KNX-Bestandsanlagen modernisieren statt ersetzen

Wer eine KNX- oder EIB-Anlage aus den frühen 2000er-Jahren oder den späten 1990er-Jahren vor sich hat, denkt oft zuerst an einen Vollersatz. Der Gedanke ist verständlich: Die Geräte sind alt, das ETS-Projekt fehlt oder ist veraltet, und niemand weiss mehr genau, was auf dem Bus läuft. Doch in unserer Praxis zeigt sich regelmässig, dass ein Vollersatz weder technisch notwendig noch wirtschaftlich sinnvoll ist. Die Busleitung ist in den meisten Fällen intakt, viele Geräte arbeiten zuverlässig, und die Grundstruktur der Anlage ist oft besser als ihr Ruf.

Dieser Beitrag zeigt, wie wir eine solche Anlage systematisch aufnehmen, das ETS-Projekt rekonstruieren oder bereinigen, die Topologie mit einem IP-Backbone auf den heutigen Stand bringen und gezielt neue Geräte einsetzen, wo es wirklich nötig ist. Das Ziel ist eine Anlage, die wieder vollständig dokumentiert ist, sicher betrieben werden kann und offen für künftige Erweiterungen bleibt.

Was eine 15 bis 25 Jahre alte KNX-Anlage mitbringt

EIB-Anlagen, die ab Mitte der 1990er-Jahre installiert wurden, und frühe KNX-Anlagen aus den Jahren nach 2002 teilen eine wichtige Eigenschaft: Sie basieren auf demselben physikalischen Übertragungsmedium Twisted Pair (TP) mit 9600 bit/s und derselben Topologielogik, die bis heute gültig ist. Ein Liniensegment mit bis zu 64 Teilnehmern, Linienkoppler zwischen den Linien, Bereichskoppler für grössere Anlagen. Diese Grundstruktur hat sich nicht verändert.

Was sich verändert hat, sind die Möglichkeiten auf der Kopplerebene und bei der Sicherheit. Ältere Anlagen haben oft keine IP-Kopplung, die Linienkoppler sind einfache TP-zu-TP-Geräte, und das ETS-Projekt liegt auf einer Diskette oder einer alten Festplatte, wenn es überhaupt noch existiert. KNX Secure, also KNX Data Secure und KNX IP Secure mit AES-128-Verschlüsselung, war in dieser Generation noch kein Thema.

Trotzdem sind die Schwächen oft beherrschbar. Die Busleitung selbst, in der Regel ein verdrilltes Adernpaar in einem Installationskabel, altert kaum, wenn sie korrekt verlegt wurde. Mechanische Beschädigungen, Feuchtigkeit oder unsachgemässe Nachinstallationen sind die häufigsten Ursachen für Leitungsprobleme, nicht das Alter des Kabels als solches. Aktoren und Sensoren hingegen haben bewegliche Teile, Relais und Kondensatoren, die nach 20 Jahren durchaus an ihre Grenzen kommen können.

Die erste Aufgabe bei einer Modernisierung ist deshalb eine ehrliche Bestandsaufnahme: Was ist noch in Ordnung, was muss ersetzt werden, und was fehlt an Dokumentation?

Bestandsaufnahme: Was wirklich auf dem Bus läuft

Eine Bestandsaufnahme beginnt nicht mit dem Schraubenzieher, sondern mit dem Busmonitor. Wir verbinden eine Schnittstelle mit dem Bus und beobachten den Telegrammverkehr über einen ausreichend langen Zeitraum. Aus den physikalischen Adressen der sendenden Geräte lässt sich ableiten, welche Teilnehmer aktiv sind und welche Linienstruktur tatsächlich vorhanden ist. Geräte, die sich nicht melden, können ausgefallen, abgeklemmt oder einfach passiv sein.

Parallel dazu gehen wir physisch durch die Anlage. Wir öffnen die Verteilungen, fotografieren die Geräte, lesen die Aufkleber und notieren die physikalischen Adressen, soweit sie noch lesbar sind. In vielen Bestandsanlagen fehlen Beschriftungen, oder sie stimmen nicht mehr mit der tatsächlichen Belegung überein. Das ist kein Einzelfall, sondern die Regel.

