Zonensysteme gelten als intelligente Gebäudetechniklösungen, die eine präzise Steuerung von Heizungs-, Lüftungs- und Kühlsystemen (HLK) ermöglichen. Durch die Integration von künstlicher Intelligenz wird nun eine höhere Effizienz und Leistungsfähigkeit dieser Systeme angestrebt.
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Eine präzise Steuerung der HLK auf Raumebene durch Zonensysteme ermöglicht eine individuelle Anpassung an die Vorlieben und Bedürfnisse jedes Bewohners oder Mitarbeiters
Eine effektive Möglichkeit, ein solches Maß an detaillierter Steuerung zu erreichen, besteht darin, das Zonensystem mit einer zentralen Steuerungseinheit zu verbinden, die über eine benutzerfreundliche Schnittstelle verfügt. Diese Schnittstelle ermöglicht es den Bewohnern/Mitarbeitern, individuelle Profile zu erstellen und ihre Präferenzen für Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Belüftung und mehr festzulegen. Das Zonensystem kann dann diese Profile abrufen und die Raumbedingungen entsprechend anpassen.
Um wirtschaftlich zu arbeiten, ist es notwendig, Automatisierung einzuführen, bei der die HLK-Systeme auf die von Sensoren erfassten Daten reagieren. In diesem Kontext spielt KI eine wichtige Rolle, da sie anhand der vorhandenen Informationen die richtigen Entscheidungen treffen kann.
Die Integration von Edge-Intelligenz macht Smart Buildings noch intelligenter
Früher wurden KI-Systeme traditionell in einem Zentralrechner betrieben. In den letzten Jahren hat sich dieser Trend hin zur Cloud entwickelt. Das heißt, dass Daten, die von Sensoren in Gebäuden oder Fabrikhallen erfasst werden, an ein cloudbasiertes System gesendet werden. Dort treffen KI-Algorithmen Entscheidungen, die dann an die HLK-Systeme zurückgeschickt werden.
Die Nutzung der Cloud hat zweifellos ihre Vorteile, aber es gibt auch einige Nachteile zu bedenken. Zum einen entsteht eine Verzögerung oder Latenz beim Senden von Daten und dem Warten auf eine Antwort. In einem intelligenten Gebäude kann dies ärgerlich sein, wenn das Licht erst nach ein oder zwei Sekunden eingeschaltet wird, nachdem jemand den Schalter betätigt hat. Darüber hinaus fallen bei der Datenübertragung Kosten an und das System ist auf eine ständige und zuverlässige Kommunikationsverbindung angewiesen, da ein Ausfall dieser Verbindung schwerwiegende Auswirkungen haben kann, wie z.B. den Ausfall der Heizung, wenn die Internetverbindung unterbrochen ist.
Ein neuer Ansatz, die Edge Intelligence, ersetzt die Cloud-KI. Dabei erfolgt die Verarbeitung der Daten und der KI-Algorithmus nicht in der Cloud, sondern direkt am Netzwerkrand, in der Nähe der Sensoren und Aktoren. Dieser Ansatz ermöglicht es, die Beschränkungen der Cloud-Nutzung zu überwinden. Insbesondere in intelligenten Gebäuden erweisen sich Zonensysteme aufgrund ihrer räumlichen Nähe zur erfassten Umgebung als äußerst geeignet für die Umsetzung von Edge-Intelligenz.
Es ist unklar, wo sich die Edge-Intelligenz befindet
Der Anwender kann die Edge auch als ein dezentrales Netzwerk von Geräten und Anwendungen betrachten, die direkt miteinander kommunizieren, ohne eine Verbindung zu externen Cloud-Diensten oder zentralen Servern herzustellen. Dies ermöglicht eine schnellere Reaktionszeit und eine höhere Datensicherheit.
Silicon Labs erkennt an, dass die Begrenzung des Netzwerks in Bezug auf die Verarbeitung auf der Sensorebene liegt, während die Edge neben den erfassten Größen liegt. Diese Charakterisierung ist jedoch nur eine von vielen. Es gibt auch überzeugende Argumente dafür, KI-Berechnungen noch weiter von der Cloud zu entfernen, um erhebliche Vorteile zu erzielen.
Die Edge-Ausführung von Künstlicher Intelligenz bietet zahlreiche Vorteile, darunter eine schnellere dezentrale Entscheidungsfindung und eine Verringerung des Datenverkehrs. Um diese Vorteile in einem intelligenten Gebäude zu realisieren, können funkbasierte Mikrocontroller (MCUs) mit Edge-Intelligenz als Prozessor verwendet werden. Diese speziellen System-on-Chip (SoC)-Bausteine sind darauf ausgelegt, KI-Modelle effizient mit optimiertem Stromverbrauch und akzeptabler Geschwindigkeit auszuführen.
