Was haben Blockchain und Rauchwarnmelder miteinander zu tun?

Digitalisierung im Brandschutz

Die Energiewende gelingt nur mit konsequenter Digitalisierung und einheitlichen Standards. Ei Electronics untersucht dazu in einem Pilotprojekt mit dem Technologie-Start-up Oli Systems die Eignung von Blockchain-Technologien exemplarisch an der Ferninspektion von Rauchwarnmeldern.

Die Energiewende verfolgt anspruchsvolle Ziele: der Energieverbrauch soll gesenkt und die Klimaziele erreicht werden, unter anderem durch den Ausbau erneuerbarer Energien und der Nutzung der Elektromobilität. Die Folge sind erhebliche Eingriffe in die Energieerzeugung und die Netzinfrastruktur bis hinunter zur Energieverteilung und Datenerfassung in jedem einzelnen Gebäude. Die Voraussetzung dafür ist eine konsequente Digitalisierung und der Einsatz standardisierter Komponenten und Prozesse. Nur so bleiben die komplexen Wechselwirkungen zwischen den zahlreichen Beteiligten und Verfahren beherrschbar. Der Bundestag hat deshalb mit dem „Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende“ (GDEW) ein ganzes Bündel von Gesetzen und Gesetzesänderungen beschlossen, um die Energiewende voranzutreiben und zu vereinheitlichen.

Eine zentrale Rolle spielen dabei die digitalen Smart-Meter-Gateways (SMGW), deren Einführung im Messstellenbetriebsgesetz (MsbG) festgelegt ist. Sie sind die intelligente Gebäudeschnittstelle zwischen Verbrauchszählern, Energieanbietern, Wohnungswirtschaft und Dienstleistern sowie in das Heimnetz des Endverbrauchers. SMGW ermöglichen zahlreiche neue Anwendungen, wie das automatische Auslesen von Verbrauchszählern oder Rauchwarnmeldern aus der Ferne (Mehrsparten-Metering). Darüber hinaus sollen SMGW für Smart Services genutzt werden (Mehrwertdienste). Als Beispiele nennt das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) Ambient Assisted Living AAL, Wohnungs- und Gebäudesicherheit sowie Gebäudeautomatisierung und Elektromobilität.

Zukünftig werden SMGW somit die zentrale und interoperable Kommunikationsplattform in Gebäuden sein. Der Startschuss für ihren Rollout ist am 31. Januar 2020 gefallen und soll schrittweise bis zum Jahr 2032 abgeschlossen sein. Fernauslesbare Zähler müssen bereits früher installiert werden. Gemäß europäischer Energieeffizienz-Richtlinie EED sind bis zum 1. Januar 2027 alle Geräte im Bestand umzurüsten.

Neue Geschäftsmodelle

Die Einführung von SMGW bietet Unternehmen und Dienstleistern im Gebäudesektor die Möglichkeit, das Datenhandling zu vereinfachen und neue Geschäftsmodelle zu etablieren. Das gilt nicht nur für Stromkonzerne und Stadtwerke. So kann etwa die Wohnungswirtschaft die Kosten für die Zählerauslesung durch Mehrsparten-Metering deutlich senken und die Attraktivität von Immobilien durch das Angebot von Mehrwertdiensten wie AAL und anderen Smart Services bis hin zu Quartierslösungen und neuen „vertikal integrierten Dienstleistungen“ erheblich steigern. Zwar gibt es auch heute schon digitale Lösungen in der Gebäudewirtschaft, wie beispielsweise von Messdienstleistern zur Zählerauslesung und im Anlagen-bzw. Facility Management. Diese Programme sind jedoch wenig standardisiert und basieren auf proprietären Plattformen, Datenübertragungen und Benutzerschnittstellen. Anwendern wie der Wohnungswirtschaft entstehen dadurch hohe Kosten durch den Unterhalt zahlreicher Systeme und redundante Infrastrukturen sowie eine u.U. langjährige Bindung an verschiedene Dienstleister. Eine ganzheitliche Sicht auf das Gebäude ist erschwert oder gar unmöglich. Darüber hinaus sind die Daten häufig beim jeweiligen Diensteanbieter gespeichert. Anwender besitzen dann keinen direkten Datenzugriff und es resultieren Unsicherheiten zu Datenschutz und Datensicherheit bis hin zur Frage: Wem gehören die Daten?

