Minimaler Installationsbedarf: Der Funkventilregler passt auf jeden genormten Heizkörper. Er kommuniziert mit dem Raumsensor und erhält so die notwendigen Daten für energiesparendes Heizen.

Bild: Kieback&Peter

Smart Building Mehr Intelligenz für weniger Energieverbrauch

15.10.2014

Weit über 60 Prozent ihrer Energie verwenden private Haushalte in Deutschland für das Heizen. Entsprechend effektvoll ist hier ein Dreh an der Effizienzschraube. Das Ziel neuer, intelligenter Lösungen ist es, mit wenig Eingriff und geringer Investition viel Energie zu sparen.

Die automatische Steuerung der Heizung im Gebäude ist für viele der erste Schritt, um Energie einzusparen. Hausautomation ist in der Regel deutlich günstiger als eine neue Dämmung und kann je nach Umfang bis zu 30 Prozent Energie sparen. Um die Potenziale so weit wie möglich auszuschöpfen, arbeiten neue Lösungen mit einer Art „künstlicher Intelligenz“. Dabei passt sich das System selbstlernend dem Nutzerverhalten der Bewohner an, berücksichtigt äußere Einflüsse und aktuelle Situationen. Das System soll sich automatisch an verschiedene, sich ändernde Parameter anpassen und dadurch mehr Energie einsparen. Gleichzeitig soll der Nutzer selbst so wenig wie möglich eingreifen müssen.

Flexibel über Funk

Viele Verbraucher sehen der Investition in energiesparende Maßnahmen für die Gebäudeheizung mit Sorge entgegen. Trotz deutlicher Einsparungen erscheinen die Kosten für eine umfassende Sanierung oft zu hoch. Die Lücke zwischen Einsparpotenzial und Initialkosten können neue funkbasierte Steuersysteme schließen, die sich mit wenigen Handgriffen auch in bestehenden Gebäuden nachrüsten lassen. Über spezielle Algorithmen passen sie sich selbstständig an den Rhythmus der Bewohner und die Gegebenheiten vor Ort an.

Die Komponenten bestehen beispielsweise aus Raumsensoren, Heizungsstellventilen und bei Bedarf aus einer Steuerzentrale. Sie nutzen Funktechnologien, die dem Anwender eine aufwendige Verkabelung ersparen. Der Funk ermöglicht es, die einzelnen Komponenten flexibel zu platzieren und zu vernetzen. Moderne Lösungen arbeiten zudem ohne Batterien. Über sogenanntes Energy Harvesting erzeugen kleine Energiewandler Strom aus der unmittelbaren Umgebung für Sensoren, Schalter oder Stellventile. Dabei dienen Bewegung, Licht oder Temperaturdifferenzen als Energiequellen. Ein Batteriewechsel entfällt bei diesen Geräten vollständig.

Der batterielose Funk ist speziell für die Übertragung von Daten in Gebäuden ausgelegt. Er nutzt einen niedrigen Frequenzbereich und kann dadurch Wände gut durchdringen. Gleichzeitig ist er besonders strahlungsarm. So sind die erzeugten Hochfrequenzfelder des batterielosen Funks um ein 100-faches geringer als bei klassischen kabelgebundenen Lösungen. Damit erzeugt ein normal verdrahteter Lichtschalter durch Funkabriss mehr Elektro-Emissionen als ein batterie­loser Funkschalter [2]. Zudem senden die Geräte im Gegensatz zu anderen drahtlosen Standards wie WLAN nur wenige Millisekunden und ausschließlich bei Bedarf Informationen.

Selbstlernend im Raum

Der erste Schritt, die Heizung im eigenen Zuhause zu automatisieren, erfolgt über eine Einzelraumregelung. Der Aufwand für die Umrüstung einer bestehenden Heizungsanlage ist dabei sehr gering, denn es müssen lediglich die Heizkörperventilaufsätze und das Raumthermostat ersetzt werden. Mit wenigen Handgriffen kann der Nutzer das System selbst installieren und in Betrieb nehmen.

Die selbstlernende Einzelraumregelung besteht aus einem funkbasierten Raumsensor und einem oder mehreren Ventil­reglern. Beide arbeiten dank batterieloser Funktechnologie wartungsfrei. Dem Raumsensor dient eine kleine Solarzelle als Energiequelle, um die Temperatur im Raum auf einem Display anzuzeigen, mit dem Ventilregler zu kommunizieren und mittels eines integrierten Bewegungsmelders die Anwesenheit der Personen im Raum zu erfassen. Die zweite Komponente, der Ventilregler, passt auf jeden genormten Heizkörper. Er gewinnt aus dem Temperaturunterschied zwischen dem Heizkörper und der Umgebung Energie. Diese reicht für die Funkkommunikation sowie für das Auf- und Zudrehen des Heizungsventils.

