Vom Hörsaal in die Messehalle

Das Thema Digitalisierung wird für Firmen im Technischen Facility Management immer wichtiger. Ein zentrales Anwendungsfeld ist die sensorische Aufnahme von Gebäudedaten, die weitergeleitet und automatisiert weiterverarbeitet werden. Damit kann den immer höher werdenden Anforderungen an den Betreiber Rechnung getragen werden, die in Zukunft ein datenbasiertes, automatisierbares und wirtschaftliches Gebäudemanagement umfassen. Im Arbeitsalltag des TFM fällt es aber oft schwer, sich über mehrere Wochen auf ein neues digitales Projekt zu konzentrieren, um Prototypen zu bauen und ausgiebig zu testen. Wenn man hier als Betreiber oder Dienstleister eigenes Know-how aufbauen möchte und nicht auf einen externen IT-Dienstleister zurückgreifen möchte, bietet sich ein Eigenbau natürlich an. Langfristig können dadurch Kompetenzen aufgebaut werden, die auch strategisch helfen, sich neue Handlungsfelder zu erschließen.  

Das Studienangebot im Bereich Technisches Facility Management (TFM) an der Hochschule für Wirtschaft und Recht Berlin (HWR Berlin) verbindet ingenieurwissenschaftliche Grundlagen mit betriebswirtschaftlichen und organisatorischen Anforderungen des Gebäudebetriebs. Im dualen Studienmodell werden theoretische Inhalte unmittelbar mit praktischen Aufgaben in Unternehmen verknüpft. Dadurch entstehen Abschlussarbeiten, die nicht nur wissenschaftliche Fragestellungen behandeln, sondern konkrete Herausforderungen des Gebäudemanagements adressieren.

Ein aktuelles Beispiel hierfür ist die Bachelorarbeit von Jared Tschiersch. In Zusammenarbeit mit der Capital Facility GmbH, einem Unternehmen der Messe Berlin Gruppe, wurde untersucht, wie sich raumklimatische Bedingungen in Messehallen detailliert erfassen und visualisieren lassen. Ziel war die Entwicklung eines kostengünstigen Sensornetzwerks zur Analyse von Temperatur- und Feuchtezonen innerhalb großer Veranstaltungsflächen. 

Herausforderung Raumklima in Messehallen

Messe- und Veranstaltungshallen stellen besondere Anforderungen an die technische Gebäudeausrüstung. Große Raumvolumina, hohe Decken, temporäre Einbauten und stark schwankende Besucherzahlen, sowie wechselnde Aufbauten in den Hallen führen zu komplexen klimatischen Verhältnissen. Während einer Veranstaltung entstehen lokal begrenzte Wärmelasten durch Personen, Beleuchtung, Medientechnik oder Ausstellungsstände. Gleichzeitig verändern Trennwände, Bühnenkonstruktionen und Besucherströme die Luftbewegungen innerhalb der Halle. 

Konventionelle Systeme der Gebäudeleittechnik erfassen solche Effekte häufig nur eingeschränkt. Messungen erfolgen meist an wenigen festen Punkten, etwa in Zu- oder Abluftkanälen oder an einigen wenigen Punkten in der Halle. Dadurch können lokale Temperaturunterschiede oder Bereiche mit unzureichender Luftqualität verborgen bleiben. Die Folge sind häufig überdimensionierte Lüftungsleistungen, unnötiger Energieverbrauch oder Komforteinbußen für Besucher und Aussteller. 

Vor diesem Hintergrund stellte sich die zentrale Frage, ob ein flächig verteiltes Sensornetzwerk eine bessere Datengrundlage für die Bewertung und zukünftige Optimierung der Lüftungssteuerung liefern kann. 

Der Hub27 als Reallabor

Als Untersuchungsobjekt wurde die Veranstaltungshalle Hub27 auf dem Berliner Messegelände ausgewählt. Die 2019 eröffnete Halle verfügt über rund 9.450 Quadratmeter stützenfreie Veranstaltungsfläche und kann über mobile Trennwände flexibel in verschiedene Nutzungseinheiten unterteilt werden. Allein diese Variabilität macht eine präzise raumklimatische Erfassung besonders anspruchsvoll. 

