Wissenschaftler des KIT wollen im Projekt ValMoNul die Automation von Gebäuden mit den individuellen Bedürfnissen derer Nutzer in Einklang bringen.
Fahrzeuge parken selbstständig ein, der Kühlschrank bestellt automatisch Lebensmittelnachschub – das Internet der Dinge hält immer stärkeren Einzug in unser Leben. Auch Zweckgebäude wie Bürokomplexe, Fertigungshallen oder Krankenhäuser werden zunehmend von der Digitalisierung geprägt und zu sogenannten Smart Buildings umgerüstet. Häufig empfinden Gebäudenutzer diese Automation jedoch als Eingriff in die individuelle Gestaltung ihres räumlichen Umfeldes. Dies betrifft beispielsweise einen Klassiker des Büroalltags: Die Klimatisierung von Räumen. Zu kalt, zu warm, zu stickig – ein zentral gesteuertes Raumklima führt nicht selten zu chronischem Unmut.
„Werden die Bedürfnisse der Nutzer missachtet, hat dies nicht nur negative Folgen für die Energieeffizienz der Gebäude, sondern auch für die Produktivität und das Wohlbefinden der Mitarbeiter. Unser Ziel ist es, die Senkung des Energiebedarfs mit einer Komfortsteigerung für die Gebäudenutzer in Einklang zu bringen“, so Prof. Andreas Wagner, Professor für Bauphysik und Technischen Ausbau sowie Prodekan für Forschung der Fakultät für Architektur am KIT.
Seit Juni 2015 forscht das KIT im Verbundprojekt ValMoNul – ein Akronym für „Validierung und Modellierung von Nutzerinteraktionen sowie deren algorithmischer Implementierung in der Gebäudeautomation“. Das Projekt wird in enger Kooperation mit den Lehrstühlen für Energieeffizientes Bauen (E3D) und Gebäude- und Raumklimatechnik (EBC) der RWTH Aachen, dem Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP) und dem Industriepartner ABB bearbeitet.
Automatisierungskonzepte und Regelungsstrategien, etwa für Raumklima und Beleuchtung, werden bereits in vielen Gebäuden eingesetzt. Allerdings weichen die prognostizierten Bedarfswerte häufig stark von der Realität ab. „Grund dafür ist mitunter, dass man sich am Verhalten eines Durchschnittsnutzers orientiert, welches in keinster Weise das Verhalten aller Nutzer widerspiegelt“, erklärt PD Dr. Marcel Schweiker. Er ist akademischer Mitarbeiter im Fachgebiet Bauphysik und Technischer Ausbau am KIT und dort als Verbundleiter des Projekts ValMoNul verantwortlich für Komfort- und Nutzerverhaltensforschung.
Mit der ABB AG – einem weltweit führenden Anbieter von Produkten im Bereich Gebäudeautomation – konnte ein Partner für das Projekt gewonnen werden, welcher die Ergebnisse aus Industriesicht bewertet und so eine möglichst hohe Verwertbarkeit sicherstellt. Die Algorithmen, die nach Auswertung der am KIT durchgeführten Experimente zum Nutzerverhalten aufgestellt werden, sollen frühestmöglich eine Prüfung auf Marktfähigkeit durchlaufen. „Wir implementieren die Algorithmen direkt auf Controllern von ABB mit dem Ziel, diese irgendwann auch an den Markt zu bringen. Dabei ist es uns wichtig, ein System zu entwickeln, das über einen gewissen Zeitraum die Bedürfnisse der Nutzer kennenlernt und korrekt interpretieren kann, sodass diese sich langfristig wohlfühlen“, sagt Dirk John, der das Projekt mit initiiert hat und es seitens ABB als globaler Produktmanager Digitalisierung im Bereich Smart Buildings begleitet.
Für die Akzeptanz von künstlicher Intelligenz in Gebäuden ist es entscheidend, den Nutzer nicht in seinen Freiheiten zu beschränken und ein Gefühl von Fremdbestimmung zu vermeiden. Neben der Individualität der Nutzer darf auch die Individualität der jeweiligen Gebäude nicht außer Acht gelassen werden. Ziel ist ein Ergebnis, das sich auf andere Gebäude übertragen lässt und gleichzeitig über so viele Stellschrauben wie möglich verfügt.
Um eine solche Lösung zu erarbeiten, wollen sich die Partner künftig noch tiefgehender mit multiplen Einflussfaktoren beschäftigen, wie etwa dem Zusammenspiel von visuellen, thermischen, olfaktorischen und auditiven Einflüssen. „Dazu ist es uns wichtig, in Zukunft auch weiterhin Psychologen sowie Partner aus dem Facility-Management mit einzubinden. Nur wenn wir den Menschen interdisziplinär betrachten, können uns intelligente Systeme in Zukunft optimal unterstützen“, betont PD Dr. Schweiker.
Wir müssen einen integralen architektonischen Ansatz finden, der Raumgestaltung, technische Gebäudeausrüstung und die individuellen Bedürfnisse der Nutzer in Einklang bringt.
DER TESTSTAND LOBSTER
2013 wurde am KIT ein Raumklima-Teststand errichtet, um Komfort und Nutzerverhalten unter kontrollierten Bedingungen untersuchen zu können. LOBSTER steht für Laboratory for Occupant Behaviour, Satisfaction, Thermal Comfort and Environment Research. Der Teststand bietet realitätsnahe Versuchsbedingungen und ist mit umfangreicher Technik ausgestattet, wie etwa Raumklimasensoren und körperbezogenen Sensoren sowie einer eigenen meteorologischen Station auf dem Dach. Mithilfe von zwei identischen, momentan als Büros ausgestatteten Testräumen, sind sowohl vergleichende Studien als auch eine Verdoppelung der Probandenzahl bei minimalem Mehraufwand möglich.
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