur Navigation und Ortung von Einsatzkr ften in Geb u den Forschungsbericht TU Darmstadt Institut f r Numerische Me thoden und Informatik im Bauwesen 2010 siehe Seite 46 47 in http www forschungsinitiative de PDF Broschuere Zukunft Bau 2 pdf und RFID Wartungs Leitsystem Brandschutz IRB Bericht F 2804 2012 in http www irbnet de daten rswb 12029020336 pdf K nig N W rth M vom B gel G RFID Kennzahlen Potenziale von RFID Technologien im Bauwesen Kennzahlen und Bauqualit t Forschungsbericht GB 183 2008 Fraunhofer Institut f r Bauphysik IBP Stuttgart und Fraunhofer Institut f r Mikroelektronische Schal tungen und Systeme IMS Duisburg 2008 IRB Bericht F 2743 siehe in http www irbnet de daten rswb 09119019866 pdf Finkenzeller Klaus RFID Handbuch Grundlagen und praktische Anwendungen von Transpondern kontaktlosen Chipkarten und NFC Carl Hanser Verlag M nchen 2008 und 2012 Helmus M Kelm A Lau at L Mei
236. um Einsatz eher sind die piezoe lektrischen und kapazitiven Drucksensoren im Einsatz Eine bersicht und das Funktions 4 Pt100 Sensoren Temperaturf hler in Wikipedia http de wikipedia org wiki Pt100 zuletzt abgerufen am 21 08 2012 gt Datenblatt Temperatursensor von Texas Instruments TMP112 High Precision Low Power Digital Temperature Sensor http www ti com product tmp112 zuletzt abgerufen am 21 08 2012 Fraunhofer IBP IMS Bericht RFID 01 2012 28 RFID Sensor Eneraie Hvaiene Sicherheit prinzip hierzu sind z B in zu finden Die recht komplexe Integration eines Drucksensors in einen Transponderschaltkreis ist ebenfalls verf gbar Hierf r lassen sich kapazitiv arbei tende Sensoren in mikromechanischer Aufbauweise bevorzugt einsetzen da hierbei mit sehr geringer Energieaufnahme Messungen erm glicht werden Die obere Platte eines Kondensators ist als Membran ausgelegt die sich durch Druckeinwirkung verformt und eine nderung der Kapazit t bewirkt Diese nderung kann z B mittels einfacher CCO capacitiv controlled oscillator ausgewertet werden Bild 16 zeigt den Aufbau eines sol chen Drucksensorelementes 1 5 um j j 0 8 um polysilicon gap Bild 16 Aufbau eines mikromechanischen Drucksensorelements in Schnittdarstellung 4 1 3 Sensortechnik Feuchtemessung Die Feuchtemessung unterteilt sich f r die Anwendungen der Bauindustrie in die beiden Bereiche Luftfeuchtemessung und Bauteilfeuchtemessung Die Technik zur E
237. und Antenne F r die Messungen an der Testfassade standen unterschiedliche Leseger te mit jeweils an deren Antennen aus dem Fraunhofer IMS zur Verf gung Die Kennzahlen in fett werden in den nachstehenden Tabellen verwendet Leseger t 1 VIP Lg Hw 4 1 2 Leseger t 2 VIP Lg Hw 4 1 3 Antenne A V3 2 6 Antenne B V3 2 12 Es werden die minimalen und maximalen Ausleseabstande verschiedener Kombinationen aus Leseger t und Antenne montiert auf einem Stativ verglichen Die Messungen wurden am VIP B an der Testfassade mit der Glasabdeckung innen durchgef hrt Tabelle 6 M glicher Ausleseabstand bei verschiedenen Antennen und Leseger te Leseabst nde f r RFID Drucksensor Transponder im VIP B mit Glasabdeckung Maximum mm 84 85 117 DEE ZU HE HERE EEE EEE EEE Die Ergebnisse zeigen dass das Leseger t keinen Einfluss auf den Ausleseabstand hat Der Austausch der Antenne bewirkt hingegen eine teilweise deutliche Ver nderung des aus lesbaren Abstands zwischen Sensor und Antenne Die Ursache liegt in der anderen Wick lung des Antennendrahtes und einer verbesserten Anpassung der Auslesesoftware 6 1 6 7 Einfluss der Antennenhalterung Bei diesen Versuchen wurde der Unterschied einer handgehaltenen und einer auf einem Stativ befestigten Antenne untersucht Bild 44 Die Ergebnisse ergaben dass der Einfluss der Antennenhaltung f r den minimalen Leseabstand relativ gering ist Der maximale Ab stand kann hingegen durch eine sta
