Wie LoRaWAN®-Geräte BMS-Lösungen in bestehenden Gebäuden voranbringen

Gebäudeleittechnik (GLT) bildet seit über 30 Jahren die zentrale Steuerungsebene für den Gebäudebetrieb. Ursprünglich für die HLK-Steuerung entwickelt, haben sie sich schrittweise weiterentwickelt und überwachen nun auch andere wichtige Gebäudeparameter. Doch trotz des erweiterten Funktionsumfangs konnten die Systeme nicht immer mit den neuen Anforderungen moderner Gebäude Schritt halten.

Facility Manager stehen heute unter zunehmendem Druck, Energieeffizienzvorschriften einzuhalten, Betriebskosten zu senken, die Raumnutzung zu optimieren und gesündere, komfortablere Innenräume zu schaffen. Um diese Ziele zu erreichen, reichen einige wenige Basissensoren nicht aus – es bedarf Echtzeitdaten aus jedem Winkel eines Gebäudes.

Und genau da kommt LoRaWAN® ins Spiel.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen bieten LoRaWAN®-fähige IoT-Sensoren eine einfachere und kostengünstigere Möglichkeit zur großflächigen Gebäudeüberwachung. Dank ihrer großen Reichweite und ihres geringen Stromverbrauchs eignen sie sich ideal für die Nachrüstung bestehender Gebäude, ohne die hohen Kosten und den Aufwand für die Verlegung neuer Kabel.

Vergleichen wir: ZigBee, Z-Wave, Wi-Fi und BLE haben eine Funkreichweite von etwa 80–100 dB, was typischerweise 20–30 Metern oder einer Abdeckung von ein bis zwei Etagen eines Gebäudes entspricht. Diese Technologien wurden für hohe Datenübertragungsraten über kurze Distanzen oder für Mesh-Netzwerke entwickelt – die in Umgebungen mit vielen Störungen unzuverlässig und komplex einzurichten sein können.

LoRaWAN® hingegen unterstützt eine Link-Budgetierung von bis zu 150 dB und bietet damit in den meisten Gebäuden eine Abdeckung über vier bis sechs Betongeschosse. Seine Sterntopologie ist für die Übertragung kleiner Datenpakete über große Entfernungen mit Sub-GHz-Frequenzen (860 MHz und 900 MHz) optimiert, die deutlich weniger Störungen aufweisen als die stark frequentierten 2.4-GHz- und 5-GHz-Bänder anderer Technologien.

In der Praxis bedeutet dies, dass ein einziges LoRaWAN®-Gateway Tausende von batteriebetriebenen Sensoren unterstützen kann, die über eine ganze Anlage verteilt sind – viele davon können 5 bis 10 Jahre lang mit einer einzigen AA- oder Knopfzellenbatterie betrieben werden.

Und es hört hier nicht auf.

Besonders überzeugend an LoRaWAN® ist die native Kompatibilität mit bestehender Gebäudeleittechnik. Facility Manager müssen ihre Systeme nicht komplett umstellen – LoRaWAN®-Sensoren lassen sich genauso einfach integrieren wie kabelgebundene Geräte. Für Systemintegratoren und Betreiber bedeutet das: keine Umstellung, sondern ein deutlich günstigerer Betrieb.

Wir sprechen hier von einem Zehntel bis einem Hundertstel der Kosten für die Installation kabelgebundener Sensoren. Und dennoch erhalten Sie mit LoRaWAN® die Möglichkeit, Ihr Gebäude in Echtzeit über dieselbe vertraute Gebäudeleittechnik-Oberfläche zu überwachen und zu steuern.

Mit diesem Ansatz können Gebäudebetreiber:

1. den Energieverbrauch reduzieren können durch intelligentere, datengesteuerte Steuerung
2. Niedrigere Betriebs- und Wartungskosten durch Minimierung manueller Inspektionen
3. Maximieren Sie die Raumnutzung indem man versteht, wie Bereiche tatsächlich genutzt werden
4. Komfort und Wohlbefinden verbessern für Bewohner mit besserer Umweltüberwachung
5. Einhaltung der staatlichen Vorschriften verbunden mit Netto-Null- und Energieeffizienzinitiativen

Und das alles, ohne das bestehende Facility-Management-Ökosystem zu stören.

Das ist die Stärke von LoRaWAN®. Und deshalb rüsten so viele Facility Manager ihre bestehenden Gebäudeleittechniksysteme (BMS) durch die Hinzufügung von LoRaWAN®-Geräten auf – wodurch Verkabelung, Arbeitsaufwand und Zeitaufwand reduziert werden.

