Embedded KI in Wärmepumpen

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Sensorboard mit Intelligenz

Embedded-KI hat das Potenzial, die Industrie in vielerlei Hinsicht zu transformieren. Von der Effizienzsteigerung über die Qualitätssicherung bis hin zur Energieeffizienz und Innovation bietet diese Technologie zahlreiche Vorteile. Mittels künstlicher Intelligenz (KI) lassen sich nahezu alle potenziellen Schwachstellen der Wärmepumpe überwachen.

Schematische Darstellung einer Wärmepumpe mit den möglichen Positionen für Embedded-KI-Sensoren. © AITAD

Im Hinblick auf die deutschen Klimaziele und die damit verbundene Energiewende hat die Wärmepumpe ihren besonderen Charme. Doch, so umweltfreundlich die Wärmepumpe auch ist, komplett störungsfrei laufen auch sie nicht. Neben Verschleißerscheinungen an dem den Verdichter antreibenden Elektromotor treten Störungen in der Wärmepumpe zum Beispiel in Form von zu geringen oder zu hohen Temperaturunterschieden in Verdampfer und Verflüssiger auf. Beispielsweise könnte die Temperatur des Kühlmittels beim Austritt aus dem Verflüssiger noch zu hoch sein, sodass sie beim Eintritt in den Verdampfer einen zu geringen Unterschied zur Energiequelle hat. Das hat zur Folge, dass das Kühlmittel weniger Energie aus der Umgebung aufnehmen kann – die Wärmepumpe arbeitet dann ineffizient und bringt zu wenig Leistung.

Neben einer Hochdruck- und Niederdruckstörung können weitere Störungen im Kältemittelkreislauf auftreten, die einen Ausfall der Wärmepumpe nach sich ziehen können, zum Beispiel defekte Verdampferlüfter, defekte Abtauung, verschmutze Register, geschlossene Absperrventile und verstopfte Filtertrockner.

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Mit Predictive Maintenance vorbeugen

Mittels KI lassen sich nahezu alle potenziellen Schwachstellen der Wärmepumpe überwachen. Kritische Zustände können mit Hilfe intelligenter Sensorik frühzeitig noch vor ihrem Eintreten entdeckt und beseitigt werden. Die Wartung der Heizungsanlage ist somit komfortabel und effizient planbar, ohne dass es zu einem ungeplanten Ausfall kommt. Auf der Technologieseite bietet sich der Einsatz intelligenter Sensoren („Embedded-KI Systemkomponenten“) an, bei denen die KI direkt auf dem Sensorboard untergebracht ist und die Überwachung der Wärmepumpe auch ohne Internet- oder Cloudverbindung erfolgen kann. Embedded-KI hat den Vorteil, dass sie größere Datenmengen- bis zu mehreren Terabyte täglich – verarbeitet, was mit herkömmlichen Cloud- oder Serverlösungen nicht möglich ist, da solch große Datenmengen kaum übertragbar sind.

Embedded-KI bedeutet die Verschmelzung von Sensor und KI auf einem Board, das als Embedded-KI-Systemkomponente bezeichnet wird. Das bedeutet, dass die Sensordaten vor Ort und in viel größerer Tiefe sowie in Echtzeit ausgewertet werden. Anstelle der Daten werden nur noch die Auswertungsergebnisse weitergegeben. Damit sind derartige Lösungen auch besonders datenschutzsicher. Die zentralen Einsatzbereiche sind Predictive Maintenance, User Interaction und funktionale Innovationen. Aufgrund der Ressourcenbeschränktheit von Embedded-KI – wenig Speicher- und Energiebedarf – verlängert sich die Lebensdauer, und die Energiegewinnung wird optimiert. Der Energiebedarf kann in einer Wärmepumpe sogar mittels Energy Harvesting gedeckt werden.

Einsatzgebiete für Embedded-KI in der Produktion

Embedded-KI ermöglicht auch eine präzise Qualitätskontrolle während des Fertigungsprozesses. Kameras und Sensoren wie Lidare, Radare oder solche für Spektrografie und Ultraschall können Produkte in Echtzeit überwachen und Mängel oder Abweichungen von den Standards erkennen. Fehlerhafte Produkte können frühzeitig identifiziert und aus dem Produktionsprozess ausgeschleust werden. Auch bei autonomen Robotern, der Überwachung und Steuerung des Energieverbrauchs sowie bei der Sicherheit am Arbeitsplatz kann Embedded-KI ihre Vorteile ausspielen.

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