Die Kostenoptimierung bei der Aufrüstung industrieller und intelligenter Gebäude mit KI-Anwendungen ist ein entscheidender Faktor für Hersteller. Durch den Einsatz von Funk-SoCs mit integriertem KI-Beschleuniger können sie die Vorteile der Edge-KI nutzen und gleichzeitig die Kosten niedrig halten. Auf diese Weise können Hersteller ihre Produkte mit funkbasierter und intelligenter Technik verbessern, ohne die Sicherheitsauflagen und den bereits beschäftigten Prozessor in HLK-Systemen zu beeinträchtigen.
Es wurde festgestellt, dass Funk-MCUs in Bezug auf Edge-KI zahlreiche Vorteile aufweisen
Um eine detailliertere Betrachtung der Vorteile zu ermöglichen, ist ein Vergleich der Verbesserungen, die durch den Einsatz von Edge-KI im Gegensatz zu herkömmlichen Mikrocontrollern (MCUs) erzielt werden, vonnöten. Ein KI-Beschleuniger unterstützt Anwendungen dabei, schnelle Entscheidungen auf Basis spezifischer Datensätze zu treffen. Darüber hinaus ist der Beschleuniger in der Lage, dies mit einer höheren Zuverlässigkeit und einem deutlich reduzierten Energieverbrauch zu bewerkstelligen.
Eine wesentliche Voraussetzung für den Einsatz von KI-Anwendungen ist das Vertrauen in ihre Fähigkeit, Anomalien oder Störungen in der Umgebung zu erkennen und präzise in vorgegebene Kategorien einzuordnen. Durch den Einsatz eines SoCs mit KI-Beschleuniger können KI-Anwendungen zuverlässigere und effizientere Entscheidungen am Edge-Punkt treffen, ohne auf Informationen aus der Cloud angewiesen zu sein.
Im Zonensystem ermöglichen es KI-gestützte Anwendungen, die auf Funk-MCUs ausgeführt werden, spontane Entscheidungen auf der Grundlage von HLK-Störungen und Veränderungen in der Personenbelegung zu treffen. Dadurch wird die Reaktionszeit des Optimierungszyklus erheblich verkürzt, was sowohl Bewohnern als auch Mitarbeitern zugutekommt, da Verzögerungen vermieden und der Energieverbrauch minimiert werden. Darüber hinaus bietet dieses System den Vorteil, dass Optimierungen erster Ordnung vor Ort durchgeführt werden können, ohne dass Daten an die Cloud gesendet werden müssen, was die Sicherheit und den Datenschutz erhöht. Auch bei Ausfall des Backend-Systems des Gebäudes oder einer Unterbrechung der Netzwerkverbindung vor Ort bleiben alle Funktionen erhalten und Risiken werden minimiert.
Die Expertengruppe erörterte die Vor- und Nachteile verschiedener Technologien zur Datenübertragung für die zentrale Entscheidungsfindung
Cloud-basierte HLK-Systeme, die ohne Edge-KI arbeiten, senden alle erfassten Daten, einschließlich Standby-Daten, zur zentralen Entscheidungsfindung an die Cloud. Durch den Einsatz von KI-gestützten Anwendungen können jedoch nur relevante Daten lokal verarbeitet werden, wodurch die Datenübertragung in die Cloud erheblich reduziert wird.
In traditionellen HLK-Systemen mit nur wenigen Sensoren sind diese Übertragungsraten noch akzeptabel, weshalb die Nutzung von Cloud-KI eine annehmbare Lösung darstellt. Allerdings, mit der Einführung von Zonensystemen, bei denen Hunderte von Sensoren online sind, ist es nicht mehr möglich, statische Daten kontinuierlich zu übertragen. Wenn die Algorithmen nicht lokal ausgeführt würden, würden die Millionen von Sensoren, die alle paar Millisekunden mit der Cloud kommunizieren, das Netzwerk schnell überlasten.
Durch den Einsatz von KI-Beschleunigern lässt sich das Problem des Datenverkehrs deutlich reduzieren. Diese leistungsstarken Geräte ermöglichen es, sämtliche statischen Daten, die von den Sensoren erzeugt werden, effizient zu filtern und zuverlässig zu beurteilen, ob Veränderungen aufgetreten sind. Nur die datenbasierten Ereignisse werden dann an die Cloud gesendet. Diese Art der Filterung optimiert den Netzwerkverkehr und entlastet die Ressourcen der Cloud. Gebäudebetreiber profitieren maßgeblich von dieser Verbesserung, da weniger Datenverarbeitung in der Cloud zu niedrigeren Gebühren für die Cloud-Betreiber führt und somit die Betriebskosten erheblich senkt.
In intelligenten Gebäuden werden diverse Zonentechniken erfolgreich eingesetzt
Mit dem Einsatz von Zonentechniken in intelligenten Gebäuden wird ein neues Zeitalter des Komforts und der Energieeffizienz eingeläutet. In naher Zukunft werden Bewohner und Mitarbeiter ihre Umgebung nach Belieben anpassen können, um den perfekten Raumklima zu schaffen. Die intelligente Lüftung wird dabei genauso selbstverständlich sein wie die intelligente Beleuchtung, da sie einen wesentlichen Beitrag zur Energiekosteneinsparung leistet.