Ob es sich um ein 5-stöckiges Geschäftsgebäude oder ein 50-stöckiges Hochhaus handelt, wir haben Kunden geholfen, LoRaWAN® in nur einem Tag oder innerhalb von ein bis zwei Wochen für größere Anlagen einzuführen – und das mit nur einem kleinen Team vor Ort.

Wie kam es also dazu – und warum etabliert sich LoRaWAN® als die bevorzugte Lösung für die Modernisierung von Gebäudesystemen? Lassen Sie uns die Entwicklung von Gebäudeleittechnik (BMS), die Grenzen traditioneller Infrastrukturen und die klaren Vorteile von LoRaWAN® näher betrachten.

Eine kurze Geschichte von BMS

Intelligente Gebäude mögen zwar wie eine Neuerung erscheinen, doch die Wurzeln von Gebäudeleitsystemen (BMS) reichen fast zwei Jahrhunderte zurück.

Die Reise begann Anfang des 1800. Jahrhunderts mit der Einführung einfacher Automatisierungswerkzeuge wie mechanischer Thermostate zur Steuerung von Beleuchtung und Temperatur in Gebäuden. Diese frühen Erfindungen legten den Grundstein für komplexere Automatisierungssysteme, die folgen sollten.

Ein wichtiger Meilenstein wurde 1883 erreicht , als Warren Johnson den ersten elektrischen Thermostat entwickelte. Dieses einfache, aber leistungsstarke Gerät bildete die Grundlage für das, was sich schließlich zu den heutigen Gebäudeautomationssystemen (BAS) und Gebäudemanagementsystemen (BMS) entwickeln sollte.

In den 1920er Jahren wurde das erste rudimentäre Gebäudeleitsystem (BMS) in einem New Yorker Bürogebäude installiert. Es nutzte analoge elektrische Regler zur Steuerung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit – ein früher Einblick in die zentrale Klimatisierung von Geschäftsräumen.

Mit dem Aufkommen der digitalen Elektronik, der Vernetzung und speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) in den 1950er Jahren begann die Gebäudeleittechnik (BMS) sich zu verbreiten. Gebäude konnten nun eine größere Vielfalt an Systemen mithilfe einer immer ausgefeilteren Infrastruktur steuern.

Doch erst die Einführung mikroprozessorgesteuerter Systeme in den 1970er Jahren hat das Gebäudeleitsystem (BMS) wirklich zu dem gemacht, was wir heute kennen: ein flexibles, programmierbares Steuerungssystem, das wichtige Gebäudefunktionen zentralisieren und automatisieren kann.

Dann kam das Jahr 1996 und mit ihm ein Wendepunkt: BACnet . Dieses offene Kommunikationsprotokoll ermöglichte es verschiedenen Systemen – Heizung, Lüftung, Klima, Beleuchtung, Brandschutz und mehr –, „dieselbe Sprache zu sprechen“ und erweiterte so die Interoperabilität und Skalierbarkeit von Gebäudeleittechnik-Lösungen erheblich.

Von mechanischen Thermostaten bis hin zu digitaler Intelligenz hat die Gebäudeleittechnik (BMS) einen langen Weg zurückgelegt. Doch wie wir im Folgenden sehen werden, ist die Grundlage zwar solide, aber moderne Gebäude benötigen weit mehr, als traditionelle Systeme leisten konnten.

Lassen Sie uns genauer betrachten, warum Gebäudeautomationssysteme (BMS) ihren Ursprung in der Klimatechnik haben – und was das für ihre heutigen Fähigkeiten bedeutet.

Warum Gebäudeleittechnik mit HLK begann

Gebäudeleittechnik (GLT) hat ihre Wurzeln in der Automatisierung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen ( HLK ), und das ist kein Zufall. Bereits in den 1880er Jahren wurden erste Thermostate zur Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung entwickelt – lange bevor der Begriff „GLT“ überhaupt existierte.

Mit der Erfindung der Klimaanlage durch Willis Carrier im Jahr 1902 wurde die Klimatisierung großer Gebäude zentralisiert und damit der Grundstein für die Automatisierung gelegt. Die damaligen HLK-Systeme – bestehend aus Kanälen, Kesseln und Kältemaschinen – waren komplex und erstreckten sich über ganze Gebäude. Mit dem Aufkommen digitaler Elektronik und speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) in den 1960er- und 70er-Jahren war die Automatisierung der HLK-Systeme ein logischer erster Schritt.

Neben den technischen Erfordernissen spielten auch wirtschaftliche Faktoren eine Rolle. Die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HLK) verbraucht den größten Teil der Energie in Gewerbegebäuden. Ihre Automatisierung bot sofortige Energieeinsparungen und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, was sie zu einer wirtschaftlich sinnvollen Investition machte.

