Zu heiß, zu kühl?

KI soll für Behaglichkeit im Büro sorgen

14.10.2021 10:15

Zu heiß, zu kühl, zu zugig: Die Behaglichkeit in Räumen ist wichtig für die Menschen, die sich darin befinden. Wegen des individuellen Empfindens lässt sich Behaglichkeit bisher jedoch weder einfach messen noch für alle optimal herstellen. Ein österreichisches Expertenteam unter der Leitung des Grazer Know-Center arbeitet daran, die thermische Behaglichkeit in Bürogebäuden für möglichst viele zu optimieren und zugleich die Energieeffizienz zu steigern. Künstliche Intelligenz soll dabei helfen.

Ob ein Raum als behaglich empfunden wird, hängt von vielen Faktoren ab. Wer mit dem Verhältnis von Temperatur, der Feuchte und Luftbewegung im Raum zufrieden ist, fühlt sich zumindest thermisch behaglich. In Bürogebäuden haben Angestellte jedoch ganz subjektive Vorstellungen von thermischer Behaglichkeit. Und was für Büroräume gilt, kann in den Konferenz- oder öffentlichen Bereichen schon wieder ganz anders empfunden werden. Hier wird deutlich, wie anspruchsvoll die Aufgabe ist, ein Verhältnis von Raumlufttemperatur und relativer Raumluftfeuchte herzustellen, in dem sich die große Mehrheit der Raumnutzer zu jeder Tages- und Jahreszeit wohlfühlt.

Zugleich gibt es den Wunsch, das Klima und die Geldbörse zu schonen. Laut dem in Graz ansässigen österreichischen Kompetenz-Zentrum für Big Data Analytics, Data-driven Business und KI bringt eine neuartige Kombination von KI und Simulationsmodellen das durchaus unter einen Hut. Damit eröffnen sich neue Perspektiven hinsichtlich der Betreuung, Beurteilung und Optimierung von Gebäuden, wie Projektleiter Heimo Gursch vom Know-Center gegenüber der APA sagte.

Im Gebäudemanagement wird bisher traditionell das Schwergewicht auf Energieeffizienz gelegt - was manchmal zu nicht befriedigenden Raumkomfortbedingungen für Benutzer führt. Direkte Nutzerbefragungen seien wiederum zeitaufwendig und scheiterten oft am geringen Feedback, erklärte Gursch. Andererseits werden selbst die Raum- und Betriebsbedingungen nicht ausreichend erfasst, da die Anzahl der verwendeten Sensoren und dadurch die messbaren physikalischen Größen begrenzt sind.

Virtueller Sensor berechnet Behaglichkeit
Hier könnten sogenannte virtuelle Sensoren für wesentliche Verbesserungen sorgen, sind die Datenwissenschaftler am Grazer Know-Center überzeugt. In dem von der Forschungsförderungsgesellschaft FFG geförderten Projekt „COMFORT - Comfort Orientated and Management Focused Operation of Room Conditions“ hat ein Expertenteam aus Gebäudetechnikern, Bauingenieuren, Simulationsexperten und Datenwissenschaftlern unter anderem einen virtuellen Sensor entwickelt, der Behaglichkeit mithilfe von datengetriebenen KI-Modellen und Simulationsmodellen berechnet.

Die Experten lösten das Problem mit einer geschickten Kombination aus Hard- und Software: Einflussgrößen, wie Temperatur oder Massenströme, werden aus der bestehenden Gebäudeleittechnik bezogen und gezielt mit zusätzlichen Messwerten eines neu entwickelten, drahtlosen Sensornetzwerkes kombiniert. Dieses besteht aus rund 40 Knoten mit jeweils mehreren Sensoren und misst ähnliche Größen, aber statt einem Messpunkt pro Raum gibt es nunmehr zehn oder noch mehr. Zusätzlich werden noch Wetterdaten in die Datenbasis aufgenommen.

Energieverbrauch simuliert
Im Bereich der Simulationen werden der gesamte Energieverbrauch eines Gebäudes, der durch Heizung bzw. Kühlung entsteht, nachgebildet. Ebenso werden die Temperatur und die Luftströmung an jedem beliebigen Punkt im Gebäude simuliert. Bei der Vereinigung der vielen unterschiedlichen Datenquellen zu einer homogenen Datenbasis kommt das Big-Data-Prinzip zur Anwendung.

Die Besonderheit liege laut Gursch in der Kombination von datengetriebenen KI-Modellen und Simulationsmodellen: „Im Projekt haben wir beispielsweise KI-Modelle genutzt, um die Sonneneinstrahlung in Simulationen genauer bestimmen zu können. Die Ergebnisse der Simulationen wurden wiederum dazu verwendet, die Eignung von KI-Modellen zur Vorhersage von Luftströmungen zu bestimmen.“

Praxistest
Die Ergebnisse der KI-Methoden und Simulation speisen schließlich den sogenannten virtuellen Sensor. Er kann messen, was eigentlich nicht direkt messbar ist: den Behaglichkeitswert. Der virtuelle Sensor wurde bereits in Test-Boxen der TU Graz und im Bürocampus einer Deutschlandsberger Firma auf seine Praxistauglichkeit überprüft. Es zeigte sich, dass die genauere Bestimmung des Behaglichkeitsniveaus auch dabei hilft, die energetische Effizienz zu steigern: So ergab etwa eine Energiefluss-Analyse einen zu hohen Luftwechsel in einem der Testräume. Durch geringeren Luftwechsel wurde in diesem Fall der Energieverbrauch der Belüftung reduziert, ohne die Behaglichkeit zu vermindern.