Smart Home mit intelligenten Assistenten

Transkript

1 Smart Home mit intelligenten Assistenten

2 2 Agenda OFFIS Smart Homes: Definition und Technologie Zukunftsszenarien: Einsatzbereiche für intelligente Assistenten Fazit Energiesparen Medizinische Versorgung Ambient Assisted Living

3 3 Über OFFIS Oldenburger Forschungs- und Entwicklungsinstitut für Informatik, Werkzeuge und Systeme FuE-Institut für anwendungsorientierte Informatik gegründet 1991 erstes An-Institut der Universität Oldenburg Rechtsform gemeinnütziger Verein Unser Anspruch Mitglieder Exzellenz in ausgewählten Themengebieten der Informatik Land Niedersachsen, Universität Oldenburg, Professoren der Informatik und Informatik-naher Fächer Haushalt ca. 25% Land Niedersachsen (Wissenschaftsministerium) ca. 75% Drittmittel aus internationalen, nationalen und regionalen Projekten Einnahmen in 2008 rund 12 Mio.

4 4 SMART HOMES

5 5 Smart Home

6 6 Smart Home: Definitionsversuch Alternative Begriffe: Intelligentes Haus Haus der Zukunft Multimedia Home / Digital Home (Consumer Electronics) Internet Home e-home Intelligentes Wohnen, Smartes Wohnen Definitionensversuch: Smarthome = Wohnbereich, der Menschen im Alltag und bei Ihrer Arbeit zuhause durch moderne Technologien und durch neue elektronische Dienstleistungen unterstützt. Wesentlicher Aspekt ist dabei die Systemintegration aller Gewerke und Geräte im Haus durch Gebäudesystemtechnik, sowie eine Vernetzung des Wohnbereichs mit der Möglichkeit eines Zugriffs von Außen.

7 7 Elektroinstallation: Konventionelles Haus (Heute) Quelle: Fachtagung Gebäudetechnik 2005, FH Biberach, Prof. Martin Becker

8 8 Elektroinstallation Smart Home Quelle: Fachtagung Gebäudetechnik 2005, FH Biberach, Prof. Martin Becker

9 9 Smart Home: Vielzahl von Diensten und Systemen Services Systems in home Healthcare TV Internet Remote control Information techn. White goods Home automation techn. Comm. techn. Entertainment Security Remote metering Remotemaintenance Communication Securitysystems Portables Heating/Air Sanitary Quelle: Arbeitskreis Systemarchitektur der Initiative Intelligentes Wohnen des ZVEI ( )

10 10 BITKOM-Studie: Gesellschaftlicher Nutzen der Heimvernetzung Haustechnik Hausgeräte Physikalische Sensoren Aktoren Steuerungs- / Automatisierungsgeräte Eingabe-/ Bediengeräte Energieerzeugung Bewegung / Präsenz / Annäherung Schalter/Dimmer Kommerziell Opensource Schalter Heizung / Klima / Lüftung Helligkeit Rollade/Jalousie Gira Homeserver MisterHouse Taster Licht Temperatur Heizung Raumcomputer LEIBnix Displays Türkommunikation Enthalpie Lüftung MacMyHome Touchpanel Alarmanlagen Energieverbrauch/Energieertrag Binär- / Analogausgänge ERGO3 myhomebox Fernbedienung Luftqualität Audio EisBär KNX PDA / Telefon Binäre/Analoge Eingänge Steckdosen Visualisierung Brandmelder Außenklima Sonneneinstrahlung Windrichtung/Windgeschwindigkeit Spezifische Standards und Technologien Integrative Standards und Technologien Bustechnik Drahtlose Systeme Netzwerktechnologien Softwareplattformen Offene Standards Proprietäre Systeme Offene Standards Proprietäre Systeme IP OSGi X10 LCN WLAN EnOcean UPNP LON HS485 Bluetooth Z-Wave JINI KNX ZigBee FS20 Powerline KNX/RF Ethernet Infrarot Profibus Download:

11 11 Smart Homes: Standardanwendungen Quelle: Arbeitskreis Systemarchitektur der Initiative Intelligentes Wohnen des ZVEI ( )

12 12 Mögliche Systemarchitektur für ein Smart Home Quelle: Arbeitskreis Systemarchitektur der Initiative Intelligentes Wohnen des ZVEI ( )

13 13 Smart Home Realität

14 14 Oder in Zukunft dann alles drahtlos?