BMS begann also mit der Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK), weil diese am wichtigsten war – technisch, finanziell und betrieblich.

Als nächstes werden wir uns ansehen, wie sich BMS weiterentwickelt hat, um weit mehr als nur Luft zu verwalten.

BMS-Erweiterung auf weitere Gebäudesteuerungsfunktionen

Nachdem HLK-Systeme digitalisiert und zentralisiert wurden, entwickelten sich BMS-Plattformen rasant weiter, um Folgendes zu integrieren:

• Beleuchtung: Zeitplanung und Dimmung basierend auf der Belegung
• Brandschutz und Lebenssicherheit: Alarme, Rauchschutzklappen, Notfallmaßnahmen
• SicherheitszugangIntegration von Videoüberwachung, Ausweislesegeräten und Einbruchschutz
• Machtverteilung: Messung, Lastabwurf und Steuerung der Stromversorgung
• Beschattung, Aufzüge, Wassersysteme: um Komfort und Energieverbrauch zu optimieren

Diese Expansion führte dazu, dass sich Gebäudeautomationssysteme zu Multisystem-Hubs weiterentwickelten, wodurch Energieeffizienz, Nutzerkomfort und Sicherheit verbessert wurden.

Dominante BMS-Protokolle, Software und Frameworks heute 

BACnet (ANSI/ASHRAE 135) ist seit 1995 das De-facto-Protokoll für die Gebäudeautomation. Es unterstützt HLK, Beleuchtung, Zutrittskontrolle, Brandschutz und vieles mehr. Sein Marktanteil lag 2024 bei 40 %, Modbus folgte mit rund 25 %.

LonWorks , KNX und oBIX sind Nischenanbieter, die den Datenaustausch zwischen Geräten über BACnet oder REST ermöglichen.

Das Tridium Niagara Framework / Niagara 4 ist eine universelle Plattform, die die Integration von Geräten in Unternehmenssysteme über BACnet, Modbus, LonTalk, oBIX und REST-APIs ermöglicht. Es ist in Produkten von Trend, Honeywell WEBs, Distech, Cylon und anderen Herstellern integriert. Es zeichnet sich durch Skalierbarkeit, Interoperabilität und IoT-Kompatibilität aus, erfordert jedoch spezielle Schulungen.

Gebäudeleittechnik (BMS) begann Mitte des 20. Jahrhunderts mit der Steuerung ^von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK), da diese zentralisiert, kostenintensiv und mit erheblichen Auswirkungen verbunden waren. Nach der Implementierung war die Erweiterung der Plattform auf weitere Gebäudesysteme ein logischer und kosteneffizienter nächster Schritt für die schrittweise Integration von Beleuchtung, Sicherheit, Brandschutz, Energieversorgung, Beschattung, Wasserversorgung und Zutrittskontrolle. Moderne BMS basieren auf offenen Protokollen (BACnet, Modbus) und Frameworks wie Niagara , um diverse Systeme zu integrieren und ein modernes, IoT-fähiges Gebäudemanagement zu unterstützen.

Kernfunktionen des Gebäudeleitsystems jenseits der HLK-Anlage

Moderne Gebäudeleittechnik (BMS) steuert und überwacht eine Vielzahl von miteinander verbundenen Systemen, die über die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HLK) hinausgehen, wie zum Beispiel:

1. Beleuchtungssysteme – Zeitplanung, Dimmung, Anwesenheits-/Lichtreaktion
2. Elektrische Verteilung und Leistungsüberwachung – Verwaltung von Stromkreisen und Lasten
3. Beschattung und Verglasung – automatisierte Jalousien- oder Smart-Glass-Steuerung
4. Zugangskontrolle und Sicherheit – Türsysteme, Videoüberwachung, Bewegungsmelder
5. Brandschutz – Alarme, Dämpfer, Rauchabzug, Integration mit der HLK-Anlage
6. Aufzüge/Rolltreppen – Überwachung und Notfallübersteuerung
7. Energiemanagement – Echtzeitverbrauch, Nachfragesteuerung
8. Notfallmanagement-/Katastrophensysteme – z.B. Reaktion auf Erdbeben oder Überschwemmungen
9. Wassersysteme – Pumpen, Wasserkreisläufe für Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, Leckageerkennung
10. Protokollierung von Alarmen und Benachrichtigungen – Systemausfälle, Wartungshinweise

Wie viele Gebäudeautomationssysteme sind im Einsatz und wie groß ist der Markt?

