Die Bedeutung effizienter Systeme für das Design von Smart Buildings.
Intelligente Technologie schafft neue Möglichkeiten für die Interaktion von Menschen und Gebäuden – auf privater und auf professioneller Ebene. In unserem Privatleben schalten Smart Home-Geräte zum Einsparen von Energie das Licht automatisch ein oder aus und verwalten unsere HLK-Systeme. An unseren Arbeitsplätzen hat das IoT massive Verbesserungen bei Lagereffizienz, Justierung kommerzieller Beleuchtung, HLK-Optimierung und vielem mehr ermöglicht.
IoT-Systeme für intelligente Gebäude bieten Kontrolle, Komfort und Effizienz. Dieser Artikel befasst sich mit der Frage, wie methodisch eingebettete Designmerkmale für Energieeffizienz in IoT-Geräten für intelligente Gebäude sorgen.
Optimierung von Geräten für intelligente Gebäude
Obwohl einige IoT-Geräte wie Kameras und intelligente Garagentoröffner fest mit einer Stromquelle verdrahtet sind, arbeiten die meisten Geräte ausschließlich mit Batteriestrom. Geräte wie intelligente Fenstersensoren, intelligente Temperatursensoren und Belegungssensoren nutzen hocheffiziente Mikrocontroller und Sensoren, um den Stromverbrauch zu minimieren. In Verbindung mit optimierten Betriebsmodi, Ruhemodi und minimalem Stromverbrauch im Ruhezustand kann speziell auf niedrigen Stromverbrauch ausgelegte Hardware die Batterielaufzeit der drahtlosen Sensoren in intelligenten Gebäuden erhöhen und so die Wartungskosten reduzieren und die Lebensdauer verlängern.
Energieeffiziente Kommunikation und Konnektivität
IoT-Geräte für intelligente Gebäude benötigen nahtlose Konnektivität und effiziente Kommunikation, damit unverzichtbare Funktionen wie Datenweitergabe und zentrale Steuerung genutzt werden können. Die energieeffiziente Kommunikation senkt den Energieverbrauch kabelgebundener und kabelloser Kommunikation. Protokolle für kabellose Datenübertragung mit geringem Energiebedarf wie Zigbee, Z-Wave, Thread und Bluetooth Low Energy (BLE) werden typischerweise in intelligenten Gebäuden eingesetzt, um den Stromverbrauch auf Geräteebene zu optimieren.
Gebäude mit eingebetteten Systemen energieeffizient gestalten
Energieeffizienz und nachhaltige Energiequellen sind die beiden Säulen für das Design und die Technologie intelligenter Gebäude. Die Umsetzung erfolgt mittels Energy Harvesting und Optimierung des Stromverbrauchs. Dies gilt auch für energieintensive HLK-Systeme.
Energy Harvesting im Design intelligenter Gebäude
Energy Harvesting und Speichersysteme wie Sonnenkollektoren, kinetische Energy Harvester und Batteriebanken können mit den für intelligente Gebäude eingesetzten Technologien gesteuert werden. Kabellose Lichtschalter können beispielsweise Energie aus Benutzerinteraktionen und aus dem Umgebungslicht gewinnen. Batterien und regelmäßige Wartungen werden so überflüssig. Intelligente Lichtschalter können zudem die Anwesenheit von Personen in einem Raum erkennen und die Leuchten ausschalten, nachdem der Raum verlassen wurde. Bei einem solchen intelligenten Lichtschalter können ein methodisch entworfenes System für das Energy Harvesting sowie ein Energiemanagementsystem den Energieverbrauch der Komponente ebenso wie den des gesteuerten Systems optimieren.
Echtzeitüberwachung und -steuerung in intelligenten Gebäuden
Die Echtzeitüberwachung des Stromverbrauchs ist in intelligenten Gebäuden von großer Bedeutung. Eingebettete Systeme zur Überwachung des Energieverbrauchs bestehen häufig aus Stromsensoren, die den historischen und den aktuellen Bedarf überwachen. Diese Systeme können zusammen mit intelligenten Steckern und Mehrfachsteckdosen den Stromverbrauch vieler Geräte überwachen und bei Bedarf die Stromzufuhr für diese Geräte begrenzen.
Industrielle Ausrüstung für den kommerziellen Einsatz ist häufig mit integrierten Systemen für das Energiemanagement ausgestattet, die den Stromverbrauch überwachen, die Start/Stopp-Energieversorgung steuern und Maschinen gegebenenfalls außerhalb der Hauptgeschäftszeiten starten können, um die Energiekosten zu senken. Diese integrierten Energiemanagementsysteme verbinden sich mit den Energiemanagementsystemen des betreffenden Gebäudes, um die Effizienz zu maximieren.
Dabei hat Energieeffizienz in intelligenten Energiemanagementsystemen, die für Energieverteilung, Optimierung und Lastausgleich in einem intelligenten Gebäude zuständig sind, höchste Priorität. In hochkomplexen Gebäuden speisen intelligente Energiemanagementsysteme Hunderte von Maschinen, etliche HLK-Systeme sowie Beleuchtungssysteme. Um den Gesamtenergieverbrauch eines Gebäudes intelligent zu optimieren, können diese intelligenten Energiemanagementsysteme komplexe Netzwerke eingebetteter und zentraler Energiemanagementsysteme bilden.
Optimierung von HLK-Systemen
HLK-Systeme sind meist die energieintensivsten Anlagen in intelligenten Gebäuden. Energieeffiziente Systeme, die in die HLK-Infrastrukturen eingebettet werden, bieten präzise Temperaturregelung, prädiktive Nutzungsalgorithmen, Energieoptimierung, Belegungserkennung, Energiespeicherung und Energierückgewinnung.
Ein Gebäude kann beispielsweise energieeffiziente Belegungssensoren sowie Umgebungssensoren integrieren, die die Temperatur basierend auf der Anwesenheit von Personen, Beleuchtungsbedarf, Maschinennutzung, Umweltbedingungen wie Sonnenlicht und sogar Benutzerpräferenzen justieren. Diese Systeme reagieren schnell auf Eingangssignale und können Bedarfsänderungen anhand präventiver Algorithmen antizipieren. Im Wohnbereich wird mit intelligenten Thermostaten durch Optimierung der Laufzeiten und die Berücksichtigung der Gebäudebelegung sowie die Bereitstellung von Echtzeitdaten für Benutzer ein vergleichbar effizienzorientiertes Ergebnis erzielt.
Eingebettete Systeme und das Design intelligenter Gebäude
Für energieeffiziente Gebäudetechnologien spielen eingebettete Systeme eine wichtige Rolle, um die Funktonalität und Nachhaltigkeit der intelligenten Systeme sicherzustellen. Auf Geräteebene kann der Stromverbrauch minimiert werden, indem Komponenten mit geringem Stromverbrauch gewählt werden, die eine höhere Batterielaufzeit bieten und die Benutzererfahrung verbessern. Die Echtzeitüberwachung und -steuerung von Geräten, Beleuchtung, elektrischen Systemen und HLK-Infrastruktur ist erforderlich, damit die Effizienz im Gebäude insgesamt optimiert werden kann. Die Steuerung erfolgt durch präzise eingebettete Systeme. Bei der Energieeffizienz geht es nicht nur um die Berücksichtigung der Strukturen in intelligenten, energieeffizienten Gebäuden. Energieeffizienz ist eine Voraussetzung für den Erfolg und die Nutzbarkeit der IoT-Technologie in intelligenten Gebäuden.
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