15 15 ZUKUNFTSSZENARIEN

16 16 Zukünftige Einsatzgebiete für intelligente Assistenten im Smart Home Entertainment Kommunikation Energieeinsparung Medizinische Versorgung Ambient Assisted Living

17 17 ENERGIEEINSPARPOTENTIALE

18 18 Zukünftige Energieerzeugung Strombedarf steigt und wird weiter steigen Zunahme dezentraler Energieanlagen Nutzung kostenloser Energieträger: Wind, Sonne, Geothermie,... Vermeidung von CO2-Emissionen durch Ersetzen konventioneller Erzeuger und höhere Effizienz Nutzung der Energie da, wo der Bedarf entsteht Besonders interessant: KWK-Anlagen BHKW, Brennstoffzellen Kopplung von Strom- und Wärmeerzeugung Wesentlich höherer Wirkungsgrad als konventionelle Kraftwerke Hohe Effizienz Steuerbar In Zukunft Erzeuger = Verbraucher => DEMS

19 19 Smart-Metering kommt als gesetzliche Vorgabe Ersatz klassischer durch elektronische Stromzähler Stundengenaue Erfassung des Verbrauchs (Verbrauchsprofile) Schnittstelle zum EVU Nutzen für Kunden Anhand der Verbrauchsprofile können jederzeit Prognosen für die Stromkosten erstellt werden Stundengenaue Abrechnung Nutzen für EVU Genauere Prognosen durch Echtzeitzugriff auf Verbrauchsprofile -> mehr Planungsspielraum Beratungskostenreduktion durch neue Internetservices Smart-Metering ist die Grundlage flexibler Tarife EVU kann Angebotsengpässe und -überschüsse über Tarifanpassung an Kunden weitergeben und so deren Verbrauch beeinflussen

20 20 Lohnt sich das überhaupt? 30% der gesamten Energie wird in Privathaushalten verbraucht

21 21 Wie sind die Geräte am Verbrauch beteiligt? Licht 11% Warmwasser 11% Büro 12% Spülen 5% Diverses 4% Waschen und Trocknen 15% Kühlen und Gefrieren 17% Kochen 8% Umwälzpumpe 6% TV/Audio 11% Große Anteile für Kühlen, Gefrieren und Warmwasser Problem Wäschetrockner Auf dem Vormarsch : IuK- Technik Quelle: Energieagentur NRW, 2006

22 P [W] 22 Stromnachfrage und -angebot: stark schwankend Werktag Winter , 00: , 01: , 07: , 02: , 03: , 04: , 05: , 06: , 08: , 09: , 10: , 11: , 12: , 13: , 14: , 15: , 16: , 17: , 18: , 19: , 20: , 21: , 22: , 23:15 Lastgang eines Single-Haushalts Mögliche Windeinspeisung Starke Schwankungen in der Stromnachfrage und in der Einspeisung aus regenerativen Anlagen: Anpassung Erzeugung durch Regelkraftwerke (Kosten, Emissionen) Anpassung Verbrauch durch Lastverschiebung? (heute nur bei Großverbrauchern)

23 23 Den Haushaltsverbraucher mit an Bord nehmen

24 24 Lastanpassbarkeit von Haushaltsgeräten Klimaanlage, Kühlschrank, Heizungspumpe, Warmwasserboiler Waschmaschine, Spülmaschine, Licht, TV, Herd, Erwartete Leistung Temperatur muss in einem gegebenen Intervall liegen Job muss zu gegebener Zeit erledigt sein Muss direkt verfügbar sein Kontrolle Vollautomatisch möglich Halbautomatisch (Verbraucher spezifiziert Zeithorizont) Nur direkt durch den Verbraucher Anteil am HH- Verbrauch in Deutschland ca. 35% ca. 20% ca. 45%

25 25 Energieverschiebungspotentiale von Haushaltsgeräten Theoretisch maximal mögliche positive bzw. negative Regelenergie nach Gerätegruppen (laut Dissertation Stadler, Uni Oldenburg) Gerätegruppe +RE -RE Kühlgeräte 1,5 GW 4,2 GW Gefriergeräte 1,4 GW 3,5 GW Warmwasserspeicher 0,8 GW 5,0 GW KWK 9,9 GW 14,0 GW Programmgesteuert * 3,8 GW 20,8 GW * Waschmaschine, Trockner, Spülmaschine sofern die Programme unterbrochen werden können

26 26 Standards im Energiemanagement nötig (vertikale Integration)

27 27 MEDIZINISCHE VERSORGUNG

28 28 Anstieg der Kosten im Gesundheitswesen Gesundheitskosten wachsen beständig und steigen mit dem Alter Quelle: 18. CEIES-Seminar, Statistiken über Aktives Alter, Den Haag, 2002 Die meisten Ausgaben entstehen durch pflegerische Leistungen Weiterer Anstieg der Kosten durch steigendes Durchschnittsalter

29 29 Größter Anteil Gesundheitskosten: Krankenhaus Krankenhausbehandlung ist der teuerste Posten stationäre Aufenthalte dienen oft nur der Überwachung von Vitalfunktionen Einsparpotential durch Einsatz von Smart Homes