Auch wenn genaue Zahlen zu weltweit eingesetzten Gebäudeleitsystemen (GLT) selten sind, lässt sich anhand von Marktdaten ein deutlicher Eindruck von der Größenordnung gewinnen:

• Das Der globale BMS-Markt wurde im Jahr 2024 auf rund 19.8 Milliarden US-Dollar geschätzt.und wird voraussichtlich um etwa eine Rate von 3 % CAGR zwischen 2025 und 2034 (Quelle: Global Market Insights).
• Eine weitere Prognose sagt Wachstum voraus. 20.25 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024 auf 82 Milliarden US-Dollar bis 2034, an einer 0% CAGR (Quelle: Vorrangforschung).
• Eine separate Schätzung beziffert den Markt auf 14.4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2023, erweitert auf 33.8 Milliarden US-Dollar bis 2030-ein 0% CAGR .

Diese Prognosen verdeutlichen eine riesige und stetig wachsende Branche. Da die meisten seit den 2000er Jahren errichteten gewerblichen, institutionellen und industriellen Hochhäuser über irgendeine Form von Gebäudeleittechnik verfügen, dürften weltweit Hunderttausende bis Millionen aktiver Systeme in Betrieb sein.

Diese Expansion wird durch steigende Energiepreise, strengere Nachhaltigkeitsauflagen und den Trend zu intelligenteren, datengestützten Gebäudebetrieben angetrieben. Trotz dieses Wachstums sind viele Gebäudeleittechnik-Installationen jedoch immer noch kabelgebunden – was ein klares Potenzial für drahtlose Innovationen wie LoRaWAN® eröffnet.

Als Nächstes werden wir untersuchen, wie die traditionelle BMS-Architektur im Kern verankert ist – und warum dies sowohl Einschränkungen als auch Möglichkeiten für eine Modernisierung mit sich bringt.

Warum BMS fast vollständig verkabelt sind 

Die meisten Gebäudeleittechniksysteme (GLT) in Gewerbe- und Industriegebäuden sind heutzutage aus spezifischen technischen, betrieblichen und wirtschaftlichen Gründen kabelgebunden . Drahtlose Technologien wie WLAN, BLE, ZigBee und Z-Wave werden in GLT-Systemen selten eingesetzt – nicht etwa, weil sie nicht verfügbar wären, sondern weil sie für kritische Infrastrukturen in großen, komplexen Gebäuden grundsätzlich ungeeignet sind.

Warum Wi-Fi, BLE, Zigbee und Z-Wave selten verwendet werden

Drahtlose Technologien wie WLAN, Bluetooth Low Energy (BLE), ZigBee und Z-Wave sind in der Unterhaltungselektronik und in Smart-Home-Systemen weit verbreitet – finden aber in Gebäudemanagementsystemen für Unternehmen kaum Anwendung. Und das liegt nicht an mangelnder Verfügbarkeit. Diese Technologien sind schlichtweg nicht für die Anforderungen an Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Langlebigkeit ausgelegt, die große Gewerbe- und Industriegebäude erfüllen müssen. Hier erfahren Sie warum.

 

Warum drahtlose Sensoren in Gebäudeleitsystemen häufig versagen

Lassen Sie uns ein Szenario aus der Praxis durchgehen.

Stellen Sie sich vor, Sie sollen ein 30-stöckiges Krankenhaus mit drahtlosen Sensoren ausstatten, um Temperatur und Luftfeuchtigkeit in jedem Patientenzimmer, Flur und Versorgungsbereich zu überwachen. Theoretisch klingt das nach einer guten Möglichkeit, die Verkabelungskosten zu senken. Doch in Wirklichkeit passiert Folgendes:

1. Wi-Fi würde brauchen Hunderte von Zugangspunkten (APs) über mehrere Etagen und Flügel hinweg – plus eine umfangreiche IT-Infrastruktur zur Verwaltung von Konnektivität, Aktualisierungen und Sicherheit.
2. BLE und ZigBee Sie könnten im Vergleich zu WLAN Strom sparen, aber sie bräuchten trotzdem Batteriewechsel alle 1–2 Jahre, ganz zu schweigen von einem dichten Netzwerk von Netzwiederholungselemente lediglich um eine reibungslose Kommunikation zwischen den Etagen zu gewährleisten.
3. Betonwände, Aufzüge und medizinische Geräte Dies würde massive Signalstörungen verursachen – was bedeutet, dass viele Sensoren keine oder nur eine sehr geringe Verbindung herstellen können.
4. Jedes Mal, wenn ein Gerät bewegt wird, ausfällt oder die Stromversorgung verliert, IT- oder Anlagenpersonal muss den Knoten manuell wieder in Betrieb nehmen.—was zu stundenlangen, unerwarteten Wartungsarbeiten führt.
5. Am Ende, der Zeitaufwand, Arbeitsaufwand und Risiko von Systemausfällen Die anfänglichen Einsparungen durch den Verzicht auf Kabel werden schnell übertroffen.