Einmal installiert, erkennt das System selbstständig, ob und wann Räume genutzt werden. Daraus leitet die Lösung ein Nutzprofil ab und steuert die Raumtemperatur dynamisch. Sie passt sich also dem tatsächlichen Wohnverhalten der Bewohner an und heizt Räume ausschließlich nach dem individuellen Bedarf. Für das spezifische Profil berücksichtigt das System zwei unterschiedliche Temperaturniveaus: die gewünschte und vom Nutzer eingestellte Komforttemperatur sowie die um vier Grad Celsius abgesenkte Spartemperatur. Befinden sich Personen im Raum, sorgt das System für die Komforttemperatur. Ist der Raum ungenutzt, sinkt die Temperatur automatisch auf das Sparniveau ab. Anhand des Nutzungsmusters definiert das System zudem regelmäßig wiederkehrende Heizphasen.

Die Einzelraumregelung stellt sich also auf sich verändernde Situationen ein und kann entsprechend reagieren oder anhand eines wiederkehrenden Musters bereits vorab die optimalen Einstellungen wählen. Ziel ist es, dass der Mensch so wenig wie möglich eingreifen muss. Zwar gibt er Sollwerte vor, das System passt sich jedoch selbstlernend an verschiedene Parameter an. Intelligente Algorithmen nutzen dabei die erfassten Daten, um den tatsächlichen Bedarf zu ermitteln und mit den vorgegebenen Werten in Einklang zu bringen.

Analyse mit Algorithmen

Ist die Einzelraumregelung zudem mit einer zentralen Steuerung verbunden, lässt sich das Nutzerprofil mit zusätzlichen Informationen verknüpfen. All diese Daten und Funktionen lassen sich auch über Smartphone und Tablet aufrufen. Ein solches Basispaket besteht zum Beispiel aus einem Heizungsregler, einem Raumsensor sowie einer Zentrale, die die einzelnen Komponenten miteinander vernetzt. Für mobile Endgeräte gibt es eine kostenlose App. Auch hier ist die Installation für den Anwender einfach gehalten, sodass er keinen Profi hinzuziehen muss.

Der Raumsensor arbeitet ebenfalls batterieunabhängig mithilfe einer Solarzelle und erfasst gleichzeitig Temperatur, Helligkeit und Feuchtigkeit in einem Raum. Das intelligente System nutzt Algorithmen, die Aufheiz- und Abkühlvorgänge im Haus analysieren und dadurch die bauphysikalischen Eigen­schaften eines Gebäudes bestimmen können. Auf Basis dieser Informationen kann die zentrale Steuerung die Heizstrategie ohne eine gebäudespezifische Programmierung selbsttätig an die Gegebenheiten vor Ort anpassen. Gleichzeitig können lokale Wetterdaten über einen Internet-Service mit einbezogen werden, um die tatsächlich benötigte Energie für eine optimale Aufheizphase je nach Wetterlage zu bestimmen. Der Sensor kontrolliert neben der Temperatur auch den Feuchtigkeitsgehalt der Luft. Dadurch wird Energie eingespart, ohne dass es zu Feuchtigkeitsschäden kommt. Bei zu hohen Feuchtigkeitswerten erhält der Bewohner einen Hinweis auf sein Smartphone, diesen Raum zu lüften. Solange das Fenster geöffnet ist, stoppt das System die Wärmezufuhr.

Bei aller Intelligenz muss jedoch immer der Datenschutz gewährleistet sein. Für die Sicherheit der persönlichen Informationen überträgt die Zentrale alle Daten nach Bankenstandard verschlüsselt. Zudem bestimmt ausschließlich der Nutzer selbst, ob und welche Daten er in der Cloud hinterlegen möchte und welche nicht. Alle anderen Daten bleiben lokal in der Steuerzentrale im eigenen Zuhause gespeichert.

Energiesparen ohne Eingreifen

Systeme, die sich an verschiedene Parameter anpassen können, sparen zwischen 15 und 30 Prozent Energie ein. Besonders die Vernetzung verschiedener Informationen und Daten in Echtzeit machen die Intelligenz dieser Lösungen aus. Der Mensch selbst muss kaum mehr eingreifen, um Energie zu sparen und bedarfsgerechten Komfort zu erhalten.
Die intelligenten Lösungen legen zudem Wert auf eine hohe Nutzerakzeptanz: Dank der wartungsfreien Funktechnologie lassen sich die Komponenten intuitiv installieren, mit geringem Aufwand bedienen und bei Bedarf jederzeit erweitern. Dadurch kann die intelligente Steuerung der Raumtemperatur der Einstieg ins eigene Smart Home sein.

Bildergalerie

  • Flexibel: Die zentrale Steuereinheit entwickelt eine Heizstrategie, die sich an örtliche Gegebenheiten und sich ändernde Situationen anpasst.

    Bild: Kieback&Peter, AlphaEOS

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