30 30 Entwicklungen im Gesundheitswesen Mit der Anzahl der älteren Menschen steigt auch die Anzahl der behandlungsbedürftigen Menschen Alterstypische Funktionseinschränkungen, z.b.: Einschränkungen in Mobilität und Orientierung Einbußen im Wahrnehmungs- und Erinnerungsvermögen Chronische und sich beeinflussende Erkrankungen Rein stationäre Betreuung der Patienten wird zukünftig nicht mehr möglich sein Patienten selbst haben den Wunsch möglichst lange in ihrem eigenen und gewohnten Umfeld zu verbleiben

31 31 Ziel: Verbesserung der medizinischen Versorgung Ziel: Medizinische Versorgungsleistungen aus der stationären Umgebung in das häusliche Umfeld verlegen individuell und adaptiv Selbstbestimmung des Versorgungsprozesses (patient empowerment) Abstimmung der Versorgungskette gewährleisten: Prävention Ambulante und stationäre Behandlung und Pflege Rehabilitation inkl. Phase III (Post-Reha)

32 32 Herausforderungen Nutzerakzeptanz: Bedienbarkeit Sicherheit (im Sinne: der Nutzer fühlt sich gut betreut) Sicherheit (im Sinne: die Daten vor unzulässigem Zugriff schützen) Ökonomische Rahmenbedingungen (bezahlbar, tragbar) Medizinische Rahmenbedingungen (Medizinische Geräte zu Hause, Zertifizierung, Wartung...) Vernetzung der medizinischen Geräte innerhalb des Hauses Kopplung des häuslichen Umfeldes an die Versorgungskette Kliniken, Hausärzte, Fachärzte, Pflege,...

33 33 Beispiel: EU-Project SAPHIRE

34 34 SAPHIRE: Komponenten

35 35 Aber so nicht!

36 36 AMBIENT ASSISTED LIVING (AAL)

37 37 AAL-Themenfelder Health & Wellness Hobbies Home Care Mobility Social Interaction Well being Person Supply with Goods & Chores Working Life Information & Learning Safety, Security & Privacy

38 38 Die IDEAAL-Wohnung im Entwicklungsprozess Implementierung Integration Evaluation Praktischer Einsatz In Büro und Werkstatt Technisch getrieben IDEAAL-Wohnung Anwendungsgetrieben Bei Anwendern Prototypischer Einsatz Bei Anwendern Operatives Einsatz Funktionierendes System Integriertes System Nützliches System Etabliertes System

39 39 Beispiele für intelligente Assistenten im Smart Home Quelle:

40 40 Beispiel: Hearing at Home ( Ausgangssituation Schwerhörigkeit erschwert die Möglichkeiten zur Teilnahme an der Kommunikationsgesellschaft erheblich Mehr als 30 % der Über-60jährigen, mehr als 50% der Über-70jährigen sind schwerhörig Lösungsansatz Assistive Technologien am Fernseher Home Information and Communication Plattform auf Basis einer Set-Top-Box am Fernseher Dienste Anpassung des Audiosignals an die individuelle Schwerhörigkeit des Zuschauers (u.a.) Integration von Hausautomation z.b.türklingel, Brandmelder Integration des Telefons

41 41 Service-Robotik Bilder: Dr. Sybille Meyer: Robotik für Ältere, VDE -AG Servicerobotik für AAL, Frankfurt,

42 42 Service-Robotik heute Bilder : Dr. Sybille Meyer: Robotik für Ältere, VDE -AG Servicerobotik für AAL, Frankfurt,

43 43 FAZIT

44 44 Fazit Smart Homes mit intelligenten Assistenten tragen zur Energieeinsparung bei: Visualisierung Smarte Regelung => Problembewustsein => Verhaltensänderung => Bessere Adaption an Situation und Tarif sowie Verschiebung von Verbrauchen (Demand Side Management) Smart Homes mit Intelligenten Assistenten könne die Lebenssituation (insbesondere) älterer Menschen verbessern Verbesserung der medizinischen Versorgung durch Vernetzung Patient, Facharzt, Klink Kosteneinsparung im Gesundheitswesen durch bessere ambulante Versorgung Verbesserung des Well beeings und der sozialen Einbindung

45 45 Forschungs- / Entwicklungsbedarf Es gibt sehr viele Einzelentwicklungen Die Einzelentwicklungen sind von Technikern gemacht und orientieren sich nicht an den Bedürfnissen der Benutzer Technischer Bedarf: Standardisierte Protokolle, Middleware (UPnP, OSGi, Continua), Frameworks und Schnittstellen (Excecution Environment + Gateways): INTEROPERABILITÄT Dienste, Systeme, Benutzungsschnittstellen, Systemintegration, Mensch-Maschine Schnittstellen. Wichtig: Lernfähigkeit, Adaptivität

46 46 In Zukunft so? Bild: Dr. Sybille Meyer: Robotik für Ältere, VDE -AG Servicerobotik für AAL, Frankfurt,