Das ist keine bloße Theorie, sondern Realität für viele Facility-Management-Teams, die mit drahtlosen Kurzstreckensensoren experimentiert haben. Ohne speziell dafür entwickelte Infrastruktur und zuverlässige Langzeitübertragung verursachen diese Systeme oft mehr Probleme, als sie lösen.

Im nächsten Schritt werden wir genau erläutern, wie LoRaWAN® diese Schwierigkeiten überwindet – und warum es sich besser für anspruchsvolle Umgebungen wie Krankenhäuser, Bürogebäude und Industrieanlagen eignet.

Warum LoRaWAN® ideal zur Verbesserung von BMS geeignet ist

LoRaWAN überwindet viele Einschränkungen drahtloser Netzwerke:

1. Linkbudget von über 150 dB → durchdringt Beton und überbrückt 4–6. Dies liegt an der geringeren Interferenz im Sub-GHz-Spektrum im Vergleich zum 2.4- und 5-GHz-Spektrum sowie an der störungsresistenten LoRa-Physikalischen Schicht.
2. Ultra-Low-Power → 5–10 Jahre Batterie
3. Sterntopologie → kein Netz
4. BMS-native Integration → kann aus Sicht des Gebäudeleitsystems über Gateways und Konverter (Modbus, BACnet, MQTT) als „verdrahteter Sensor“ fungieren.

Verfügen die meisten heute eingesetzten BMS-Lösungen über genügend kabelgebundene Sensoren und Geräte, um alle erforderlichen Daten zu erfassen und die fünf zuvor genannten Schlüsselbereiche für Facility Manager abzudecken?

Nein – die meisten heute eingesetzten Gebäudeleittechnik-Lösungen verfügen nicht über genügend kabelgebundene Sensoren und Geräte, um die fünf wichtigsten Bereiche für Gebäudemanager vollständig abzudecken:

1. den Energieverbrauch reduzieren können
2. Reduzieren Sie die Betriebs- und Wartungskosten
3. Steigerung der Gebäudenutzung
4. Wohlbefinden und Lebensqualität verbessern
5. Einhaltung der Regierungsrichtlinien (Netto-Null-Emissionen, Energieeffizienz),

Und hier ist warum:

Herkömmliche Gebäudeleittechniksysteme (BMS) wurden für die Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HLK) entwickelt, nicht für die umfassende Überwachung.

• Traditionelle Gebäudeleittechnik (BMS) steuert primär Heizung, Lüftung, Klimaanlage, Beleuchtungund vielleicht auch Brandschutz und
• Sie Mangelnde Granularität—ein Sensor könnte beispielsweise ein ganzes Stockwerk repräsentieren oder
• Moderne Anwendungsfälle erfordern Raumebene, Schreibtischebene und Zonenebene Erkenntnisse (z. B. CO₂, Anwesenheit, Luftfeuchtigkeit), die herkömmliche kabelgebundene Sensoren nicht liefern.

Der Einsatz kabelgebundener Sensoren ist durch Kosten und Komplexität begrenzt.

• Das Verlegen von Kabeln ist teuer und störend – insbesondere in bewohnte oder umgebaute Gebäude.
• Infolgedessen BMS-Integratoren Verkabeln Sie nur das, was als „unbedingt notwendig“ erachtet wird. (Klimaklappen, Temperaturmesspunkte, Leistungsmesser).
• Systeme haben oft minimale oder keine Sensoren für:
  1. Belegung und Schreibtischnutzung
  2. Innenraumluftqualität (CO₂, VOCs, 5)
  3. Vorausschauende Wartung (Vibration, Motortemperatur)
  4. Wasserverbrauch und Leckageerkennung
  5. Lärmpegel und menschlicher Komfort

Datenlücken führen zu blinden Flecken 

Ohne dichte Sensorabdeckung können Facility Manager Folgendes nicht:

1. Untergenutzte Bereiche für Energieeinsparungspotenzial identifizieren
2. Optimierung von Reinigung, Beleuchtung oder Belüftung anhand der tatsächlichen Belegung
3. Lecks oder Ineffizienzen von Anlagen frühzeitig erkennen
4. Überprüfung von Angaben zur Luftqualität (zunehmend reguliert nach COVID)
5. Einhaltung der neuen ESG- und Dekarbonisierungsvorgaben

Die meisten Systeme sind geschlossen oder schwer zu aktualisieren.

1. Viele BMS-Installationen sind proprietär oder halboffen (z. B. ältere Systeme von Johnson Controls, Siemens oder Honeywell).
2. Das Hinzufügen neuer Geräte erfordert oft lizenzierte AuftragnehmerSoftware-Updates und Kompatibilität
3. Dies schränkt ihre Flexibilität und Skalierbarkeit bei der Erfassung neuer Daten ein.