Hinzu kommt die komplexe Lüftungstechnik. Mehrere Lüftungsanlagen versorgen unterschiedliche Hallenzonen mit konditionierter Luft. Die tatsächlichen klimatischen Verhältnisse innerhalb der Halle hängen dabei nicht nur von den Anlagen selbst, sondern auch von Aufbauten, Besucherzahlen und äußeren Wetterbedingungen ab. 

LoRaWAN-basiertes Sensornetzwerk

Ziel der Bachelorarbeit war die Entwicklung eines wirtschaftlich realisierbaren Messsystems zur Analyse räumlicher Temperatur- und Feuchteverteilungen innerhalb einer Messehalle. Hierfür wurde ein Sensornetzwerk auf Basis der Funktechnologie LoRaWAN aufgebaut.

Die technische Infrastruktur bestand aus insgesamt 30 Temperatur- und Feuchtesensoren des Typs Milesight EM300-TH, einem LoRaWAN-Gateway sowie einem Raspberry Pi 5 als lokalem Server. Für die Datenverarbeitung wurden ausschließlich Open-Source-Anwendungen eingesetzt. Die Kombination aus ChirpStack, Node-RED, Mosquitto, InfluxDB und Grafana ermöglichte eine vollständige Datenerfassung, Speicherung und Visualisierung ohne Nutzung externer Cloud-Dienste.

Aus Betreibersicht stellt dieser Ansatz einen wesentlichen Vorteil dar. Neben der Kontrolle über die erhobenen Daten bleiben auch die Investitions- und Betriebskosten gering. Die Kosten für Hardware und Installation beliefen sich gerade einmal auf rund 3.500€. Gleichzeitig können Anpassungen an der Systemarchitektur ohne Herstellerabhängigkeiten durchgeführt werden.

Von Messwerten zu Klimakarten

Für die Positionierung der Sensoren wurden verschiedene Konzepte untersucht. Letztendlich fiel die Wahl auf eine Deckenmontage in etwa 9,8 m Höhe, da diese die größte Flächenabdeckung bei gleichzeitig geringem Risiko von Beschädigungen im Veranstaltungsbetrieb bot. 

Die Sensoren wurden rasterförmig über die gesamte Hallenfläche verteilt. Anschließend entstanden mithilfe von Grafana digitale Dashboards, die Temperatur- und Feuchtewerte einzelnen Hallenzonen zuordneten. Das Resultat waren digitale „Heatmaps“, welche räumliche Unterschiede im Hallenklima unmittelbar sichtbar machten. 

Dadurch konnten Betriebszustände erkannt werden, die mit klassischen Messstrategien nur schwer nachvollziehbar sind. Beispielsweise wurden Auswirkungen geöffneter Hallentore oder lokal begrenzte Überkühlungen einzelner Bereiche unmittelbar sichtbar. 

Praxistest unter Realbedingungen

Die entscheidende Bewährungsprobe erfolgte während einer Großveranstaltung mit rund 9.700 Besuchern. Während des Veranstaltungsbetriebs wurden kontinuierlich Temperatur- und Feuchtedaten aufgezeichnet. Ergänzend fanden Referenzmessungen auf Besucherniveau mit einem mobilen Sensorsystem statt. 

Die Ergebnisse zeigten ein plausibles und nachvollziehbares Bild. Temperatur- und Feuchteverläufe reagierten sichtbar auf Besucherströme, Programmpunkte und Lüftungsvorgänge. Besonders in Bereichen mit hoher Personendichte konnten charakteristische klimatische Veränderungen erfasst werden. 