Aus diesen zwei Quellen, dem Busmonitor und der physischen Begehung, entsteht ein Inventar. Es enthält für jeden Teilnehmer die physikalische Adresse im Format Bereich.Linie.Teilnehmer, den Gerätetyp soweit erkennbar, den Standort und den Zustand. Dieses Inventar ist die Grundlage für alles Weitere. Ohne es lässt sich weder ein ETS-Projekt rekonstruieren noch ein Migrationspfad planen.

Wie man dabei mit dem Busmonitor umgeht und was die Telegrammanalyse zeigt, haben wir in Teil 2 dieser Serie, «Fehlersuche im KNX-Bestand mit Busmonitor und Telegrammanalyse», ausführlich beschrieben.

Das ETS-Projekt rekonstruieren, wenn es fehlt

Das häufigste Problem bei Bestandsanlagen ist das fehlende oder veraltete ETS-Projekt. Ohne Projektdatei weiss niemand, welche Gruppenadressen welche Funktion haben, welche Kommunikationsobjekte verknüpft sind und welche Parameter in den Geräten hinterlegt sind. Jede Änderung wird zum Blindflug.

Die Rekonstruktion beginnt mit dem Auslesen der Geräte. ETS erlaubt es, die physikalische Adresse eines Geräts zu lesen und, wenn das Gerät bekannt ist und die Applikation in der Datenbank vorhanden ist, auch die Parameter und Kommunikationsobjekte auszulesen. Bei älteren EIB-Geräten ist das nicht immer möglich, weil die Applikationen aus der Datenbank verschwunden sind oder das Gerät nicht mehr kommuniziert. In diesen Fällen hilft ein Scan der Gruppenadresskommunikation: Welche Adressen tauchen im Busmonitor auf, wer sendet, wer empfängt?

Aus diesen Informationen bauen wir ein neues ETS-Projekt auf. Es ist keine vollständige Rekonstruktion des Originals, aber es ist eine dokumentierte Grundlage, die den tatsächlichen Zustand der Anlage abbildet. Fehlende Applikationen ersetzen wir durch generische Einträge mit Kommentaren, bis die Geräte im Zuge der Modernisierung ausgetauscht werden.

Wichtig ist dabei die Namenskonvention. Ein rekonstruiertes Projekt, das dieselben Fehler wie das Original wiederholt, also kryptische Bezeichnungen, fehlende Kommentare und unstrukturierte Gruppenadressen, ist kaum besser als gar kein Projekt. Wir nutzen die Rekonstruktion als Gelegenheit, die Struktur zu bereinigen. Wie eine saubere Namenskonvention und Gruppenadressstruktur aussehen, beschreibt Teil 3 der Serie «KNX richtig planen»: «Gruppenadressen und Namenskonvention als Fundament».

Topologie beurteilen und mit IP-Backbone ergänzen

Eine Bestandsanlage hat selten eine saubere Topologie. Linienkoppler wurden nachträglich hinzugefügt, Geräte in falsche Linien eingebunden, oder die physikalischen Adressen wurden vergeben, ohne die Topologie zu berücksichtigen. Das Ergebnis sind Anlagen, bei denen die Adressstruktur nicht mit der physischen Verkabelung übereinstimmt.

Bevor wir eine Modernisierung planen, klären wir deshalb die tatsächliche Topologie. Welche Linien existieren physisch? Welche Linienkoppler sind vorhanden, und sind sie korrekt konfiguriert? Gibt es Segmente mit mehr als 64 Teilnehmern, die eigentlich aufgeteilt werden müssten? Gibt es Leitungsabschnitte, die die zulässigen Längen überschreiten, also mehr als 1000 m Gesamtlänge im Segment, mehr als 350 m von der Spannungsversorgung zum Teilnehmer oder mehr als 700 m zwischen zwei Teilnehmern?

Der wichtigste Schritt bei der Modernisierung der Topologie ist der Aufbau eines IP-Backbones. Ältere Anlagen haben die Bereiche und Linien über TP-Linienkoppler verbunden. Das funktioniert, ist aber langsam und schwer zu überwachen. Mit IP-Kopplern, die KNXnet/IP nach EN ISO 22510 unterstützen, verbinden wir die Linien über das bestehende IP-Netz des Gebäudes. Der Multicast-Mechanismus über die Adresse 224.0.23.12 sorgt dafür, dass Telegramme gezielt weitergeleitet werden.