Blockchain und Rauchwarnmelder

Aus Anwendersicht ist es deshalb wünschenswert, sämtliche Gebäudedaten transparent zu speichern und über Standardschnittstellen für die weitere Verarbeitung zur Verfügung zu stellen. Diese Möglichkeit bietet die Blockchain-Technologie, die als eine Basis­technologie der Energiewende bezeichnet wird. Doch wie lässt sich eine Blockchain in der Gebäudewirtschaft praktisch nutzen? Dazu untersucht der Rauchwarnmelderhersteller Ei ­Electronics gemeinsam mit dem Technologie-Start-up Oli Systems in einem Pilotprojekt exemplarisch die Integration von Rauchwarnmeldern auf Basis einer Blockchain. Die eng abgegrenzte Anwendung sorgt für einen hohen Erkenntnisgewinn ohne störende Wechselwirkungen durch andere Prozesse.

In einem bewohnten Einfamilienhaus in der Nähe von Heilbronn wurden dazu fernauslesbare Rauchwarnmelder des Typs „Ei 6500-OMS“ installiert. Oli ­Systems betreibt dort bereits eine Blockchain-Infrastruktur für die Energieverteilung. Die Rauchwarnmelder senden ihre Statusmeldungen über eine „Oli-Box“ an das SMGW und dann weiter in die „Energy Web Chain“ der Energy Web Foundation. Dort werden die Daten mit einem Krypto-Chip signiert und sind nur pseudonymisiert lesbar. Validierung und Speicherung erfolgen nicht zentral auf einem Server, sondern in einem konsortialen Netzwerk aus mehr als 30 Teilnehmern, darunter Firmen wie Shell und Vodafone. Damit soll die Datensicherheit erhöht und die Validierung beschleunigt werden.

Geordnete Prozesse

Die Daten der Rauchwarnmelder liegen zusammen mit sämtlichen anderen Gebäudedaten aus dem SMGW manipulationssicher und dezentral in der Blockchain. Der Zugriff darauf wird über Smart Contracts geregelt, die ebenfalls unveränderbar in der Blockchain gespeichert sind. Diese intelligenten Verträge legen unter anderem fest, wer welche Daten lesen und verwenden darf. Entsprechend programmierte und auf die Blockchain zugreifende verteilte Anwendungen (dApps) verarbeiten die Daten, beispielsweise zur Visualisierung, oder reichen sie an andere Programme weiter.

Smart Contracts erlauben darüber hinaus die Automatisierung komplexer Vorgänge. Sendet beispielsweise ein Rauchwarnmelder eine Störungsmeldung in die Blockchain, kann über einen Smart Contract automatisch die Störungsbeseitigung durch einen Dienstleister veranlasst werden. Nach getaner Arbeit erfolgt ebenso automatisch die Abrechnung mit dem Wohnungsunternehmen zu den vorher festgelegten Konditionen. Die Vertragspartner des Smart Contracts sind durch die Blockchain stets über Vorgänge und Statusänderungen informiert. Die Abwicklung der Verträge läuft direkt zwischen den Vertragspartnern ohne die Einschaltung eines Dritten. Langjährige Bindungen an verschiedene Dienstleister werden überflüssig.

Fit für die Zukunft

Die Blockchain-Technologie in Verbindung mit dem SMGW bietet Anwendern wie der Wohnungswirtschaft und ihren Dienstleistern viele Vorteile. Sämtliche Gebäudedaten sind sicher und einheitlich gespeichert und die Anwender besitzen volle Datenhoheit. Mehrfache Datenhaltungen werden vermieden. Mit Smart Contracts lassen sich Synergien realisieren, beispielsweise durch Mehrsparten-Metering und automatisch abgewickelte Dienstleistungen. In der Blockchain abgelegte Anwendungen ermöglichen die Weiterverarbeitung der Daten ohne die Investition in separate Software. Auch die Geräteinvestitionen sind überschaubar. Durch die Nutzung des Standard-SMGW ist kein Hardwaretausch im Gebäude erforderlich. Die Kosten für die Schnittstelle zur Blockchain sind gering, zumal darüber auf sämtliche Gebäudedaten zugegriffen werden kann. Für Hard- und Software (Oli-Box, Apps, Smart Contracts) sind sowohl Kauf- als auch Mietmodelle verfügbar.

Ausblick

Die Blockchain-Technologie eröffnet in Verbindung mit SMGW faszinierende Möglichkeiten für die Gebäudewirtschaft. Ihr Einsatz ist immer dann vorteilhaft, wenn die Blockchain von mehreren Geschäftsprozessen genutzt wird. Ob ihr Einsatz in Gebäuden erfolgversprechend ist, wird nicht zuletzt im Laufe dieses Pilotprojektes sichtbar werden. Insgesamt ist die Zukunft der Gebäudewirtschaft ohne digitale Standards nur schwer vorstellbar. Mit dem Einsatz des herstellerübergreifenden OMS-Standards in seine ferninspizierbaren Rauchwarnmelder hat Ei Electronics bereits den ersten Schritt zur Standardisierung getan. Hinter der Evaluierung der Blockchain-Technologie gemeinsam mit Oli-Systems steht das Ziel, den Kunden zukunftsfähige Produkte mit Mehrwert zur Verfügung zu stellen. Und nicht zuletzt soll das Pilotprojekt die Akteure der Gebäudewirtschaft zum Nachdenken anregen, um die richtigen Weichen für eine digitale Zukunft zu stellen.