Auch der Vergleich mit den Daten der Gebäudeleittechnik bestätigte die Funktionalität des Systems. Die gemessenen Werte spiegelten nicht lediglich die Temperatur der Zu- oder Abluft wider, sondern erfassten tatsächlich die klimatischen Bedingungen innerhalb der Halle. 

Erkenntnisse und Grenzen

Die Untersuchung zeigte, dass Temperaturmessungen trotz der großen Montagehöhe überraschend gut mit den Referenzwerten auf Besucherniveau übereinstimmten. Die durchschnittliche Abweichung lag bei lediglich rund 0,4 Kelvin. 

Bei der relativen Luftfeuchtigkeit ergaben sich dagegen größere Unterschiede von durchschnittlich etwa zehn Prozentpunkten im Vergleich zwischen den Messwerten des Systems und den Messungen auf Besucherniveau.

Ursache dieser Abweichungen ist die vertikale Luftschichtung innerhalb großer Hallenräume. Während die Temperatur relativ homogen verteilt war, unterschieden sich die Feuchtewerte zwischen Deckenbereich und Aufenthaltszone deutlich stärker, was vermutlich auf die erhöhte Feuchte der Atemluft zurückzuführen ist.

Trotz dieser Einschränkungen erwies sich das System als wertvolles Werkzeug für die Analyse klimatischer Trends und räumlicher Unterschiede. Die Ergebnisse bestätigen, dass selbst mit einer geringen Anzahl von Sensoren relevante Muster und Optimierungspotenziale identifiziert werden können. Rein rechnerisch wären für eine Halle dieser Größe die doppelte Anzahl von Sensoren sinnvoll, jedoch konnten aufgrund von Lieferschwierigkeiten vorerst nur 30 Sensoren beschafft werden. 

Perspektiven für das FM

Die Arbeit verdeutlicht exemplarisch, wie digitale Technologien das Facility Management verändern können. Durch die Kombination aus IoT-Sensorik, Open-Source-Software und intelligenter Visualisierung entsteht eine deutlich höhere Transparenz über die tatsächlichen Betriebszustände komplexer Gebäude. 

Besonders interessant erscheint die mögliche Weiterentwicklung in Richtung eines digitalen Zwillings. Werden die Sensordaten künftig mit dreidimensionalen Gebäudemodellen verknüpft, könnten Auswirkungen unterschiedlicher Veranstaltungsformate oder Lüftungsstrategien bereits vorab simuliert werden. Ebenso bietet die Integration zusätzlicher CO₂-Sensorik die Chance, die Luftqualität als weiteren wesentlichen Komfortparameter kontinuierlich zu überwachen. 

Langfristig könnten solche Systeme sogar die Grundlage für KI-gestützte Prognosemodelle bilden, die Wetterdaten, Veranstaltungsprofile und historische Messwerte nutzen, um Lüftungsanlagen vorausschauend und energieeffizient zu steuern. 

Fazit

Die Bachelorarbeit zeigt, welches Innovationspotenzial in der Verbindung von Technischem Facility Management und moderner IoT-Technologie steckt. Das entwickelte LoRaWAN-Sensornetzwerk konnte die klimatischen Verhältnisse einer Messehalle zuverlässig erfassen und räumliche Unterschiede sichtbar machen. Damit liefert das Projekt nicht nur einen erfolgreichen Machbarkeitsnachweis für den Einsatz verteilter Sensornetzwerke im Veranstaltungsbereich. Es zeigt zugleich, wie digitale Werkzeuge Facility Manager künftig dabei unterstützen können, Komfort, Energieeffizienz und Betriebsqualität gleichermaßen zu verbessern. Für die Branche ist dies ein weiterer Schritt auf dem Weg zum datengetriebenen Gebäudebetrieb. 

Im dualen Studium Technisches Facility Management an der HWR Berlin können Studierende die nötigen Fähigkeiten und Kompetenzen zur Umsetzung solcher Projekte erproben und später in die Praxis übertragen. In kleinen Teams können die Grundlagen für digitale Projekte im Laufe des Studiums spielerisch erlernt werden.