Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Projektziel:
Das Forschungsprojekt LoReMA hat das Ziel, den Stromverbrauch in Gebäuden und Häusern detailliert und unmittelbar zu erfassen. Damit kann die Energieeffizienz gesteigert werden.
Vorgehen:
In einem ersten Schritt wurde mit der Definition der Anforderungen sowie der Erarbeitung der Design-Spezifikation begonnen. Das weitere Vorgehen bestand aus Recherchetätigkeiten in den Bereichen Energiemessung, drahtlose Kommunikation und NIALM (Non-Intrusive Appliance Load Monitoring).
Für die Energiemessung wurden Energiemesschips verschiedener Hersteller evaluiert und entsprechend den Anforderungen bewertet. Bei der Analyse bot ein Energiemesschip von Analog Devices die geeignetste Voraussetzung für den weiteren Projektverlauf; dies mitunter wegen der schnellen Verfügbarkeit eines Evaluations-Boards. Im Bereich drahtlose Kommunikation untersuchten wir die Möglichkeiten und Voraussetzungen von ZigBee zur Kombination des Smart Energy Profiles mit dem Home Automation Profile. Die Erkenntnis ist, dass sich diese Profiles nicht kombinieren lassen, und dass der ZigBee-Standard angepasst werden muss. Die NIALM-Recherche hatte zum Ziel, verschiedene Verfahren und Techniken zur Lasterkennung elektronischer Verbraucher zu eruieren. Dazu wurden auch Anstrengungen und Tätigkeiten anderer Forschungsinstitutionen analysiert und ausgewertet.
Mit dem Bau eines ersten Prototyps konnte die Energiemessung verifiziert werden. Untersuchungen zur Messqualität, Einflüsse von Störgrössen und anderen Abhängigkeiten wurden durchgeführt.
Als nächster Projektschritt folgten die Optimierung der Schaltung und die damit verbundene Miniaturisierung des Prototyps mit dem Ziel, dass die Schaltung in einem Steckdosengehäuse Platz findet.
Start, Dauer, Abschluss:
Im Januar 2011 wurde mit dem Projekt LoReMA gestartet. Es dauert 19 Monate und wird im August 2012 abgeschlossen.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
iHomeLab - Hochschule Luzern
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Walther,Pascal
Tomek,Stephan
Klapproth,Alexander
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Energie spielt eine Zentrale und wichtige Rolle in unserem Leben. Aus heutiger Sicht wissen wir aber, dass die Energieressourcen immer knapper und teurer werden. Die meisten Privathaushalte sowie Nutzer von industriellen Gebäuden haben nur wenig oder gar kein Verständnis bezüglich Ihres Energieverbrauchs und nur begrenzte Mittel diesen zu ermitteln, zu beurteilen oder zu optimieren. Konsumenten müssen sehen und verstehen, wie viel Energie von welchen Geräten verbraucht werden. Studien haben gezeigt, dass eine unmittelbare und detaillierte Visualisierung des Energieverbrauchs ein durchschnittliches Energiesparpotenzial von bis zu 5% in modernen Haushalten und Bürogebäuden bietet. Personen sind eher motiviert Energie zu sparen, wenn ihnen Informationen über ihren persönlichen Energieverbrauch zur Verfügung gestellt werden.
Das Projekt LoReMA hat zum Ziel, lückenlos von jeder einzelnen elektrischen Last in einem Gebäude den Energieverbrauch in Echtzeit zu erfassen, ohne Eingriff in den Verbraucher vorzunehmen oder jeden Verbraucher mit einer Messeinrichtung auszurüsten. Durch eine Visualisierung der aktuellen, präzisen und nach Verbrauchern aufgeschlüsselten Energieverbrauchszahlen, wird der Endanwender über seinen Energieverbrauch informiert und somit sensibilisiert. Ihm wird gezeigt, wie effizient bzw. ineffizient seine Gerätschaften und Aktivitäten sind. Gegebenenfalls kann er eine Strategie zur Effizienzsteigerung entwickeln und umsetzten.
Non – Intrusive Appliance Load Monitoring (NIALM) ist die Methode welche im Projekt LoReMA verwendet wird, um Informationen über den Energieverbrauch einzelner Geräte zu erheben. NIALM dient somit zur Lastaufschlüsselung und die Daten lassen sich einfach in Feedback-Systeme integrieren. Proof-of-Concept erfolgte anhand einer Prototypeninstallation am iHomeLab der Hochschule Luzern T&A.
Während der Realisierung des Projekts konnten wichtige Erkenntnisse gewonnen werden. Aus den Recherchen ging hervor, dass verschiedene Universitäten und Institute am Thema NIALM forschen. Obwohl bereits lange an NIALM geforscht wird, erschweren fehlende Standards den Durchbruch zu massentauglichen Systemen. In Bezug auf die Realisierung wurde für die drahtlose Kommunikation zwischen den einzelnen Messknoten das Smart Energy Profile eingesetzt. Auch hier hat sich gezeigt, dass das Profil derzeit noch nicht für den Einsatz von NIALM vorbereitet ist. Die Übermittlung der sogenannten Electrical Fingerprints ist im Standard nicht beschrieben. Für die Energiemessung der Verbraucher wurde ein Energiemesschip eingesetzt. Die Funktionalität des SoC bot die Möglichkeit, die Fast Fourier Transformation für die Berechnung der Stromoberwellen bereits auf dem Chip vorzunehmen. Als Schaltaktor wurde ein bistabiles-mechanisches Relais eingebaut, da es derzeit das einzige Bauelement ist, welches die Anforderung der tiefen Leistungsaufnahme von LoReMA erfüllt. Des Weiteren hat die Miniaturisierung des Prototyps gezeigt, dass die gesamte Hardware eines Messknotens in einer Steckerleiste untergebracht werden kann.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
iHomeLab - Hochschule Luzern
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Walther,Pascal
Tomek,Stephan
Klapproth,Alexander
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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Energy plays a central and important role in our live. Today we know that the energy re-sources are getting short and expensive. Most private households and users of industrial buildings have little or even no understanding about their energy consumption and limited possibilities to seek, judge and optimize it. Consumers have to see and understand how much energy is consumed by the different appliances. Possible savings of up to 5% in households and office buildings are feasible. Studies have shown that through direct and detailed visualisation of the energy consumption users are motivated to keep energy golas. People are even more motivated to save energy when information about their personal con-sumption is available.
