Disclaimer: Dieser Artikel ist ein Beitrag im Rahmen der Konferenz "Innenraumluft 2024" und spiegelt nicht die Meinung des Umweltbundesamtes wider. Für die Inhalte sind die genannten Autoren und Autorinnen verantwortlich.
Autor
Christian SchwarzbauerHochschule für angewandte Wissenschaften
Lothstr. 34
80355 MünchenEmpfohlene Zitierweise: Schwarzbauer, C. (2024). Messung von Innenraum-Parametern in Schulen während des realen Unterrichtsbetriebs: Entwicklung eines IoT-basierten Datenerfassungssystems mit Cloud-Computing-Anbindung. Beitrag A47 zur Fachtagung „Innenraumluft 2024 - Messen, Bewerten und Gesundes Wohnen“, 6.-8. Mai 2024, Dessau-Roßlau. https://www.umweltbundesamt.de/irl2024-a47
Messung von Innenraum-Parametern in Schulen während des realen Unterrichtsbetriebs: Entwicklung eines IoT-basierten Datenerfassungssystems mit Cloud-Computing-Anbindung
Für die Messung von Innenraum-Parametern in Schulen gibt es eine Reihe von technischen, regulatorischen und logistischen Anforderungen: 1. Datensicherheit und Datenschutz müssen zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein; 2. Das System sollte autonom arbeiten, d.h. ohne Anbindung an das lokale WLAN/LAN-Netzwerk der Schule; 3. Die Sensoren sollten ohne Verkabelung im Klassenzimmer auskommen und ohne Beschädigung von Wänden oder Mobiliar angebracht bzw. entfernt werden können; 4. Die Daten sollten in Echtzeit zentral verfügbar sein; 5. Das System sollte für mindestens ein Schuljahr wartungsfrei laufen; 6. Das System sollte beliebig skalierbar sein, d.h. eine Erweiterung auf beliebig viele Sensoren, Klassenzimmer oder Gebäude sollte ohne großen logistischen Aufwand möglich sein.
Im Rahmen des Forschungsprojekts „Sicheres Klassenzimmer“ wurde ein derartiges System zur Datenerfassung während des realen Unterrichtsbetriebs konzipiert und im mehrjährigen Praxisbetrieb evaluiert. Dieses System wird im Rahmen dieser Präsentation vorgestellt. Die Systemarchitektur besteht aus drei Teilen: 1. Einem lokalen LoRaWAN-Netzwerk für die drahtlose Übertragung von Sensordaten zu einem zentralen Gateway, der z.B. im Sekretariat oder einem Technikraum aufgestellt werden kann. Aufgrund der großen Reichweite von LoRaWAN ist in der Regel ein Gateway pro Schulgebäude ausreichend. Die in den Klassenzimmer angebrachten, batteriebetriebenen Sensoren senden die verschlüsselten Daten über ein LoRaWAN-Netzwerk an das Gateway. Wegen des geringen Energiebedarfs der LoRaWAN-Technologie ist ein mehrjähriger Betrieb der Sensoren ohne Batteriewechsel möglich. 2. Der zweite Teil besteht aus einer funkbasierten verschlüsselten Übertragung der vom Gateway gesammelten Daten über das LTE-Mobilfunknetz an einen zentralen Server mit Cloud-Computing-Anbindung. Damit können die Daten von beliebig vielen Schulen empfangen und automatisch archiviert werden. Dabei spielt es keine Rolle, ob sich die Schulen in Ortsnähe befinden. Prinzipiell ist auch ein länderübergreifender Betrieb möglich. 3. Der dritte Teil besteht aus einem Application-Interface (API), über das ein Internet-basierter Echtzeit-Zugriff auf die in der Cloud abgelegten Daten möglich ist. Damit können die Daten zeitgleich an verschiedenen Orten und von verschiedenen Institutionen abgerufen und analysiert werden.
Für das aktuelle Projekt wurden Mehrfach-Sensor-Boxen eingesetzt, die Sensoren zur Messung der CO2-Konzentration, der Raumlufttemperatur, der relativen Luftfeuchte sowie Bewegungssensoren zur Registrierung der Raumbelegung enthielten. Außerdem wurden kalibrierte Leistungsmesser-Sensor-Steckdosen für die indirekte Bestimmung des Luftvolumenstroms von mobilen Luftreinigern verwendet. Grundsätzlich kann aber jeder Sensor, der mit einem LoRaWAN-Funkmodul ausgestattet ist, problemlos in dieses System integriert werden. Im Rahmen eines Pilotprojekts in Hörsälen der Hochschule München, konnten unter anderem auch selbstgebaute Sensorarrays problemlos in die bestehende Systemarchitektur eingebunden werden.
