Künstliche Intelligenz optimiert Kühlung und Energieverbrauch

Wenn morgens zahlreiche Mitarbeiter gleichzeitig ihre Klimaanlagen einschalten, steigt der Strombedarf eines Bürogebäudes innerhalb kurzer Zeit deutlich an.

Die Verdichter müssen schnell zusätzliche Kälteleistung bereitstellen, obwohl der Zeitpunkt dieses Lastanstiegs häufig vorhersehbar ist. Moderne Klimasysteme sollen solche wiederkehrenden Abläufe erkennen und ihre Leistung vorausschauend anpassen. Künstliche Intelligenz übernimmt dabei zunehmend Aufgaben, die bisher über feste Zeitprogramme oder manuelle Einstellungen geregelt wurden. Auf der Chillventa in Nürnberg zeigte LG, wie sich lernende Steuerungssysteme sowohl in großen gewerblichen Klimaanlagen als auch in Geräten für einzelne Wohnräume einsetzen lassen. Im Mittelpunkt standen das VRF-System Multi V i für größere Gebäude und eine Klimagerätegeneration, die individuelle Temperaturwünsche und die Anwesenheit von Personen berücksichtigt. Neben der Kühlung spielt auch die Heizfunktion eine Rolle, denn die eingesetzte Luft-Luft-Wärmepumpentechnik kann beide Aufgaben übernehmen.

LG Multi V i steuert die Klimatisierung großer Gebäude

Bürokomplexe und Fertigungshallen stellen andere Anforderungen an die Klimatisierung als einzelne Wohnräume. Häufig müssen zahlreiche Bereiche mit unterschiedlichen Temperaturen versorgt werden. Dafür kommen VRF-Systeme zum Einsatz. Die Abkürzung steht für Variable Refrigerant Flow und bezeichnet Anlagen, bei denen der Kältemittelstrom bedarfsgerecht geregelt wird. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technik liegt darin, dass sich viele Innengeräte über ein gemeinsames Rohrleitungsnetz mit vergleichsweise wenigen Außengeräten verbinden lassen. Dadurch können unterschiedliche Räume innerhalb eines größeren Gebäudes individuell klimatisiert werden, ohne für jeden Bereich eine separate Außeneinheit installieren zu müssen. Mit dem Multi V i hat der Hersteller sein bisheriges System Multi V 5 weiterentwickelt. Die Anlage verfügt über zwei Verdichter und eine zusätzliche Elektronik zur intelligenten Betriebssteuerung. Eine spezielle Platine übernimmt die Verarbeitung der Daten, die für die Optimierung des Energieverbrauchs benötigt werden. Die Kältetechnik selbst folgt weiterhin dem bekannten Prinzip eines VRF-Systems. Neu ist vor allem, wie die Anlage auf wiederkehrende Betriebsbedingungen reagieren soll.

Multi V i erkennt Lastspitzen und passt die Verdichterleistung an

Ein Beispiel für die intelligente Steuerung ist der morgendliche Arbeitsbeginn in einem Bürogebäude. Schalten zahlreiche Mitarbeiter gegen neun Uhr ihre Klimageräte ein, entsteht regelmäßig eine hohe Leistungsanforderung. Die Verdichter müssen kurzfristig stärker arbeiten, um die gewünschten Raumtemperaturen zu erreichen. Das Multi V i soll solche Muster über Lernprozesse erkennen können. Statt erst beim tatsächlichen Lastanstieg zu reagieren, kann die Steuerung einzelne Räume bereits vorher mit geringerer Verdichterdrehzahl vorkühlen. Die benötigte Kälteleistung wird dadurch über einen längeren Zeitraum verteilt. Dieses Vorgehen kann Leistungsspitzen reduzieren und den Anlagenbetrieb energetisch günstiger gestalten. Wie groß die tatsächliche Einsparung ausfällt, hängt allerdings von den Nutzungszeiten, der Gebäudestruktur und den jeweiligen Betriebsbedingungen ab. Über die zugehörigen Steuerungslösungen lassen sich Verbrauchsdaten auslesen und Veränderungen im Energiebedarf nachvollziehen. Betreiber erhalten damit die Möglichkeit, den Betrieb mit intelligenter Regelung zu beobachten und die Auswirkungen auf den Stromverbrauch zu bewerten. Für größere Gebäude ist diese Transparenz besonders wichtig. Schon vergleichsweise kleine Verbesserungen der Regelung können bei langen Betriebszeiten relevant werden.