Blockchain –

das Schweizer Taschenmesser

In einer Blockchain können beliebige Datensätze in kryptografisch verketteten Blöcken gespeichert und damit einschließlich der gesamten Datenhistorie manipulationssicher abgelegt werden („Distributed Ledger“). Die Speicherung erfolgt nicht auf dem Server irgendeines Unternehmens, sondern dezentral und optional verschlüsselt auf vielen Rechnern eines privaten Netzwerkes oder im Internet.

Neu hinzukommende Datensätze werden von den Netzwerkteilnehmern („Validatoren“) auf Gültigkeit geprüft und in die Blockchain geschrieben, die danach als identische Kopie wieder an alle beteiligten Rechner verteilt wird. Alle Teilnehmer besitzen damit zu jeder Zeit dieselben Informationen. Manipulation von außen oder durch einen „bösen“ Netzwerkteilnehmer können nahezu ausgeschlossen werden.

Eine Blockchain kann nicht nur Daten speichern, sondern auch ihre Weiterverarbeitung regeln. „Smart Contracts“ sind „intelligente Verträge“ mit vorher festgelegten Vertragsbedingungen, die bei bestimmten Ereignissen in der Blockchain automatisch Maßnahmen auslösen. Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren wird zur Abwicklung keine übergeordnete Kontrollinstanz benötigt, sondern die Vertragspartner stehen über die Blockchain in direktem Kontakt miteinander („peer-to-peer“). Dabei lassen sich nahezu beliebige Geschäftsvorfälle berücksichtigen. Smart Contracts werden individuell programmiert und manipulationssicher in der Blockchain abgelegt.

Die erste öffentlich zugängliche Blockchain wurde im Jahr 2009 Zusammenhang mit der digitalen Währung „Bitcoin“ geschaffen. Die beiden Begriffe sind jedoch keine Synonyme. Die Blockchain stellt lediglich die grundlegende Technologie dar und wird heute schon für zahlreiche andere Anwendungen genutzt.

Ferninspektion mit Zukunft – „Ei6500-OMS“

Im Blockchain-Pilotprojekt kommen Rauchwarnmelder des Typs „Ei6500-OMS“ zur kompletten Ferninspektion nach Verfahren C der DIN 14676-1 zum Einsatz. Der Melder prüft alle in der Norm beschriebenen Inspektionskriterien automatisch und wird über ein SMGW ausgelesen. Das Betreten von Wohnungen zur Inspektion von Rauchwarnmeldern wird dadurch überflüssig.

Das Besondere am „Ei6500-OMS“: Die Datenübertragung über das fest eingebaute wireless M-Bus Funkmodul basiert auf dem herstellerübergreifenden, weltweit gültigen OMS-Standard. Der Melder kann damit bereits heute im Mehrsparten-Metering mit anderen gebäudetechnischen OMS-Systemen der Wohnungswirtschaft betrieben werden. Auch für die Zukunft ist der „Ei6500-OMS“ gut gerüstet. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) sieht in seiner Technischen Richtlinie BSI TR-03109 für SMGW verpflichtend eine Funkübertragung per wireless M-Bus vor. Damit kann der „Ei6500-OMS“ ansatzlos auch an kommenden Generationen von SMGW zum Einsatz kommen.

Literatur

Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende – GDEW. In: : Bundesgesetzblatt Teil 1 Nr. 43, 2016. Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: Standardisierungsstrategie zur sektorübergreifenden Digitalisierung nach dem Gesetz zur Digitalisierung der Energiewende (2019).

Richtlinie (EU) 2018/2002 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 11. Dezember 2018 zur Änderung der Richtlinie 2012/27/EU zur Energieeffizienz. In: Amtsblatt der Europäischen Union 61. Jahrgang (2018), L 328.

Ernst & Young GmbH Wirtschaftsprüfungsgesellschaft: Gutachten Digitalisierung der Energiewende – Topthema 1: Verbraucher, Digitalisierung und Geschäftsmodelle.

DIN 14676-1:2018-12 Rauchwarnmelder für Wohnhäuser, Wohnungen und Räume mit wohnungsähnlicher Nutzung - Teil 1: Planung, Einbau, Betrieb und Instandhaltung.

Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: Technische Richtlinie BSI TR-03109 – Version 1.0.1, Datum 16.01.2019.

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