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Innovative Sensor- und Steuerungslösungen von Cubic für das Smart Home

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Cubic Advanced Sensing Technologies ermöglicht ein intelligentes Energiemanagement in Gebäuden

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1. Globaler politischer Kontext für Energieeffizienz und Emissionsminderung im Gebäudebereich

Im Rahmen des globalen Konsenses zur Bekämpfung des Klimawandels sind Energieeinsparung und Emissionsminderung im Gebäudebereich weltweit zu zentralen Prioritäten der nationalen Politik geworden. Gemäß der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen (UNFCCC) haben die großen Volkswirtschaften klare Ziele zur Reduzierung der CO₂-Emissionen festgelegt. China hat die Energieeffizienz von Gebäuden zu einem zentralen Bestandteil seiner „Dual-Carbon“-Ziele erhoben – dem Erreichen des Höchstwerts der CO₂-Emissionen vor 2030 und der Erreichung der CO₂-Neutralität bis 2060. Durch Maßnahmen wie den Aktionsplan für grünes Bauen und die kontinuierliche Verschärfung der Energieeffizienzstandards für Gebäude treibt China die Einführung energieeffizienter Technologien und die Entwicklung intelligenter Gebäude voran. Die Europäische Union hat sich verpflichtet, bis 2050 CO₂-Neutralität zu erreichen, und fördert im Rahmen des Europäischen Grünen Deals Verbesserungen der Energieeffizienz von Gebäuden. Die Vereinigten Staaten haben die Energieeffizienz von Gebäuden im Rahmen des „Clean Energy Plan“ und verschiedener baulicher Standards auf Bundesstaatenebene als einen zentralen Handlungsbereich identifiziert. Auch Länder wie Kanada, Australien und Japan haben die Steuerung des Energieverbrauchs und die Verbesserung der Energieeffizienz während der Betriebsphase von Gebäuden in ihre nationalen Strategien aufgenommen.

Daten zeigen, dass der globale Gebäudesektor etwa 30 % bis 40 % des gesamten Energieverbrauchs ausmacht, wobei mehr als 60 % des Energieverbrauchs während der Betriebsphase von Gebäuden anfallen, was darauf hindeutet, dass die Verbesserung der Betriebseffizienz von Gebäuden ein entscheidender Faktor für die Erreichung der globalen CO₂-Reduktionsziele ist.

Auf politischer Ebene lenken Europa und die Vereinigten Staaten die Entwicklung von Gebäuden durch Gesetze und Normen in Richtung eines geringen Energieverbrauchs, intelligenter Lösungen und gesünderer Umgebungen. Die Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) in der EU schreibt vor, dass Neubauten die Standards für Niedrigstenergiegebäude (NZEB) erfüllen müssen, und fördert die energetische Sanierung bestehender Gebäude. Die jüngste Überarbeitung (EU/2024/1275), die im Mai 2024 in Kraft trat, verpflichtet die Mitgliedstaaten, diese bis Mai 2026 in nationales Recht umzusetzen, wodurch die regulatorischen Anforderungen an Gebäudeautomationssysteme und die Raumklimaqualität weiter verschärft werden. Darüber hinaus fördert die Ökodesign-Richtlinie Mindeststandards für die Energieeffizienz von Gebäudeausrüstung und regt die Einführung intelligenter Mess- und Überwachungssysteme an.

In den Vereinigten Staaten stellen Normen wie ASHRAE 90.1 und ASHRAE 189.1 strenge Anforderungen an den Energieverbrauch, die Lüftung, die Beleuchtung und andere Systeme für neue und sanierte Gebäude. Gleichzeitig fördern das US-Energieministerium und die kalifornische Energiekommission aktiv den Einsatz intelligenter Gebäudetechnologien und Unterzählersysteme, wodurch die Transparenz im Energiedatenmanagement erhöht wird.

Vor diesem Hintergrund entwickelt sich ein intelligentes und datengestütztes Energiemanagement für Gebäude weltweit zum Industriestandard. Der Gebäudebetrieb muss über die Fähigkeiten zur Überwachung, Bewertung und Optimierung verfügen, um die immer strengeren Energieeffizienzvorschriften und Umweltanforderungen zu erfüllen.

2. Innovative Sensor- und Steuerungslösungen von Cubic für die Energieeffizienz von Gebäuden und Smart-Home-Systeme

Um ein intelligentes Management der Energieeffizienz von Gebäuden zu erreichen, hat Cubic, ein führender Hersteller von Gassensoren und Gasanalysatoren, eine umfassende Lösung entwickelt, die von der Erfassung und Überwachung über die Kommunikationsunterstützung bis hin zur Datenvisualisierung reicht und speziell auf die Anwendung im Wohnbereich zugeschnitten ist.