Am häufigsten eingesetzte Gebäudeleittechnik heute

Was ist erforderlich, um die 5 Ziele vollständig zu erreichen?

Warum LoRaWAN der Schlüssel zur Schließung dieser Lücken ist

Die meisten heute eingesetzten Gebäudeleitsysteme wurden für kabelgebundene Infrastrukturen konzipiert – und das hat sich als ernsthafte Einschränkung erwiesen. Zwar regeln sie grundlegende Funktionen wie Heizung, Lüftung, Klimaanlage und Beleuchtung, doch fehlen diesen Systemen oft die detaillierten Daten, die notwendig sind, um Kosten zu senken, den Komfort zu verbessern und die heutigen regulatorischen und ESG-Anforderungen zu erfüllen.

Hier kommen LoRaWAN®-Sensoren ins Spiel . Sie sollen das Gebäudeleitsystem nicht ersetzen, sondern es ergänzen.

Aktuelle BMS-Sensorabdeckung und Potenzial mit LoRaWAN-Sensoren und -Geräten

Typischer HF-Bereich in dB für Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave und LoRaWAN

Hier ist ein Vergleich der typischen RF-Linkbudget-Bereiche (in dB) für Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave und LoRaWAN . Dies ist der entscheidende Faktor, der bestimmt, wie weit und zuverlässig ein Signal übertragen werden kann und dennoch empfangen wird:

Vergleichstabelle der HF-Link-Budgetwerte (dB)

Was bedeutet „Linkbudget“? 

Linkbudget = Sendeleistung + Empfängerempfindlichkeit – Pfadverlust 

• Höheres Linkbudget bedeutet größere Reichweite, bessere
• Jede 6-dB-Verstärkung entspricht in etwa einer Verdopplung der Reichweite im freien Fall. Zum Beispiel:
• BLE (~95 dB) könnte eins erreichen
• LoRaWAN (~160 dB) kann einen gesamten Campus oder mehrere Gebäude von einem aus abdecken

Hier sind die typischen RF-Link-Budgets (in dB), ein wichtiges Maß für die drahtlose Reichweite und Durchdringung, das häufig für IoT-Technologien im Konsum- und Industriebereich herangezogen wird:

RF-Linkbudgetvergleich

Erläuterung

• Budget verknüpfen = Sendeleistung + Antennengewinn – EmpfangsempfindlichkeitEs zeigt an, wie hoch der Pfadverlust des Signals sein kann.
• Grob gesagt, jedes zusätzliche 6 dB im Linkbudget Doppelbereich in Freiheit
• Wi-Fi, BLE, Zigbee arbeiten in 4 GHz, bietet eine begrenzte Reichweite in Innenräumen (10–50 m).
• Z-Wave und LoRaWANunter Verwendung von unter 1 GHzMit LoRaWAN-Angeboten erzielen Sie eine größere Reichweite und Durchdringung. 4–6 Betongeschosse Reichweite und Kilometer im Freien dank des wesentlich höheren Linkbudgets.

Zusammenfassung

• W-lan: ~110 dB → 20–50 m in Innenräumen
• BLE: ~95–100 dB → 10–30 m
• ZigBee: ~95–100 dB → 10–20 m
• Z-Welle: Standard ~100–110 dB (30–100 m in Innenräumen)
• LoRaWAN: 150–157 dB → Hunderte von Metern in Innenräumen, mehrere Kilometer im Freien

Erinnern Sie sich, wie dB abgeleitet wird und die grundlegenden dB-zu-Linear-Verhältnisse:

• Um aus dem linearen Wert einen Leistungs-dB-Wert zu erhalten, logarithmiert man den linearen Wert und multipliziert ihn mit 10, also 10 * log(100) = 10 * 2 = 20 dB. Es ist hilfreich, sich diese Basiswerte zu merken:
• 10 dB sind 10; 20 dB sind 100; 30 dB sind 1000, …. 60 dB sind 1,000,000, … 90 dB sind 1,000,000,000 oder die Anzahl der Nullen in einer linearen Zahl definiert die Logarithmuszahl und den dB-Wert als erste Ziffer.

Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass LoRaWAN eine um 50–60 dB höhere HF-Link-Budgetierung aufweist, also 100,000 bis 1,000,000-mal höher! Dies erklärt, warum LoRaWAN Signale über 4–6 Stockwerke empfangen kann, während andere Technologien bereits auf derselben Etage Probleme haben.