238. ungen etc zu bestimmen Die Kooperation mit dem Hersteller des favorisierten Leseger t ARE H5 AEG ID Ulm gestaltete sich als zeitaufw ndig da die Bereitschaft das Ger t zu mo 62 Nach telefonischem Hinweis von G Hagel 20 08 2012 und Prof M Helmus 02 10 2012 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 120 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit difizieren gering war Dies lag u a an den nur sparlich gegebenen Zusagen aus dem Kreis der VIP Hersteller gr ere Mengen der Ger te abzunehmen solange die Tests nicht erfolg reich waren diese hingen wiederum an der Ger temodifikation die erst im Oktober 2012 er folgreich gelang In der Zwischenzeit wurde ein kleineres Leseger t Tiny im IMS erprobt und in Duisburg und Stuttgart f r die Demonstrationen eingesetzt das f r Demonstrations zwecke gut geeignet ist jedoch noch nicht alle Anforderungen an die Robustheit im Baube trieb befriedigt Seit einigen Monaten gibt es ein kommerzielles Leseger t als bautaugliches Smartphone mit aufsteckbarer HF UHF Antenne das angeblich den EPC Standard und die Ger teschutzklasse IP65 befriedigt CILICo cm380 Eine Ger terprobung steht noch aus Weitere Hinweise auf neue Messger te wie das System FensterCheck Ug lass zur Bestimmung des U Wertes von Verglasungen am Geb ude oder der Pr fung des Gasf llgrads mittels chemischem Licht Sensor zur Vorort Pr fung von Fenstern Fassaden etc zeigen Potentiale f r die Kombination mit RFID S
239. ur Bautauglichkeit Die bisherigen Untersuchungen zu den Beispielanwendungen der unterschiedlichen RFID Sensortransponder Systeme zeigen dass die geplante Verwendung prinzipiell funktioniert Besonderheiten im Umgang mit den Sensoren und Ger ten sowie bei der Datenauswer tung und einige Hinweise zur Bautauglichkeit werden im Folgenden beschrieben 7 1 Erfahrungen im Umgang mit der Hardware LF Hardware Ein Ziel der Untersuchungen war es den Einfluss von verschiedenen Randbedingungen bei der Messung des Innendrucks der VIP mit dem integrierten LF Sensor Transponder und dem Prototyp Leseger t zu untersuchen Sowohl die Versuche in der Klimakammer als auch an der Testfassade zeigen die erwartete Abh ngigkeit des Drucks von der Tempera tur Allerdings stimmen der gemessene Betrag und die Steigung des Druckverlaufs ber der Temperatur nicht bei allen Sensoren mit den erwarteten Werten berein Daraus war zu schlie en dass die vorhandenen Sensoren in den VIP nicht korrekt kalibriert wurden Die LF Sensoren und Leseger te aus neueren Produktionsreihen die 2011 2012 vom IMS Duisburg zur Verf gung gestellt wurden zeigten in den wiederholten Tests keine diesbe z gliche Auff lligkeit Es wird deshalb davon ausgegangen dass die Kalibrierung zuk nf tig kein Problem darstellen wird Am Beispiel der VIP Sensoren wurde die LF RFID Technik im Hinblick auf die Handhabbar keit und Bedienbarkeit untersucht Der Projektpartner Firma Isover stattete
240. usge lesen werden kann Die gespeicherten Daten auf dem Transponder k nnen durch das Le segerat nicht verandert werden Durch den verwendeten EEPROM Speicher konnen die Daten vor allem zur Kalibrierung aber mit einem speziellen EEPROM Programmierer be und uberschrieben werden Der Sensor Transponder ist als ASIC in CMOS Technologie ausgef hrt die durch die Kombination aus PMOS und NMOS Technik einen stromspa renden integrierten Schaltkreis ermoglicht Im Drucksensorhohlraum besteht nach der Herstellung je nach Prozessfuhrung ein Vakuum oder ein definierter Gasdruck Bei der De formation der Polysiliziumschicht wird die dabei entstehende Kapazit ts nderung des Kondensators als Sensoreffekt ausgenutzt Die Kapazit t des Drucksensors ist nur vom Druck nicht von der angelegten Spannung abh ngig Der zweite wichtige Bestandteil des RFID Systems ist das Leseger t mit der extern ange schlossenen Antenne aus einer Kupferdrahtspule im Handgriff Bild 27 zeigt das Leseger t mit Antenne als Prototyp Bild 27 Prototyp Leseger t f r IMS Sensor Transponder mit externer Antenne 23 In Anlehnung an eine Grafik des IMS Duisburg 24 Vgl Europ ische Patentschrift 0515416B1 Integrierbarer kapazitiver Drucksensor und Verfahren zur Herstellung dessel ben 1994 http depatisnet doma de DepatisNet depatisnet window 1 amp space main amp content einsteiger amp action tretfer letzter Zugriff 11 06 2011 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012
