Mit dem Industrial IoT gegen dicke Luft in der Stadt

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Intelligente Luftfiltersäulen mit Anbindung an das Industrial IoT senken das Gesundheitsrisiko durch Feinstaub und Stickoxide. Den smarten Filter Cubes von MANN+HUMMEL gelingt es, die Schadstoffbelastung der Außenluft zu reduzieren. Ein IoT-Gerät von optiMEAS steuert den bedarfsgerechten, energiesparenden Betrieb und stellt die Verbindung zur Cloud sicher.

Die Herausforderung: Niedrige Luftqualität an viel befahrenen Straßen

Feinstaub, Allergene, Ozon, Stickoxide – die Luft in den Großstädten ist häufig stark belastet. Vor allem an viel befahrenen Straßen, Kreuzungs- und Ampelbereichen herrscht dicke Luft und ist die Gesundheit von Anwohnern, Passanten und anderen Verkehrsteilnehmern gefährdet. Weltweit kämpfen vor allem Großstädte mit diesen Problemen und haben dafür unterschiedliche Lösungen gefunden – angefangen bei Fahrverboten bis hin zu Versuchen, die Gefahrstoffkonzentration zu verringern.

 

Die baden-württembergische Landeshauptstadt Stuttgart hat zusammen mit dem Verkehrsministerium des Landes und dem Ludwigsburger Filtrationsspezialisten MANN+HUMMEL ein Pilotprojekt gestartet. Dabei geht es um die Entwicklung einer stationären Filterlösung für Außenluft, die mit möglichst niedrigem Energiebedarf die besonders kritischen Schadstoffe Stickstoffdioxid und Feinstaub aus der Luft entfernt.

 

Die Lösung: Mit dem Industrial IoT vernetzte, leistungsstarke Filter

Innerhalb von zwei Jahren entwickelte MANN+HUMMEL das dreifachstapelbare Luftfiltersystem „Filter Cube“, das sowohl Feinstaub als auch Stickstoffdioxid effektiv der Luft entfernt. Der Filter Cube ist ein Würfel mit einem Meter Seitenlänge, in dessen Inneren ein innovatives Filtersystem steckt. Es entfernt mit einem Partikelfilter und einer Aktivkohleschicht mit extra großer Oberfläche mehr als 80 Prozent des Stickstoffdioxids und des Feinstaubs aus der Luft.

 

Partner für die Entwicklung der Zugänge für das Industrial IoT ist die optiMEAS GmbH. Ihr IoT-Edge-Gerät smartMINI ist im Sockel der Filtersäule verbaut und dient als Gateway und Steuereinheit. Die integrierte Software bietet IoT-Funktionen zur Datenerfassung und -übertragung und ermöglicht damit die bidirektionale Kommunikation zwischen den Filter Cubes und dem Cloudserver von MANN+HUMMEL.

 

smartMINI erfasst die Betriebsgrößen von bis zu drei Cubes, darunter die GPS-Position, Drehzahl, Leistungsaufnahme und Temperatur der Lüfter, Fehlermeldungen und Betriebsstunden. Hinzu kommen die Daten eines Regensensors. Via MQTT schickt das IoT-Gerät die Live-Daten in die Cloud. In Gegenrichtung empfängt smartMINI die Steuerbefehle des Cloud-Dashboards und gibt diese über eine Modbus-Schnittstelle an die Ventilatoren weiter.

 

Das Dashboard analysiert alle Daten und bestimmt anhand von Grenzwerten und Vorgaben, wie sich das System verhalten soll. So schaltet sich der Ventilator bei Regen automatisch ab, weil die Luftreinigung dann nicht nötig ist. Und in der Nähe von Wohngebieten wird nachts auf eine geringere Drehzahl gewechselt, um die Schallemissionen zu verringern.

 

Die stationären Luftreiniger sind für den 24/7/365-Betrieb ausgelegt und ist dank integrierter Watchdogs ausfallsicher. Softwareaktualisierungen erfolgen als Over-the-Air-Updates im laufenden Betrieb und können vom Dashboard aus einfach angestoßen werden. 

Das Ergebnis: Gereinigte Luft an kritischen Plätzen in der Stadt

Mittlerweile sorgen mehr als 100 Säulen für bessere Luft – in Stuttgart und Heilbronn ebenso wie in Südkorea, China, Indien und Brasilien. Pro Stunde reinigt eine Filtersäule aus drei Cubes 14.500 m³ Luft. Es hat sich gezeigt, dass die Säule in einem Umkreis von 15 bis 20 Metern wirksam ist und die Schadstoffbelastung dort deutlich senkt.

 

Die bedarfsgerechte Fernsteuerung über smartMINI gewährleistet den effizienten Betrieb mit geringem Energieverbrauch und stellt sicher, dass die Anforderungen an den Lärmschutz rund um die Uhr verlässlich eingehalten werden.

 

Mitgetrackte Diagnosedaten schaffen nicht nur die Datenbasis für weitergehende Analysen, sondern informieren auch detailliert über den aktuellen „Gesundheitszustand“ der Anlage. Probleme sind damit frühzeitig erkennbar und Serviceeinsätze gut zu planen.

 

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