Der IP-Backbone bringt mehrere Vorteile. Die Übertragung zwischen Bereichen wird schneller und zuverlässiger. Der Zugriff für die ETS-Projektierung und für den Busmonitor ist von jedem Netzwerkpunkt aus möglich, ohne eine physische Schnittstelle am Bus. Und neue Linien lassen sich einfach einbinden, ohne neue TP-Verbindungen zwischen Verteilungen zu ziehen. Wie ein sauber aufgebauter IP-Backbone geplant wird, beschreibt Teil 2 der Serie «KNX richtig planen»: «Topologie, Linien und IP-Backbone sauber aufbauen».

Geräte selektiv ersetzen: Was bleibt, was muss weg

Nicht jedes Gerät in einer Bestandsanlage muss ersetzt werden. Die Entscheidung hängt vom Zustand, von der Funktion und von der Sicherheitsanforderung ab.

Geräte, die zuverlässig arbeiten, korrekt parametriert sind und keine sicherheitskritische Funktion haben, können in der Regel bleiben. Taster, einfache Binäreingänge und Wetterstationen sind oft noch viele Jahre nutzbar. Aktoren mit Relais hingegen, insbesondere Schaltaktoren für Beleuchtung und Jalousien, zeigen nach 20 Jahren häufiger Ausfälle. Hier lohnt sich ein vorausschauender Ersatz, bevor ein Ausfall im Betrieb Probleme verursacht.

Linienkoppler und Bereichskoppler sind ein besonderer Fall. Ältere Koppler unterstützen kein KNXnet/IP und keine IP-Sicherheitsfunktionen. Sie können zwar weiter als reine TP-Koppler betrieben werden, aber sie schränken die Modernisierungsmöglichkeiten ein. Wir empfehlen, diese Geräte im Zuge der Topologieanpassung durch aktuelle IP-Koppler zu ersetzen.

Für sicherheitskritische Bereiche, also Zugangskontrolle, Alarmfunktionen oder Schnittstellen nach aussen, empfehlen wir den Einsatz von KNX-Secure-fähigen Geräten. KNX Data Secure schützt die Kommunikation auf der Anwendungsschicht Ende zu Ende, KNX IP Secure sichert die Kommunikation im IP-Netz. Beide Mechanismen verwenden AES-128 im CCM-Modus und schützen mit einem Sequenzzähler gegen Wiederholungsangriffe. Das Gerätezertifikat, der sogenannte FDSK (Factory Default Setup Key), ist auf dem Gerät aufgedruckt und wird bei der Inbetriebnahme in der ETS hinterlegt. Eine vollständige Erklärung dieser Mechanismen findet sich in Teil 4 der Serie «KNX richtig planen»: «KNX Secure im Projekt: Data Secure und IP Secure».

Es ist nicht notwendig, alle Geräte auf einmal auf KNX Secure umzustellen. Secure- und Non-Secure-Geräte können auf derselben Linie koexistieren. Der Migrationspfad kann also schrittweise erfolgen, was die Kosten und den Aufwand verteilt.

Migrationspfad: Schritt für Schritt statt alles auf einmal

Eine KNX-Modernisierung lässt sich gut in Phasen aufteilen. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber einem Vollersatz, der in der Regel einen vollständigen Betriebsunterbruch erfordert.

In einer ersten Phase steht die Dokumentation im Vordergrund. Das Inventar wird erstellt, das ETS-Projekt rekonstruiert, und die Topologie wird kartiert. Am Ende dieser Phase weiss man, womit man es zu tun hat. Das ist die Grundlage für alle weiteren Entscheide.

In einer zweiten Phase wird die Topologie bereinigt. Der IP-Backbone wird aufgebaut, alte Linienkoppler werden durch IP-Koppler ersetzt, und die physikalischen Adressen werden, wo nötig, korrigiert. Diese Phase kann in der Regel ohne Betriebsunterbruch durchgeführt werden, weil die bestehenden Linien während der Umstellung weiter funktionieren.