241. varaia Bild 53 Darstellung der Eingabemaske f r eine Checkliste zur Kenndatenerfassung nach DIN V 18599 aus 40 Zusammen mit den laufenden Arbeiten in der ARGE RFIDimBau zur Nutzung der RFID Technik in und an Bauteilen ergeben sich so kurz und mittelfristig Umsetzungspotentiale nicht nur f r die o g Checkliste f r Energieausweis Daten Mit einer hoffentlich besseren Dokumentation und R ckverfolgbarkeit der Bauproduktdaten in den Datenbanken und Speicherchips lassen sich diese bei der Anlieferung und beim Einbau automatisch erfas sen melden ihre Daten an die Gebaudeakte im Bauserver und erzeugen den gewunsch ten Soll Ist Vergleich zur Bauabnahme Daraus k nnen die geforderten Nachweise und die Daten zur Verwaltung von Geb ude und Anlagen entstehen Ein m glicher Weg vom Pa pieretikett zur elektronischen Datei f r die Erstellung von Dokumentationen und Nachwei se wie Energieausweis ist schematisch f r die wesentlichen Schritte im Bauprozess in Bild 54 dargestellt aus 10 Fraunhofer Bericht RFID 01 2012 70 RFID Sensor Energie Hygiene Sicherheit Kennzeichnung am Bau derzeit und k nftig mit RFID Sensor Technik Istwerte Lieferung l l l Sollwerte Planung Anforderungen l ung Nachweise derzeit Dokumentation Einbau Betrieb er Vergabedaten Verglasung Grenzwerte Ma e Lieferschein Papier 5 2 5 E U Wert Dokument ey oO EX a Zustand 520 V
242. www enocean com de radio technology 23 http www z wavealliance org 24 Langhammer N Kays R Drahtlose bertragung von Steuerinforma tionen im Vergleich ntz H 6 2010 S 18 21 25 Benutzerhandbuch RWE SmartHome in http www rwe smarthome de web cms mediablob de 584306 data 496046 4 smart homefhilfe Benutzerhandbuch pdfr 26 Ratzel U et alii Elektromagnetische Felder im Alltag LU BW und LfU Bayern AZ Kempten 2010 in www bestellen bayern de Elektro smog und Informationen in http www bfs de de elektro oekolabel html 27 Tamm G Tribowski C RFID Springer Verlag Berlin Heidelberg 2010 siehe in http inethub olvi net ua ftp library share rfid informatik 201im 20f okus 20rfid 202010 20p 157 pdf 28 Gro M RFID Systeme Zentrale Drehscheibe Middleware inhttp www Isis specials de profile_pdf editorial dabac_rfid0206 pdf 29 Melski A Schumann M Konzeptuelles Modell zu objektbegleiten den Datenspeicherung in RFID gest tzten Logistiknetzwerken Ar beitsbericht des Institutes f r Wirtschaftsinformatik Nr 3 2008 S 5 30 Klaubert C Entwicklung eines RFID basierten Informations und Kommunikationssystems f r die Baulogistik Dissertation 2011 TU M nchen und in www forbau de 31 DIN EN 1946 2 W rmetechnisches Verhalten von Bauprodukten und Bauteilen Technische Kriterien zur Begutachtung von Laboratorien bei der Durchf hrung der Messungen von W rme
243. z 13 56 MHz 13 56 MHz lt 135 kHz lt 135 kHz lt 135 kHz lt 135 kHz lt 135 kHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 860 960 MHz 13 56 MHz 13 56 MHz 13 56 MHz 13 56 MHz 13 56 MHz 13 56 MHz Mutually agreed ISO 18000 7 ISO 18000 7 ISO 18000 7 ISO 18000 7 ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C 18000 3 M3 18000 3 M3 18000 3 M3 18000 3 M3 18000 3 M3 ISO 18000 2 ISO 18000 2 ISO 18000 2 18000 2 ISO 18000 2 ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 18000 6 C ISO 14443 2 3 4 ISO 14443 2 3 4 ISO 14443 2 Type A ISO 14443 2 Type B ISO 15693 ISO 15693 2 Mutually agreed ISO JWG RFU ISO 17363 RFU ISO JWG RFU ISO 17364 RFU 17365 RFU ISO 17366 RFU ISO 17367 ISO 17363 EPCglobal t EPCglobal t EPCglobal t EPCglobal t EPCglobal EPCglobal t EPCglobal t ISO JWG ISO 17364 ISO 17365 ISO 17366 ISO 17367 ISO JWG ISO 17364 RFU ISO 17367 RFU US DoD RFU US DoD RFU ISO 7816 5 ISO 7816 5 ISO 7816 5 ISO 7816 5 ISO 7816 5 ISO 7816 5 Indicates transponders and readers encoders Indicates compatible readers encoders Reserved for future use License plate ID plus optional application data Reserved for future use Indicates compatible

RFID, eine Schlüsseltechnologie für transparente

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