• Die Überwachungs- und Erfassungsschicht bildet die Grundlage und ist für die umfassende Echtzeit-Erfassung der Gebäudeumgebung und der Energieverbrauchsbedingungen zuständig. Sie umfasst hauptsächlich Erfassungsterminals für die Überwachung des Raumklimas, die HLK-Steuerung, die Gasüberwachung sowie die Gasmessung.
• Die Kommunikationsebene unterstützt mehrere Kommunikationsprotokolle und -technologien, darunter I2C, UART, Modbus und NB-IoT, und gewährleistet so eine stabile und zuverlässige Datenübertragung.
• Die Datenvisualisierungsebene präsentiert und analysiert die gesammelten Daten über eine informationsbasierte Anwendungsplattform.
• Die Anwendungsschicht konzentriert sich auf spezifische Anwendungsszenarien, darunter Lüftungssteuerung, Alarmverknüpfung und Energieverbrauchsmanagement, und ermöglicht so eine intelligente Entscheidungsfindung sowie eine automatisierte Steuerung.

Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Forschung und Entwicklung von Sensortechnologien konzentriert sich Cubic, ein führender Hersteller von Gassensoren und Gasanalysatoren, auf die Kernanforderungen der Gebäudeenergieeffizienz und der Gassicherheit. Das Unternehmen hat eine Reihe von Produkten entwickelt, darunter Luftqualitätssensoren, integrierte Raumluftqualitätsmonitore, Gassicherheitsalarme und intelligente Gaszähler. Diese Produkte zeichnen sich durch hohe Genauigkeit, Langzeitstabilität und starke Skalierbarkeit aus und bilden damit eine zuverlässige Grundlage für die Überwachung.

Lösungen zur Erfassung und Regelung der Raumluftqualität

Bei der Planung moderner Wohngebäude räumt der Raumluftqualität (IAQ) zunehmend Priorität ein, da die Belastung durch Schadstoffe wie Feinstaub (PM), Kohlendioxid (CO₂) und flüchtige organische Verbindungen (VOC) erhebliche Gesundheitsrisiken mit sich bringen kann. Um ein angenehmes Raumklima zu gewährleisten, bietet Cubic fortschrittliche Sensorlösungen an – von IAQ-Sensoren bis hin zu OEM/ODM-HLK-Reglern und -Monitoren.

1) IAQ-Sensorlösungen
Das IAQ-Sensorportfolio von Cubic basiert auf bewährten Sensortechnologien wie NDIR, Lichtstreuung, MEMS-MOX und elektrochemischen Prinzipien. Diese Technologien ermöglichen eine genaue und zuverlässige Erfassung wichtiger Parameter der Raumluftqualität, darunter CO₂, PM1,0/PM2,5/PM10, TVOCs, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Formaldehyd (HCHO).

NDIR-CO₂-Sensoren kombinieren nichtdispersive Infrarottechnologie mit einer Temperaturkompensation über den gesamten Temperaturbereich, um eine gleichbleibende Genauigkeit zu gewährleisten und gleichzeitig kompakte Abmessungen und einen geringen Stromverbrauch beizubehalten. Lichtstreuungs-PM-Sensoren zeichnen sich durch kompakte Bauweise und staubabweisendes Design aus, was für erhöhte Haltbarkeit und Langzeitstabilität sorgt. Dank der innovativen Auto-Particle-Identification-Technologie (API) ermöglichen sie eine genauere Klassifizierung von PM1,0, PM2,5 und PM10 unter dynamischen Umgebungsbedingungen. Die MEMS-MOX-Technologie ermöglicht kompakte VOC-, Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren mit schneller Ansprechzeit und flexibler Integration. Darüber hinaus verfügt der elektrochemische Formaldehydsensor von Cubic über eine Zweikanalstruktur und eine einzigartige Elektrolytverpackung zur Verbesserung der Störfestigkeit, was die gleichzeitige Messung von HCHO- und TVOC-Konzentrationen mittels intelligenter Algorithmen und Kalibrierung ermöglicht.

2) Multiparameter-Modullösung für eine bessere Integration
Auf der Grundlage seiner Sensortechnologien hat Cubic integrierte Multiparameter-IAQ-Sensormodule entwickelt, die mehrere Messfunktionen in einer kompakten Lösung vereinen. Diese Module unterstützen die gleichzeitige Echtzeitüberwachung von PM1,0/PM2,5/PM10, CO₂, VOCs, Temperatur und Luftfeuchtigkeit und eignen sich somit ideal für die nahtlose Integration in Frischluft- und HLK-Systeme.