Hier ist eine praktische Schätzung, wie viele Betonetagen die einzelnen drahtlosen Technologien typischerweise in einem Gebäude durchdringen können, basierend auf ihrer HF-Link-Budgetierung , Betriebsfrequenz und Signaldämpfung pro Etage (typischerweise 10–20 dB pro Betonetage, abhängig von Dicke, Bewehrung und Feuchtigkeit):

Drahtlose Technologie vs. Bodendurchdringung 

Leistungsaufnahme des Geräts

Betrachten wir nun den typischen Stromverbrauch von Sensoren bzw. Geräten in mA für Wi-Fi-, BLE-, ZigBee-, Z-Wave- und LoRaWAN-Geräte. Die Übersicht über den typischen Stromverbrauch (in mA oder µA) von Wi-Fi-, BLE-, ZigBee-, Z-Wave- und LoRaWAN-Sensoren/Geräten basiert auf repräsentativen Internet- und wissenschaftlichen Quellen:

Leistungsprofile für drahtlose Technologien

Höhepunkte & Interpretation

• W-lan Die Geräte halten die Funkmodule aktiv und verbrauchen dabei Energie. von einigen zehn bis zu einigen hundert mAwodurch sie für batteriebetriebene BMS ungeeignet sind.
• BLE bietet extrem niedrige Schlafströme (~5 µA) mit moderaten TX-Spitzen (~5 mA) in kurzer Zeit
• Zigbee und Z-Wave sind auf geringen Stromverbrauch optimiert, mit Schlafströmen im µA-Bereich und Sendeströmen von ~40 mA (Zigbee) bzw. ~23 mA (Z-Wave).
• LoRaWAN glänzt bei Langzeit-Batterienutzung: Tiefschlaf im einstelligen µA-Bereich, mit TX von 20 mA (niedrige Leistung) bis 130 mA (max TX).

Ergebnis: BLE, Zigbee, Z-Wave und insbesondere LoRaWAN ermöglichen eine mehrjährige Batterielaufzeit, Wi-Fi hingegen nicht.

Beispielvergleich 

• BLE-Sensor: Wacht alle 2 Sekunden auf, sendet einen 3 ms langen Impuls mit 5 mA → ~075 mAh/Tag.
• LoRaWAN-SensorTiefschlaf bei 60 µA, TX-Bereichsimpulse bei ~30 mA → ~25 mAh/Tag (~600 mAh pro Jahr).
• Wi-Fi-GerätSelbst im Leerlauf verbraucht es ~50 mA → ~1200 mAh/Tag (nicht tragbar für den Akku).

Zusammenfassung

• W-lan: Immer eingeschaltetes Radio; hohe Energieungeeignet für den Langzeitbetrieb
• BLEHervorragend für den Akku; Schlafmodus im µA-Bereich, ~5 mA
• Zigbee/Z-WaveSchlaf in µA; TX um 23–40mA.
• LoRaWAN: Hocheffizienter Tiefschlaf (µA), TX bis zu 130 mA, unterstützend 5–10 Jahr austauschbare Akkus

Dauer der Paketübertragung für IoT-Technologien

Hier ist eine Aufschlüsselung der typischen Paketübertragungsdauern für Wi-Fi, BLE, Zigbee, Z-Wave und LoRaWAN – ein Schlüsselfaktor, der den Stromverbrauch, die Latenz und die Bandbreite beeinflusst:

Übertragungszeit pro Paket nach Technologie

 Auswirkungen des LoRaWAN-Spreizfaktors (SF)

Zusammenfassung der Sendezeit pro Paket

Einblick 

• BLE und ZigBee Sie zeichnen sich durch schnelle, energieeffiziente Impulse für kurze Distanzen aus
• LoRaWAN Geschwindigkeit wird gegen Reichweite getauscht, und eine lange Sendedauer ist akzeptabel, da es überträgt nur wenige Male pro Stunde in den meisten IoT-Anwendungsfällen.
• Wi-Fi ist auf Geschwindigkeit und Daten optimiert, hat aber hoher Grundstromverbrauch und ist nicht ideal für batteriebetriebene IoT-Geräte.

Betrachten wir nun fünf Technologien hinsichtlich Sende- und Empfangsrate, Paketgröße und Sendefrequenz und listen wir auf, wie lange eine handelsübliche 3V-AA-Lithiumbatterie für einen Temperatursensor bei allen fünf Technologien durchhält.

Hier ist eine verfeinerte Analyse basierend auf Internetdaten für Sende- (TX) und Empfangsströme (RX), Paketgrößen, Sendefrequenz und geschätzte Batterielebensdauer (bei Verwendung einer ~2600 mAh 3V AA Lithiumbatterie) für einen typischen Temperatursensor:

Hier ist die aktualisierte Tabelle der Leistungs- und Nutzungsprofile , wobei davon ausgegangen wird, dass jede Technologie einmal alle 5 Minuten einen Temperaturmesswert übermittelt (12 Übermittlungen pro Stunde, 288 pro Tag) und die restliche Zeit im Ruhemodus ist.