KI-Klimageräte lernen individuelle Temperaturen im Nachtmodus

Neben den gewerblichen Anlagen präsentierte LG auch Klimageräte für den privaten Wohnbereich. Hier steht weniger die Vermeidung großer Lastspitzen als vielmehr die Anpassung an individuelle Gewohnheiten im Vordergrund. Eine der gezeigten Funktionen betrifft den Nachtbetrieb. Menschen bevorzugen beim Schlafen unterschiedliche Temperaturen, die sich zudem im Verlauf der Nacht verändern können. Während manche Nutzer eine gleichbleibend kühle Umgebung wünschen, stellen andere ihre Klimaanlage zu bestimmten Uhrzeiten regelmäßig nach. Die intelligente Steuerung kann solche manuellen Anpassungen auswerten und daraus ein wiederkehrendes Temperaturprofil ableiten. Wird beispielsweise nachts gegen zwei Uhr häufig eine Raumtemperatur von 21 Grad eingestellt, kann das Gerät diese Vorliebe nach einer Lernphase berücksichtigen. Dadurch muss der Nutzer nicht jede Nacht dieselben Einstellungen erneut vornehmen. Die Klimaanlage soll sich schrittweise an das tatsächliche Verhalten anpassen, statt ausschließlich einem vorgegebenen Zeitprogramm zu folgen.

Personenerkennung regelt den Luftstrom im Raum

Eine weitere Funktion betrifft die Luftverteilung. Selbst wenn eine Klimaanlage die gewünschte Temperatur erreicht, kann ein direkt auf Personen gerichteter Luftstrom als unangenehm empfunden werden. Die Steuerung der Luftleitlamellen beeinflusst deshalb wesentlich, wie komfortabel die Kühlung wahrgenommen wird. Mithilfe von Personenerkennungssensoren können die vorgestellten Geräte feststellen, wo sich Menschen im Raum aufhalten. Anschließend lässt sich zwischen zwei Betriebsarten wählen: Der Luftstrom wird gezielt auf Personen gerichtet oder bewusst an ihnen vorbeigeführt. Im zweiten Fall wird der Raum weiterhin gekühlt, ohne dass die anwesenden Personen unmittelbar angeblasen werden. Auch bei Bewegungen innerhalb des Raumes soll die Luftverteilung entsprechend angepasst werden können. Die Technik verbindet damit Sensordaten mit einer automatisierten Lüftersteuerung. Anders als bei einer einfachen Einstellung der Gebläsestufe geht es nicht nur um die Luftmenge, sondern auch um deren Richtung.

Luft-Luft-Wärmepumpe übernimmt Kühlung und Heizung

Die vorgestellten Raumklimageräte können nicht nur kühlen, sondern auch heizen. Technisch handelt es sich um Luft-Luft-Wärmepumpen, die Wärme zwischen Außenluft und Innenraum übertragen. Im Heizbetrieb wird die gewonnene Wärme unmittelbar über das Innengerät an die Raumluft abgegeben. Ein wasserführendes Heizsystem mit Heizkörpern oder Fußbodenheizung ist dafür nicht erforderlich. Das kann insbesondere bei der nachträglichen Ausstattung einzelner Räume interessant sein. Allerdings ersetzt ein einzelnes Wandgerät nicht automatisch die Klimatisierung oder Beheizung eines gesamten Hauses. Die Luftverteilung ist in erster Linie auf den jeweiligen Raum ausgelegt. Benachbarte Räume können unter bestimmten Bedingungen mitversorgt werden, erreichen aber nicht zwangsläufig dieselbe Temperatur. Für mehrere getrennte Räume werden deshalb in der Regel zusätzliche Innengeräte benötigt. Die Bedienung ist auch über eine App möglich. Damit können Nutzer Einstellungen ändern, ohne sich unmittelbar am Gerät aufzuhalten. Ob eine Luft-Luft-Wärmepumpe wirtschaftlicher arbeitet als andere Heizsysteme, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu zählen unter anderem die Außentemperatur, der Wärmebedarf des Gebäudes und die Effizienz der eingesetzten Geräte.

Intelligente Klimasteuerung verbindet Komfort und Energieeffizienz

Die auf der Chillventa vorgestellten Entwicklungen zeigen zwei unterschiedliche Einsatzbereiche derselben Grundidee. In großen Gebäuden soll künstliche Intelligenz wiederkehrende Lastspitzen erkennen und den Betrieb der Verdichter vorausschauend regeln. Im Wohnbereich lernt die Steuerung dagegen individuelle Temperaturwünsche und passt die Luftverteilung an die Anwesenheit von Personen an. Beide Anwendungen beruhen darauf, dass eine Klimaanlage nicht ausschließlich auf einen aktuellen Temperaturwert reagiert. Sie berücksichtigt zusätzlich, wann und wie ein Raum genutzt wird. Damit verlagert sich ein Teil der technischen Weiterentwicklung von der eigentlichen Kälteerzeugung zur Regelung. Verdichter, Wärmetauscher und Kältemittelkreisläufe bleiben die Grundlage der Klimatisierung. Wie viel Energie dafür benötigt wird und wie angenehm die Raumtemperatur empfunden wird, entscheidet jedoch zunehmend auch die Software.