Ausgestattet mit digitalen I2C-Kommunikationsschnittstellen gewährleisten die Module eine stabile und effiziente Datenübertragung an Steuergeräte. Durch die Bereitstellung präziser IAQ-Daten in Echtzeit ermöglichen die Module eine intelligente Systeminteraktion, wie beispielsweise die automatische Systemaktivierung, die Anpassung des Luftstroms oder die Lüftungssteuerung, und tragen so zur Optimierung der Energieeffizienz bei, während gleichzeitig ein gesundes Raumklima gewährleistet wird.

3) OEM/ODM-Lösungen für die HLK-Steuerung
Über Sensoren und Module hinaus bietet Cubic OEM/ODM-Lösungen für maßgeschneiderte IAQ-Sender, -Monitore und -Steuerungen an, die speziell für HLK-Anwendungen entwickelt wurden. Sender erfassen und leiten Sensordaten weiter, Monitore visualisieren wichtige Luftqualitätsparameter für Endnutzer, und Steuerungen führen intelligente Regelungsstrategien wie Luftstromregulierung, Lüftungsumschaltung und Systemoptimierung aus.

Als OEM/ODM-Partner unterstützt Cubic den gesamten Produktentwicklungsprozess, von der Sensorintegration und dem Hardware-Design bis hin zur Softwareentwicklung, dem Formenbau und der Prototypenvalidierung. Gestützt auf starke Massenproduktionskapazitäten und strenge Qualitätskontrollsysteme liefert Cubic skalierbare und zuverlässige, maßgeschneiderte HLK-Regler- und Überwachungslösungen für ein intelligentes Raumluftqualitätsmanagement.

Lösungen zur Gasüberwachung

Sicherheit ist die grundlegendste Anforderung bei Erdgasanwendungen. Ein einziges unentdecktes Leck kann katastrophale Folgen wie Explosionen, Vergiftungen oder schwere Sachschäden nach sich ziehen. In Wohngebäuden ist unvollständige Verbrennung weltweit nach wie vor eine der Hauptursachen für Kohlenmonoxid (CO)-Vergiftungen. Um diese Gefahren zu vermeiden, bietet Cubic ein umfassendes Portfolio an Gassensor-Technologien an, die einen lückenlosen Schutz im privaten Bereich gewährleisten.

In Privathaushalten zielt die Gasüberwachung in erster Linie darauf ab, Familien vor versehentlichen Leckagen und der Ansammlung schädlicher Gase zu schützen. Wohngebäude sind für das tägliche Kochen und Heizen in der Regel auf Erdgasleitungen, LPG-Flaschen oder andere Brennstoffquellen angewiesen. Diese Systeme bieten zwar Komfort, sind jedoch auch anfällig für Störungen wie die Alterung und Korrosion von Rohrleitungen, lose Verbindungen oder Fehlfunktionen von Geräten wie Herden, Heizgeräten und Heizkesseln. In schlecht belüfteten Bereichen können sich selbst geringfügige Leckagen schnell zu gefährlichen Konzentrationen ansammeln.

Um Gasrisiken zu minimieren, nutzt Cubic seine ausgereiften Sensortechnologien, um schnelle und präzise Gasdetektionslösungen anzubieten, die speziell auf die Sicherheit in Wohngebäuden zugeschnitten sind. Der innovative, von Cubic selbst entwickelte Vierkanal-NDIR-Methan (CH₄)-Sensor bietet hohe Empfindlichkeit, schnelle Ansprechzeit und starke Resistenz gegenüber häufigen Störsubstanzen wie Essigsäure und Ethanol, wodurch er sich ideal für die Erkennung von Methanlecks aus Haushaltsgeräten und Gasleitungen eignet.

Darüber hinaus gewährleistet der elektrochemische CO-Sensor von Cubic eine zuverlässige Erkennung geringer Kohlenmonoxidkonzentrationen, die durch unvollständige Verbrennung oder schlechte Belüftung verursacht werden. Die Stabilität und Empfindlichkeit des Sensors ermöglichen eine Frühwarnung, bevor gefährliche Konzentrationen erreicht werden, wodurch das Risiko einer CO-Vergiftung erheblich verringert wird.

Cubic bietet zudem ausgereifte OEM/ODM-Gaswarnplattformen für die CO- und CH₄-Überwachung an. Diese Gaswarngeräte zeichnen sich durch schnelle Ansprechzeiten, stabile Leistung und ein kompaktes Design aus, wodurch sie sich hervorragend für die Integration in intelligente Warnsysteme, Haussicherheitsnetzwerke und vernetzte Haussysteme eignen.

