Waarom slimme gebouwen worstelen: De ontbrekende standaards die ze tegenhouden

Vanuit een ingenieurs perspectief is het creëren van slimme gebouwen technisch eenvoudig – processors en software bestaan al. Een $3 MCU kan ingedrukt worden in lichtschakelaars, stopcontacten, gemotoriseerde ramenbedekkingen en waterpompen, en deze kleine knopen kunnen met elkaar netwerken. Grote apparaten, thermostaten, temperatuursensoren, bezettingsdetectors en brandaalarmen kunnen coördineren om centrale HVAC te sturen, zonne-verwarmde watertanks te managen, 15 °C grondwater via warmtepompen te circuleren, en verlichting in real-time aan te passen.

Wat is dan het probleem?

• Er is geen industrie-breed communicatieprotocol dat ≥ 99,999% betrouwbaarheid garandeert (een "five nines" standaard). In de praktijk falen draadloze en powerline-oplossingen 1%-10% van de tijd door dode zones, spectrum-congestie, lage SNR en interferentie.
• Er is geen gemeenschappelijk besturingssysteem voor gebouwapparaten. Terwijl PC's Windows draaien, telefoons iOS of Android, missen gebouwactuatoren en sensoren een unified OS, wat plug-and-play integratie bemoeilijkt.

Betrouwbaarheid waarborgen

Wanneer bewoners een wandschakelaar omknippert, moet de communicatie tussen die schakelaar en de plafondlamp ten minste 99,999% van de tijd werken. Elke downtime in alledaagse infrastructuur is onacceptabel. Powerline-data is met name kwetsbaar, omdat signalen de zekeringkast moeten passeren en te maken krijgen met spanningspieken, wat leidt tot frequente fouten.

Ingenieurs kunnen een databus gebruiken die de automotive CAN-bus spiegelt – een robuust, fout-tolerant netwerk dat de datalijn beschermt zelfs als deze per ongeluk aan een stroomkabel wordt aangesloten. De netwerktopologie moet een boomstructuur lijken: een enkele kabel vertakt naar meerdere apparaten, wat de gebouwgeometrie matcht en schaalbare, laag-kost bedrading toestaat.

Lichte vs. Zware Lasten

Slimme-gebouwapparaten vallen in twee stroomcategorieën. Lichte apparaten (<20W) omvatten LED-lampen, schakelaars, thermostaten, sensoren, motoren voor jaloezieën, en radiatorkranen. Zware apparaten (>20W) dekken HVAC-units, grote apparaten en hoog-vermogen stopcontacten. Bijvoorbeeld, een 10W LED trekt 0,1A bij 110V AC – slechts 1/200ste van een 20A zekering. Door lichte lasten te routen over 48V DC via 18-AWG draad, kunnen ingenieurs kabelkosten verlagen en voldoen aan minder bouwcode-restricties, wat budget vrijmaakt voor extra genetwerkte apparaten.

Een automatiseringsnetwerk verbindt vanaf een centrale locatie door het hele gebouw. Bron: Manhattan 2

Geünificeerde Software voor Alle Apparaten

Laag kost en hoge betrouwbaarheid hangen af van het deployen van dezelfde software-stack op elk apparaat. Open, gratis en goed gedocumenteerde code zorgt voor wijdverspreide adoptie en snelle iteratie. Hoewel veel netwerkprotocollen bestaan, biedt geen enkel een compleet besturingssysteem voor gebouwautomatisering.

Onderzoekers van UMass Amherst en andere instituties ontwikkelen BuildingBus, een gratis, open-source slimme-gebouw OS. BuildingBus stelt elk apparaat in staat berichten te sturen, poorten te lezen/schrijven, apparaatbibliotheken uit te wisselen, sensoren in pseudo-real-time te monitoren, en commando's uit te geven – allemaal met fouttolerantie en plug-and-play ondersteuning.

Het adopteren van een gemeenschappelijk OS en een betrouwbare communicatie-backbone kan de kosten van gebouwintelligentie drastisch verlagen terwijl energie-efficiëntie wordt verhoogd. Meerdere initiatieven zijn gaande, en de komende jaren zullen waarschijnlijk verschillende volwassen oplossingen zien.

>> Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op onze zusje-site, EDN.