The aim of the project LoReMA was to collect data about the consumption of every single electrical load in a building in real-time with altering the infrastructure. A visualisation shows the actual and precise energy consumption of the devices. The end user is informed and aware about his own energy consumption. By this means, the users see how efficient or inef-ficient their devices are. Goal is to motivate the end user to develop and implement his own energy efficiency strategy.
Non - Intrusive Appliance Load Monitoring (abbreviated as NIALM) is the enabling technolo-gy used to get the energy consumption information. Furthermore, NIALM is an enabler for feedback systems to provide real time, summarized and categorized data to the end-users. Proof of concept was a prototype installation at the iHomeLab, which is part of the University of Applied Sciences and Arts in Lucerne.
During the project important insights have been gained. Investigations showed that several universities and research institutes working on the topic of NIALM. Although several years of research in the topic, missing standards making the brake through of a mass appeal system difficult. The prototype includes wireless communication based on the Smart Energy Profile between the single measurement nodes. The ZigBee Profile is at the moment not prepared for being used for NIALM. The transmission of the so called Electrical Fingerprints is not supported from the standard right now. For the measurement of the electrical consumption of the appliances an energy measurement chip was used. The on chip features offered the possibility to calculate the Fast Fourier Transformation direct on the measurement node. To switch the loads, a bistable mechanical relay was used. It is the only device currently that meets the requirement of the low power consumption of LoReMA. Further, miniaturization of the prototype has shown that all of the hardware of a measurement node fits into a socket outlet.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
iHomeLab - Hochschule Luzern
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Walther,Pascal
Tomek,Stephan
Klapproth,Alexander
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Schlussbericht
(Französisch)
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L’énergie joue un rôle central dans notre vie. En l’état actuel des choses, nous savons cependant que les ressources énergétiques ne cessent de se raréfier et de se renchérir. La plupart des ménages privés de même que les usagers de bâtiments industriels ont très peu de visibilité voire aucune visibilité sur leur consommation d’énergie et disposent de moyens limités pour la calculer, l’évaluer et l’optimiser. Les consommateurs doivent pouvoir connaître et comprendre quelle quantité d’énergie est consommée et par quels appareils. Les études ont montré qu’une visualisation immédiate et détaillée de la consommation énergétique permettait de dégager un potentiel d’économies d’énergie allant jusqu’à 5% dans les ménages et les immeubles de bureaux d’aujourd’hui. Les personnes sont plutôt motivées à l’idée d’économiser l’énergie, dès lors qu’elles disposent d’informations sur leur consommation personnelle d’énergie.
Le projet LoReMA a pour objectif d’enregistrer en temps réel et de façon continue la consommation énergétique de chaque charge électrique dans un bâtiment, sans être intrusif pour l’usager ni équiper chaque usager d’un dispositif de mesure. Visualiser les chiffres effectifs, précis et détaillés par usage de la consommation d’énergie permet à l’utilisateur final d’être informé et sensibilisé au sujet. Il peut constater à quel point ses appareils et ses activités sont efficaces ou non. Le cas échéant, il peut élaborer et mettre en application une stratégie pour maximiser son efficacité énergétique.
Non – Intrusive Appliance Load Monitoring (NIALM) est la méthode qui est mise en oeuvre dans le projet LoReMA pour collecter les informations sur la consommation d’énergie des différents appareils. NIALM sert ainsi à détailler les charges. Les données recueillies sont facilement intégrées dans des systèmes de feedback. La démonstration de faisabilité a eu lieu à l’aide d’un prototype installé dans le laboratoire iHomeLab de la Haute Ecole T&A de Lucerne.
La réalisation du projet a livré d’importants enseignements. Les recherches ont fait ressortir que la méthode NIALM faisait l’objet d’études dans divers universités et instituts. Or, malgré ce long passif de recherches, l’absence de normes rend difficile l’émergence de systèmes généralisables. S’agissant de la réalisation, c’est le Smart Energy Profile qui a été utilisé pour la communication sans fil entre les différents noeuds de mesure. Et ici aussi, il s’est avéré que le profil n’était pour l’instant pas encore prêt pour la mise en oeuvre de la méthode NIALM. La transmission de ce qu’on appelle les empreintes digitales électriques n’est pas décrite dans la norme. C’est une puce de mesure d’énergie qui a été utilisée pour mesurer l’énergie consommée par l’usager. Grâce à la fonctionnalité du SoC (système sur puce), on a pu appliquer, déjà sur la puce, l’algorithme de la Transformée de Fourier rapide pour le calcul des harmoniques du courant. Un relais bistable mécanique a été mis en place comme actionneur de commutation: en effet, c’est pour lors le seul composant capable de satisfaire les critères de basse consommation électrique du projet LoReMA. Par ailleurs, la miniaturi-sation du prototype a montré qu’il était possible de loger tout l’équipement matériel d’un noeud de mesure dans une barrette de connexion.
Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
iHomeLab - Hochschule Luzern
Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Walther,Pascal
Tomek,Stephan
Klapproth,Alexander
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