In einer dritten Phase werden die Geräte selektiv ersetzt. Aktoren mit Verschleisserscheinungen, Koppler ohne IP-Fähigkeit und Geräte in sicherheitskritischen Bereichen werden durch aktuelle Produkte ersetzt. Gleichzeitig wird das ETS-Projekt bereinigt, die Namenskonvention vereinheitlicht und die Gruppenadressstruktur geordnet.

Eine vierte Phase kann die Einbindung neuer Funktionen umfassen: zusätzliche Sensoren, Schnittstellen zu DALI-Beleuchtungssteuerungen, EnOcean-Funksensoren für flexible Räume oder Modbus-Gateways für Zähler und Lüftungsgeräte. Diese Erweiterungen sind in einer modernisierten Anlage mit sauberem ETS-Projekt wesentlich einfacher umzusetzen als in einer undokumentierten Bestandsanlage. Die entsprechenden Schnittstellen beschreiben wir in der Serie «Schnittstellen rund um KNX».

Dieser Migrationspfad passt gut zur Sanierungslogik, die wir in der Serie «Sanierung & Modernisierung TGA» beschreiben. Wer zuerst eine Sanierungsstrategie entwickelt und dann Gewerk für Gewerk vorgeht, kann die KNX-Modernisierung in den Gesamtplan einbetten, ohne unnötige Doppelarbeiten.

Kosten im Vergleich: Modernisierung versus Vollersatz

Ein direkter Kostenvergleich zwischen Modernisierung und Vollersatz hängt stark vom Einzelfall ab. Wir nennen deshalb keine Pauschalzahlen, sondern beschreiben die massgeblichen Faktoren.

Beim Vollersatz fallen Kosten für die vollständige Demontage der Bestandsanlage, die Neuinstallation aller Geräte, die vollständige ETS-Projektierung und die Inbetriebnahme an. Dazu kommen in vielen Fällen Kosten für Kabelzugarbeiten, wenn die bestehende Busleitung nicht weiterverwendet werden kann. Der Betriebsunterbruch ist in der Regel länger, was bei genutzten Gebäuden zusätzliche Koordination erfordert.

Bei der Modernisierung entfallen die Demontage- und Neuinstallationskosten für funktionierende Geräte. Die Busleitung wird weiterverwendet. Der Aufwand konzentriert sich auf die Bestandsaufnahme, die ETS-Rekonstruktion, die Topologieanpassung und den selektiven Geräteersatz. Dieser Aufwand ist real und darf nicht unterschätzt werden, aber er ist in der Regel deutlich geringer als ein Vollersatz.

Der entscheidende Faktor ist die Qualität der Bestandsanlage. Eine Anlage mit intakter Busleitung, erkennbarer Topologie und noch lesbaren Geräteadressen lässt sich gut modernisieren. Eine Anlage mit beschädigter Leitung, unklarer Topologie und ausgefallenen Geräten an kritischen Stellen kann den Aufwand einer Modernisierung so weit erhöhen, dass ein Vollersatz wirtschaftlich sinnvoller wird. Die Bestandsaufnahme ist deshalb nicht nur eine technische, sondern auch eine wirtschaftliche Notwendigkeit.

Wer die Entscheidung zwischen Modernisierung und Ersatz grundsätzlich durchdenken möchte, findet dazu eine ehrliche Entscheidungshilfe im Beitrag «Retrofit oder Ersatz? Eine ehrliche Entscheidungshilfe für HLK-Sanierungen» aus unserer Sanierungsserie.

Das ETS-Projekt als Eigentum der Bauherrschaft

Ein Punkt, der bei Modernisierungen oft übersehen wird: Das ETS-Projekt gehört der Bauherrschaft, nicht dem ausführenden Unternehmer. Wer eine Anlage modernisiert, ohne das Projekt zu übergeben, hinterlässt denselben Zustand wie zuvor, nur mit neueren Geräten.

Wir bestehen deshalb darauf, dass am Ende jeder Modernisierung ein vollständiges, aktuelles ETS-Projekt übergeben wird. Es enthält alle Geräte mit physikalischen Adressen, alle Gruppenadressen mit Beschreibungen, alle Parameter und die Topologiedokumentation. Das Projekt wird mit einem Passwort geschützt, das der Bauherrschaft bekannt ist, nicht nur dem Unternehmer.