Die Lösungen von Cubic zur Überwachung der Gassicherheit in Privathaushalten sind auf Benutzerfreundlichkeit und einfache Handhabung ausgelegt. Kompakte Melder können in Küchen, Kellern oder in der Nähe von Gasgeräten installiert werden, um eine kontinuierliche Überwachung zu gewährleisten. Wenn die Gaskonzentrationen die Sicherheitsgrenzwerte überschreiten, löst das Gerät sowohl akustische als auch optische Alarme aus und fordert die Bewohner auf, das Gebäude zu verlassen, zu lüften oder die Gaszufuhr sofort abzustellen.

Intelligente Messlösungen

Intelligente Messtechnik ist für ein effizientes, transparentes und nachhaltiges Ressourcenmanagement unerlässlich und ermöglicht eine präzise Echtzeitmessung des Energie- und Versorgungsverbrauchs.

Auf der Grundlage fortschrittlicher Ultraschall-Sensortechnologie entwickelt Cubic Ultraschall-Gaszählermodule, die für hochpräzise und zuverlässige intelligente Messanwendungen im Wohnbereich ausgelegt sind. Das Modulportfolio für Privathaushalte umfasst die Modelle USM-MN/MP-G1.6/G2.5/G4 und USM-MN/MP-L-G1.6/G2.5/G4, die Luft, Erdgas, Erdgasgemische mit bis zu 23 % Wasserstoff sowie Flüssiggas (LPG) unterstützen. Da die Module keine beweglichen Teile enthalten, zeichnen sie sich durch einen stabilen Betrieb, geringen Druckverlust, niedrigen Stromverbrauch und hohe Verschmutzungsresistenz aus. Optimierte Durchflusskanalstrukturen, eine integrierte Temperaturkompensation sowie eine optionale Druckkompensation gewährleisten eine stabile Leistung unter wechselnden Betriebsbedingungen. Die kompakte Bauweise mit digitalen UART/TTL-Schnittstellen ermöglicht eine einfache Integration in intelligente Gasmesssysteme. Die Module entsprechen den Normen OIML R137 und EN 14236 Klasse 1,5.

Auf der Grundlage der selbst entwickelten Ultraschallmodule bietet Cubic außerdem komplette Gaszähler für Privathaushalte (G1,6–G6) an, die auf der TOF-Ultraschalltechnologie basieren und die Genauigkeitsklasse 1 erfüllen. Die Gaszähler bieten präzise Messungen unter vielfältigen Betriebsbedingungen und zeichnen sich durch kompakte, einfach zu installierende Bauformen aus, die den Normen OIML R137 und EN 14236 entsprechen. Zur weiteren Verbesserung des Gassicherheitsmanagements können die Zähler die Gasversorgung über eine integrierte intelligente Ventilsteuerung automatisch unterbrechen, wenn sie mit Gasleckwarngeräten von Cubic verbunden sind.

3. Warum Cubic?

Da intelligentes und datengestütztes Energiemanagement in Gebäuden zu einem globalen Trend wird, spielt die Zuverlässigkeit der Sensorinfrastruktur eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Effektivität von Überwachungs- und Steuerungssystemen. Das technologische Know-how, die Langlebigkeit der Produkte, die Servicekompetenz und die globale Lieferkapazität von Cubic sind Schlüsselfaktoren für die Gewährleistung der langfristigen Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften des Gesamtsystems.

Mit mehr als 20 Jahren kontinuierlicher Investitionen in Forschung und Entwicklung hat Cubic umfassende Plattformen für die Gassensorik sowie starke Kompetenzen in den Bereichen Sensorentwicklung, Produktentwicklung und Großserienfertigung aufgebaut.

Durch die Integration hochpräziser Sensortechnologien, zuverlässiger Hardware-Konstruktion und intelligenter Datenverarbeitung liefert Cubic stabile und vertrauenswürdige Überwachungsdaten für wichtige Gebäudeparameter wie Raumluftqualität, Gassicherheit und Energieverbrauch. Diese Kompetenzen ermöglichen eine nahtlose Integration in Gebäudeautomationssysteme, HLK-Plattformen und Smart-Home-Ökosysteme und unterstützen Anwendungen wie Umweltüberwachung, Lüftungssteuerung, Sicherheitswarnungen und die Optimierung der Energieeffizienz.

Durch zuverlässige Sensorlösungen, skalierbare Produktionskapazitäten und globale Lieferfähigkeiten versetzt Cubic seine Partner in die Lage, sicherere, gesündere und energieeffizientere Gebäude zu errichten und trägt so weltweit zum Übergang hin zu einem kohlenstoffarmen und nachhaltigen Gebäudebetrieb bei.