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Highly Innovative building control Tools Tackling the energy performance GAP

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Middleware-System koordiniert mit künstlicher Intelligenz Energiemanagement von Gebäuden

Was ist zu tun, wenn ein Gebäude nicht so energieeffizient ist, wie es eigentlich sein sollte? Eine neuartige quelloffene Plattform für das Energiemanagement von Gebäuden, die mit künstlicher Intelligenz arbeitet, diagnostiziert Probleme und löst diese.

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In der heutigen Zeit werden Gebäude sorgfältig konzipiert, damit ihre Energieeffizienz stimmt. Trotzdem funktionieren sie nicht immer wie geplant. Diese Diskrepanz wird als Energieeffizienzlücke bezeichnet. Konstruktion und Bauweise können ungenau ausgeführt sein, wodurch unbeabsichtigte Lücken und andere Mängel auftreten. Außerdem kann es vorkommen, dass Temperaturregelungs- und Lüftungssysteme nach dem Bau nicht exakt die erwartete Leistung erbringen. Auch bei der Gebäudenutzung können unvorhersehbare Verhaltensmuster auftreten. So ist es nicht ganz einfach, energieeffiziente Gebäude in Betrieb zu nehmen, die genau nach Plan funktionieren. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts HIT2GAP (Highly Innovative building control Tools Tackling the energy performance GAP) wurde eine neue Gebäudeenergiemanagement-Plattform entwickelt, welche die erschwerenden Faktoren berücksichtigt, um diese Unterschiede in der Leistung zu verringern. Das System mit seinen Modulen, die auf Algorithmen der künstlichen Intelligenz und Verfahren wie etwa Data Mining und Knowledge Discovery (Wissensentdeckung) basieren, konzentriert sich auf die Nutzungsphase in der Lebensdauer eines Gebäudes, d. h. den langen Zeitraum nach dem Bau und vor der Stilllegung, in dem die Mieterschaft das Gebäude bewohnt. Das Projekt entwickelte ein neues Paradigma für Gebäudeenergiemanagement-Plattformen und vermarktete das entsprechende Produkt.

Die Middleware-Plattform und ihr Modulspeicher

Bei dem System handelt es sich um eine quelloffene Middleware-Plattform mit der Bezeichnung BEMServer. Sie empfängt Informationen, die von Gebäudemanagementsystemen und weiteren Infrastruktursensoren gemessen werden. Nach der zentralen Verarbeitung greifen verschiedene Spezialmodule auf die Informationen zu, die dann der Gebäudeverwaltung und der Nutzerschaft verwertbare Informationen zur Verfügung stellen. Die Module können zum Beispiel Fehler oder ungeeignete Einstellungen im Zusammenhang mit der Gebäudeausrüstung erkennen oder energieineffizientes Nutzungsverhalten melden. Alle Module sind mit dem BEMServer verbunden. Sie können Informationen mit anderen Modulen austauschen, wodurch neue Datensätze und kombinierte Analysen und somit neue erweiterte Dienstleistungen möglich werden.

Bei der Nutzung erstellte Module

Einzigartig an HIT2GAP ist, dass Module von Dritten entwickelt werden können. Da der BEMServer ganz bewusst quelloffen ist, müssen bei der Entwicklung die Kernfunktionalitäten der Middleware nicht neu erstellt werden. Projektkoordinatorin Pascale Brassier erklärt: „Es handelt sich um eine Entwicklungsplattform ähnlich dem iPhone-Betriebssystem, bei dem die Software für die Plattform nach eigenen Bedürfnissen entwickelt werden kann.“ Das System kann somit modifiziert und verbessert werden und wird stets mit neu aufkommenden Technologien Schritt halten. Vollständig kommerzialisierte Systeme verfügen nicht über diese Flexibilität. Nach dem Konzept von HIT2GAP wird bei der Nutzung nur für die Module und nicht für den Middleware-BEMServer bezahlt.

Verbesserte Gebäudeinformationsmodellierung mit künstlicher Intelligenz

Einige der Module verwenden Algorithmen mit künstlicher Intelligenz, darunter das Modul für Fehlererkennung und -diagnose – Hauptkomponentenanalyse, das den integrierten Datenzugriff von HIT2GAP nutzt, um erweiterte Überwachungsfunktionen anzubieten, die das Gebäudeverhalten in Hinsicht auf den Normalbetrieb bewerten. Stellt das Modul einen Fehler fest, gestattet es dessen Isolierung und die Lokalisierung der ihn verursachenden Variablen, so dass die Wartungsteams die Ursachen leichter erkennen oder erklären können, warum der Fehler aufgetreten ist. Außerdem werden bei der Fehlererkennung und -diagnose auf maschinellem Lernen basierende Methoden eingesetzt, die kontinuierlich Zeitreihendaten des BEMServers analysieren und den Gebäudebetreibern eine Nachricht zukommen lassen, wenn Anomalien erfasst werden. ENIXO, ein weiteres Modul, das künstliche Intelligenz nutzt, ist eine Anwendung, die Empfehlungen zu den Energie verschwendenden Situationen im Gesamtsystem erstellt und unter Einsatz semantischer Logik Nachrichten an die Gebäudeverwaltung und andere Zielgruppen sendet. „Bislang wurden zwölf Module ausgeliefert“, sagt Brassier. „Der BEMServer wurde an vier Pilotstandorten eingesetzt: in Frankreich, Irland, Polen und Spanien.“ Jeder Pilotstandort wählte jene Module aus, die seinem Bedarf und den verschiedenen Problemen in seinem Gebäude am ehesten entsprechen. Es hat sich erwiesen, dass der BEMServer plangemäß funktioniert und dabei die Gebäude mit den Informationsverwaltungsmodulen verbindet. Im Lauf der Tests lieferte das System zahlreiche sachgerechte Warnungen und Alarme und unterstützte die Gebäudeverwaltung bei der Entscheidungsfindung. Die Dokumentation für das System und die meisten Module wurde der Entwicklung zur Verfügung gestellt.

BEMServer: nächste Schritte

Zunächst plant das Team die Entwicklung weiterer Demonstrationsfälle sowie die Erweiterung des BEMServers durch neue oder verbesserte Funktionen einschließlich zusätzlicher Kernfunktionalitäten auf der Grundlage künstlicher Intelligenz. Zukünftige Entwicklungen werden sich auf fortgeschrittene Vorverarbeitungsfunktionen konzentrieren, mit denen Datenfehler erkannt und korrigiert werden können, um ein Mindestmaß an Datenqualität abzusichern. Das Team plant außerdem eine Verbesserung der Nutzungserfahrung einschließlich aktualisierter administrativer und weiterer Funktionen. Demnächst wird eine zweite, noch kommerziellere Version auf den Markt kommen.

Schlüsselbegriffe

HIT2GAP, Gebäude, Energieleistungslücke, Energieeffizienzlücke, BEMServer, Module, Middleware, Energiemanagement, Energieeffizienz, Gebäudemanagement

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