Intelligenz trifft Effizienz: die SECAI Systemarchitektur

Die Kombination aus Edge-Computing und Cloud-Services bietet einen entscheidenden Vorteil: Persönliche Daten bleiben durch die lokale Verarbeitung geschützt, während die Cloud für Skalierbarkeit und hohe Rechenleistung sorgt. Dieses Prinzip, bekannt als föderiertes, Edge-Cloud-basiertes Machine Learning, ermöglicht es Algorithmen, Muster auf allen Ebenen zu erkennen und daraus optimierte Lösungen abzuleiten. Das gewonnene Wissen fließt in die Steuerung der Zentralheizungen ein und liefert gezielte Impulse für die Bewohner, ihr Heizverhalten effizienter und nachhaltiger zu gestalten.

In SECAI optimiert die Edge-Cloud-Architektur die Berechnung und Analyse direkt an den Endgeräten, um Echtzeitfähigkeit, Datensicherheit und Skalierbarkeit zu maximieren. Sensoren und Steuerungseinheiten in den Gebäuden agieren als Edge Nodes, die Messwerte wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Belegungsdaten nicht nur erfassen, sondern bereits vorverarbeiten.

Schnelle Reaktionszeiten und Skalierbarkeit der Cloud 

Durch Machine-Learning-Algorithmen lassen sich Muster erkennen und Anomalien lokal detektieren – das reduziert den Netzwerkverkehr, da nur verdichtete oder modellbasierte Differenzdaten an die Cloud gesendet werden. Dort wiederum laufen globale Modelle, die verschiedene Gebäude- und Umweltdaten zusammenführen und kontinuierlich trainiert werden. Für eine flexible Skalierung setzt SECAI auf Container- und Microservice-Architekturen mit Kubernetes-Orchestrierung. So lassen sich steigende Datenmengen und neue Funktionen ohne große Infrastrukturanpassungen bewältigen. Neue Dienste, etwa verbesserte Vorhersagemodelle oder alternative Analysen, können schnell integriert und als Updates ausgerollt werden.

„SECAI kombiniert die Vorteile von Edge Computing – schnelle Reaktionszeiten und Datenschutz – mit der Rechenleistung und Skalierbarkeit der Cloud. Die enge Verzahnung mit bestehenden IoT-Infrastrukturen ermöglicht eine nahtlose Integration in Gebäudeleitsysteme und die intelligente Verarbeitung unterschiedlichster Datenquellen – von einfachen Sensorwerten bis hin zu komplexen Wetterprognosen.“

Moritz-Andre Weiher, DFKI 

Mehrwerte durch KI-gestützte Heizungssteuerung
Kernfunktion von SECAI ist die intelligente Heizungssteuerung, bei der Deep-Learning-Methoden und Prinzipien der Predictive Control zum Einsatz kommen. Die KI berücksichtigt dabei sowohl Umgebungs- und Wetterdaten als auch das tatsächliche Nutzungsverhalten, beispielsweise über die Häufigkeit von Raumnutzung und typische Tagesabläufe. Aus diesen Informationen werden optimale Steuerungsmaßnahmen abgeleitet, die Betreibern von Gebäudekomplexen als Heizpläne und Mieterinnen und Mietern als Handlungsempfehlungen bereitgestellt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich das System dank seiner offenen Architektur auch in Bestandsgebäuden nachrüsten lässt.

Nachhaltigkeit und Return on Investment
Durch die KI-basierte Optimierung der Wärmeversorgung wird nur die tatsächlich benötigte Energiemenge bereitgestellt, was den Bedarf an fossilen Brennstoffen reduziert und gleichzeitig die damit verbundenen CO₂-Emissionen senkt. Zusätzlich verringern sich die Übertragungsvolumina zwischen Edge und Cloud, was den Energieverbrauch in Rechenzentren reduziert und den CO₂-Fußabdruck weiter mindert. Dieses ressourcenschonende Konzept wirkt sich positiv auf den Return on Investment aus: Betreiber profitieren von geringeren Betriebskosten, einer längeren Lebensdauer der Heizungsanlagen sowie niedrigeren Wartungsaufwänden. Softwareupdates, beispielsweise im Sinne von Over-the-Air-Updates, können unkompliziert und schnell über die gesamte Systemlandschaft ausgerollt werden, was sowohl Kosten als auch Ausfallzeiten minimiert.

SECAI demonstriert, wie sich intelligente, sichere und skalierbare Smart-Living-Konzepte selbst in kritischen Energieinfrastrukturen erfolgreich umsetzen lassen. Die dezentrale KI-Architektur nach dem Prinzip „Privacy by Design“ schützt sensible Nutzerdaten, ermöglicht kurze Reaktionszeiten und sorgt für effiziente Nutzung von Netzwerkkapazitäten. Gleichzeitig trägt sie zu spürbaren Energieeinsparungen und einer nachhaltigen Reduktion von CO₂-Emissionen bei. Mit seiner Edge-Cloud-basierten Systemarchitektur legt SECAI den Grundstein für eine zukunftsfähige und praxisnahe Heizungssteuerung, die bestehende Gebäude fit für die Anforderungen moderner Energiekonzepte macht und damit den Weg für umweltfreundliche und wirtschaftlich attraktive Lösungen ebnet.