Warum das so wichtig ist und wie man es vertraglich absichert, haben wir in Teil 5 der Serie «KNX richtig planen» ausführlich beschrieben: «Das ETS-Projekt gehört dem Bauherrn».

Der rote Faden zu unseren Fachbeiträgen

Dieser Beitrag ist Teil 3 der Serie «KNX in Betrieb und Bestand». Teil 1, «Inbetriebnahme und Abnahme einer KNX-Anlage», beschreibt, was bei einer korrekten Erstinbetriebnahme dokumentiert werden muss, also genau das, was in Bestandsanlagen oft fehlt. Teil 2, «Fehlersuche im KNX-Bestand mit Busmonitor und Telegrammanalyse», zeigt die Werkzeuge, die wir bei der Bestandsaufnahme einsetzen. Teil 4, «Raumautomation mit KNX nach EN ISO 52120», beschreibt, wie eine modernisierte KNX-Anlage in die Energieeffizienzbetrachtung nach SN EN ISO 52120-1 eingebettet wird.

Für die Planung neuer Anlagen oder die Erweiterung bestehender Anlagen empfehlen wir die Serie «KNX richtig planen», insbesondere Teil 2 zur Topologie, Teil 3 zur Gruppenadressstruktur und Teil 4 zu KNX Secure. Wer die Grundlagen des Standards vertiefen möchte, findet sie in der Serie «KNX Grundlagen: die Schulungsreihe».

Für den Sanierungskontext sind ausserdem die Beiträge «Sanierungsstrategie zuerst, Ausführungsplanung danach» und «Retrofit oder Ersatz? Eine ehrliche Entscheidungshilfe für HLK-Sanierungen» relevant. Wer die KNX-Anlage mit anderen Systemen verbinden möchte, findet in der Serie «Schnittstellen rund um KNX» die passenden Beiträge zu DALI, EnOcean, Modbus und BACnet.

Fazit

Eine 15 bis 25 Jahre alte KNX- oder EIB-Anlage ist kein Fall für den Vollersatz, solange die Busleitung intakt ist und die Grundstruktur erkennbar bleibt. Der Schlüssel liegt in einer systematischen Bestandsaufnahme, die ehrlich bewertet, was brauchbar ist und was nicht. Darauf aufbauend lässt sich ein Migrationspfad entwickeln, der die Anlage schrittweise auf den heutigen Stand bringt: IP-Backbone statt reiner TP-Kopplung, neue Linienkoppler mit IP-Fähigkeit, KNX-Secure-fähige Geräte an den kritischen Stellen und ein bereinigtes ETS-Projekt, das der Bauherrschaft gehört.

Das Ergebnis ist keine neue Anlage, aber eine dokumentierte, erweiterbare und sicher betreibbare Anlage, die noch viele Jahre ihren Dienst tun kann. Und das zu einem Bruchteil der Kosten eines Vollersatzes, wenn die Ausgangslage stimmt.

Sie haben Fragen dazu?

Sie haben eine KNX- oder EIB-Anlage im Bestand und wissen nicht, ob sich eine Modernisierung lohnt? Wir machen mit Ihnen eine Bestandsaufnahme, bewerten den Zustand der Anlage und zeigen Ihnen einen konkreten Migrationspfad. Nehmen Sie Kontakt auf unter wenget.ch oder info@wenget.ch.

Quellenverzeichnis

• KNX Association: KNX System Specifications, EN 50090 (Europäische Norm für KNX-Heimautomation und Gebäudesteuerung), ISO/IEC 14543-3; KNX Association, Brüssel (www.knx.org)
• EN ISO 22510: KNXnet/IP (Kommunikation über IP-Netzwerke)
• SN EN ISO 52120-1 (SIA 386.111): Energieeffizienz von Gebäuden, Gebäudeautomation und -steuerung
• SN EN ISO 16484-1 (SIA 386.151): Gebäudeautomationssysteme, Projektierung
• SWKI BA101-01: Leistungen der Gebäudeautomation
• KNX Swiss (Landesorganisation der KNX Association in der Schweiz, www.knxswiss.ch)
• Eigene Projekterfahrung der WENGET GmbH aus KNX-Bestandsanalysen, ETS-Rekonstruktionen und KNX-Modernisierungsprojekten