Wir berücksichtigen außerdem die typische Sendezeit, den Stromverbrauch und den Energieverbrauch im Ruhemodus , um die Batterielebensdauer mit einer 3V 2600 mAh AA-Lithiumbatterie abzuschätzen :

Leistungs- und Nutzungsprofile (5-Minuten-Paketintervall)

Hinweis:

• W-lan verbraucht Strom selbst im Leerlauf und die ständige Neuverbindung mit einem Netzwerk alle 5 Minuten verbraucht viel Energie → nicht geeignet für batteriebetriebene Sensoren.
• BLE ist aufgrund ultrakurzer Übertragungsimpulse und Tiefschlaf äußerst effizient.
• Zigbee und Z-Wave Sie funktionieren gut, haben aber längere Radiobetriebszeiten und einen etwas höheren Stromverbrauch als
• LoRaWAN hat die längste Sendedauer, aber wegen seltene Übertragung und trotz extrem niedrigem Stromverbrauch im Ruhemodus erreicht es immer noch eine branchenführende Akkulaufzeit.

Zusammenfassung 

Fügen Sie nun der Verkaufstabelle die Spalten hinzu, die die HF-Reichweite in dB und die Anzahl der Stockwerke, die jede Technologie abdeckt, auflisten. Hier ist die vollständige Vergleichstabelle mit HF-Linkbudget, die alle kritischen Parameter berücksichtigt:

• Leistungs- und Nutzungsprofile (für 5-Minuten-Paketintervalle)
• Batterielebensdauer (3V 2600 mAh AA Lithium)
• RF-Linkbudget (in dB)
• Typische Bodendurchdringung in einem Betongebäude

Vergleichstabelle für einheitliche drahtlose Technologien

Wichtige Erkenntnisse 

• LoRaWAN zeichnet sich durch lange Akkulaufzeit, große Funkreichweite und hohe Bodendurchdringung aus – perfekt für Unternehmen und ganze Einrichtungen.
• BLE ist extrem energieeffizient, aber auf den Einsatz im selben Raum beschränkt.
• Zigbee/Z-Wave sind solide Mittelklasselösungen für Smart Homes und leichte Gewerbebetriebe
• Wi-Fi Für batteriebetriebene Sensoren ist dies aufgrund des konstanten Stromverbrauchs und der schlechten Netzabdeckung auf mehreren Etagen nicht praktikabel.

Fazit: Das BMS-Puzzle mit LoRaWAN® vervollständigen

Da Gebäude immer intelligenter werden und Nachhaltigkeit zur Notwendigkeit – und nicht mehr nur ein nettes Extra – wird, lassen sich die Grenzen herkömmlicher, kabelgebundener Gebäudeleittechnik-Infrastrukturen immer schwerer ignorieren. Obwohl Gebäudeleittechnik-Systeme Facility Managern jahrzehntelang gute Dienste geleistet haben, waren sie nie für die heute erforderliche Datengranularität, Flexibilität und Skalierbarkeit ausgelegt.

LoRaWAN® ändert das.

Durch die Bereitstellung drahtloser Kommunikation mit großer Reichweite und geringem Stromverbrauch ermöglicht LoRaWAN® die schnelle Installation Tausender Sensoren – ohne die hohen Kosten und Beeinträchtigungen durch die Verlegung von Kabeln. Es durchdringt Betonböden, läuft jahrelang mit einer einzigen Batterie und lässt sich nativ in bestehende Gebäudeleitsysteme (BMS) über Standardprotokolle wie BACnet und Modbus integrieren.

Von Energieeffizienz und vorausschauender Wartung bis hin zu Raumluftqualitätsüberwachung und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften – LoRaWAN® schließt die entscheidenden Datenlücken, die kabelgebundene Systeme allein nicht abdecken können. Es ermöglicht Facility Managern einen proaktiven, ganzheitlichen Ansatz für den Gebäudebetrieb – egal ob es sich um eine Sanierung, einen 50-stöckigen Turm oder ein nationales Immobilienportfolio handelt.

Das Ergebnis? Schnellere Installationen. Geringere Kosten. Mehr Transparenz. Und Gebäude, die endlich so intelligent und reaktionsschnell sind wie die Menschen, die darin arbeiten.

Es geht nicht darum, Ihr Batteriemanagementsystem (BMS) auszutauschen. Es geht darum, sein volles Potenzial auszuschöpfen.